基于PLC的银导爆索自动拉丝机控制系统设计.pdf

基于PILC的银导爆素自动拉丝机控制系统设计
Design on control system of the silver detonating cord
automatic wire drawing machine based on PLC
凌松,赵海彬,张亮,冯宝林
LING Song, ZHAO Hai-bin, ZHANG Liang, FENG Bao-lin
常州先进制造技术研究所,常州213000)
摘要:采用PLC控制两路防爆伺服电机的控制方式,根据导爆索拉丝工艺的要求,利用拉力传感器实
时监测拉力,买现了自动化的拉丝控制,改变了传统银质导爆索手工拉丝的工作模式。买验
结果表明,所开发的导爆索自动拉丝机运行良好,操作筒单,节约人工,大大提高了产品的
质量和生产效率。
关键词:PLC;防爆伺服电机;拉力传感器;导爆索;拉丝机
中图分类号:TP391
文献标识码:A
文章编号:1009-0134(2015)12(上)-0125-03
Di:10.3969/j.issn.1009-0134,2015.23.37
0引言
传统的拉拔工作主要以手工操作为主,先通过轧头
导爆索作为传爆和引爆的索状起爆器材,主要用
机将粗导爆索头部轧细,然后穿过拉丝模具,在另一端
于以引爆炸药,广泛使用在军事、航空航天等领域中。
进行拉拔,这个过程至少需要两个人进行配合操作,同
文中涉及的导爆索是企业针对特殊应用而研制的,其外
时为了保证末端留有一段较粗的部分,需要拉拔的人去
表是采用银制的管状结构,里面为空心,火药则填充在感受中间拉力的变化,避免直接拉穿。
空心部分。未拉丝之前的导爆索外形如图1所示
本文针对企业的拉丝工艺要求,采用了PLC为控制
核心,利用拉力传感器设计了导爆索拉丝的控制系统,
实现了中间拉拔过程的自动化,大大减轻劳动力,同时
提高了拉丝的质量和效率。
1自动拉丝机总体结构设计
自动拉丝机的总体机械结构如图3所示。拉丝电机
和退丝电机采用的是防爆伺服电机,通过齿轮齿条的方
图1银导爆索
式安装在直线导轨上,可以在导轨上进行往返运动。拉
丝机的前部是一个夹持气爪,用于夹持导爆索,拉丝模
刚生产出的导爆索是直径相对较粗的,根据企业的
具槽固定在拉丝电机的机械部分,拉丝模具可以人工进
要求,需要对导爆索进行逐级的拉拔至所需规格直径的
行逐级更换。退丝气爪安装在退丝电机的机械部分,用
细丝,同时在末端保留一小段较粗的部分,以提高末端
于将拉丝完成的导火索自动拉出模具。在拉丝工程中为
的爆炸效果,拉丝示意如图2所示。
了能够保留导火索末端的台阶部分,在夹持气爪的顶部
放置了拉力传感器,用于实时的检测拉力变化,使得能
未加工导爆索
滑动方向
准确停在末端台阶位置。
退丝电机
齿轮拉丝电机齿条
退丝电爪
加工中导爆索
夹持电爪
拉力传感器
拉丝模具(13种规格)
13次拉制过程
轧头机
保留15mm末端
拉丝模具
控制柜
完成加工导爆索
操作台
台阶处光滑有锥度
图2导爆索拉制示意
图3自动拉丝机机械结构图
收日期:2015-09-15
作者简介:凌松(1986-),男,江苏常州人,硕士,研究方向为机器人和嵌入式系统。
第37卷第12期2015-12(上)【125
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自动拉丝的工作流程为:将所需模具放置在拉丝模
PLC主程序包括系统参数的初始化,伺服电机回原
具槽内,把轧头完的导爆索穿过模具后,利用夹持气爪点,拉力突变检测。主程序流程图如图5所示。
夹紧导爆索,利用拉丝电机带动模具往后运动,同时拉
力传感器检测拉力的变化,到达末端位置后拉丝电机自
开始
动停止,退丝电机运动至拉丝电机处后用退丝气爪夹持
系统参数初始
导爆索末端,拉丝电机反向运动完成自动退丝
化
2控制系统的设计
伺服电机回原
点
2.1控制要求和难点
读取拉力和设
定值
根据企业对导爆索的成型要求,对导爆索的拉拔需
要每次穿过一种孔径的拉丝模具,按照孔径减小的方式
启动?
逐步通过13种规格的拉丝模具,也就是完成一根导爆索
的拉丝工艺,要经过13次的拉拔操作,同时需要逐级拉
拉丝电机
拔出来的导爆索最后末端要保留15mm长的台阶,其他
启动
部分则要保持光滑,如图2所示。
检测拉力
系统控制的难点主要是对15mm末端位置的判断,
突变程序
在13次的拉拔过程中,拉丝电机必须能够准确停在末端
台阶处,太靠前则容易在导爆索上留下其他台阶,影响
退丝程序
产品质量,太靠后则容易拉断拉爆索。由于末端台阶处
是否
的直径要大于前端,所以在模具经过台阶处的拉力会产
结束
生突变,利用拉力传感器可以采样整个拉丝过程中的拉
力值,利用拉力突变来检测台阶位置。
结束)
2.2控制系统硬件
图5主程序流程图
控制系统的硬件部分主要由PLC、伺服电机、触摸
检测导爆索台阶处拉力的突变是控制程序的核心部
屏、拉力传感器组成。PLC选用的是欧姆龙的CPIL,
分,在系统中考虑了两种检测方案
CP1L自带四路脉冲输出,可以独立控制四路伺服电
1)方案一:设定拉丝过程的最大拉力,直接利用
机。考虑到整个系统的防爆要求,伺服电机选用的是派拉力传感器检测拉丝过程中的最大拉力,达到设定值就
克公司的防爆侗服电机。拉力传感器采用的电阻应变式停止拉丝电机,默认到达台阶位置,控制方式比较简
传感器,其电压根据拉力值可在0±10VDC间变化。单,易实现。在实际的工作测试中,经过测量导爆索经
其总控系统结构框图如图4所示。
过每个拉丝模的拉力值均是变化的,最大拉力值如果设
置过小则拉丝电机过早停止会形成新的台阶,如果设置
过大则会拉断导爆索。这种方案只能用于通过单一的拉
触摸屏
方一拉丝何服电机
丝模具,可行性不高
2)方案二:同时设定最大拉力和拉力的变化率,
脉冲
RS232
方向
退丝伺服电机
设定PLC内部的定时器为0.1S为采样周期,不断检测当
PLC
模拟量一
前值与前一-时刻值的差值,同时满足当前的差值超过设
开关量一夹持气爪
定变化率的值和当前拉力值超过设定最大值的时候,认
拉力传感器
为拉丝模已经运行至末端台阶处。其控制流程如图6所
开关量?退丝气爪
斥。经过反复验证测试,方案二大大提高了台阶位置的
识别率,符合实际的需求。
图4控制系统结构框图
触摸屏的程序的设计主要是人机交互的界面,通过
触摸屏可以设置最大拉力值、变化率值等控制参数以及
2.3控制系统软件
实现控制系统的运行和停止等操作,系统的人机界面如
控制系统的软件设计主要包括PLC程序设计和触摸图7所示。
屏程序界面设计。
126)第37卷第12期2015-12(上)