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【摘要】目前常用的金属棒材冲截设备是普通冲床改造的半自动设备，生产时工人劳动强度大、生产效率低、产品废品率高，当前工业市场非常需要高生产率、高产品合格率的自动化程度高的自动冲截设备。本文是对自动冲截设备控制系统的可行性研究。
【关健词】PLC;自动冲截机;可行性
1.引言
汽摩配产业在走过三、四十年的起步和发展历程后，如今面临着原材料持续上涨、人民币升值、劳动成本提高……这些集中发难的难题，整个汽摩配行业步入了微利时代，企业发展面临劳动力、人才、能源等诸多瓶颈，尤其是劳动力资源的紧缺，人工工资的增长等因素严重影响了企业的经济效益及正常的生产进度安排。如何增强企业自身的竞争力，除了提高产品的技术含量、增加企业的管理水平等方法外，提高企业生产力、降低产品的生产成本是非常重要的途经。然而整个汽摩配行业整体自动化程度不高，劳动密集型企业较多，如何提高企业的自动化水平、降低劳动力成本直接关系到企业的发展。
2.冲截机现状分析
在整个汽摩配产品中有许多产品的原材料为金属棒材，如汽车推杆、连接轴、丝杆、球笼减震器、花键轴和销轴等，这些产品的第一道工序都是将长度6～12m、直径18～38mm的圆柱形金属棒材用冲床冲截成一个个定长长度的毛坯零件，定长长度一般为15～1400mm不等。另外金属棒材原料由于头部及尾部的外径尺寸和硬度等原因，必须去除20mm的料头和120mm的料尾后的棒材才能冲截成毛坯零件。一直以来，这些零件毛坯的冲截加工生产过程为：技术人员将冲截用的刀模具安装在冲床上，再根据毛坯零件的长度调整冲截靠山至刀口的距离，然后由操作工人将金属棒材不断的送至冲截靠山，冲床不断的冲切来加工毛坯。当毛坯的定长长度小于50mm的短料时，冲床离合器一直外于开启即冲床处于自动往复冲截状态，这样操作工人必须在冲床的一个动作周期内将棒材送到位，否则就产生长度不够的次品;当毛坯长度大于50mm的长料时，由于送料速度赶不上冲床的自动往复冲截频率，操作工人在棒料送到位后开启冲床冲截一刀，然后再关闭冲床，等下一次棒料送到位后再开启冲床;无论是冲截短料还是长料零件毛坯，整个生产过程都要求操作工人注意力非常集中，加上生产车间冲床数量较多，噪音很大，工作环境比较恶劣，操作工人的劳动强度很大，身心非常容易疲劳，安全生产的危险性大，尤其是生产长料时由于需要反复的开、关冲床容易引发安全事故
3.控制系统总体控制要求和方案的设计
系统总体控制要求：自动识别料头和料尾并冲截后落入废料箱;根据人机界面输入的产品定长长度自动冲截并落入成品箱;识别缺料，补料后自动计算余长。系统基本控制方案：PLC的顺序控制及PLC的高速脉冲控制伺服系统。PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种工业自动控制装置，具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计灵活及维护方便等一系列的优点。伺服系统不同于一般的变频调速电机，它除了实现调速功能外，还能实现位置、加速度、转矩的控制，而且动态特性也高于一般的变频调速电机。
4.控制系统设计的原则及步骤
4.1 控制系统设计原则涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。
（1）完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。
（2）可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。
（3）经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。
（4）发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。
4.2 评估控制任务
根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。
（1）控制规模
控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模较大时，特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。
（2）工艺复杂程度
当工艺要求较复杂时，采用PLC控制具有更大的优越性。
（3）可靠性要求
目前，当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。
图1 软件设计的步骤
5.设计的主要内容
该系统设计的内容主要包括：硬件设备的计算及选型、硬件电路的设计与安装制造、软件程序的设计与模拟调试、人机界面画面的设计与模拟调试、伺服系统参数的设定与计算、设备整体联機调试与运行、控制系统技术资料的编写与整理等方面。
自动冲截机主要应用PLC的开关量顺序控制、运动定位控制和数据处理功能，PLC将描述工件定长长度、料头、料尾长度等数据进行处理，转换成伺服系统的目标位置数据和运动参数来控制伺服电机的启停，并由PLC的位置控制模块来控制适当的速度和加速度，确保机构运行的平滑的定位的准确性。与传统的金属棒材冲截机比较具备下列先进的功能：
（1）根据不同的定长尺寸自动调整送料速度;
（2）根据不同的定长尺寸自动计算送料的脉冲数量;
（3）能修正长度误差，微调送料长度;
（4）能自动识别料头、料尾并自动正确冲截料头和料尾;
（5）在当前棒材冲截后只剩一定的长度时能发送补料提示信号并暂停设备，等待下一棒材。当检测到下一棒材就位时，能自动启动设备并根据上一工序未完成的送料长度补送完成后再冲截;
（6）自动计算余料的冲截刀数并能在冲截余刀完成后自动送料尾及下一棒材的料头;
（7）产品的定长长度可以在触摸屏上方便的输入和更改;
（8）产品产量的统计功能;
（9）系统的故障报警功能。
6.程序框图
图2 程序框图
7.总结
本系统是专门针对金属棒材自动冲截机电气控制系统的研制，主要用于专机设备控制，同时还可以拓宽研制方向，开发研制系列类似设备的电气控制系统。
随着汽摩配行业的发展，劳动密集型产业生产方式转变在即，实现工业生产自动化成为企业降低成本、提高市场竞争力的重要手段，各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，减小员工劳动强度。在这场“机器换人”的转型中，金属棒材自动冲截设备的研制更显示其必要性和实用性。
预计基于PLC的自动冲截机研制完成并取代老式设备后，单台设备的生产效率至少提高一倍，一个操作人员由原来只能操作一台设备增加到至少可以同时操作三台设备，极大的降低了劳动力成本。另外整个生产过程基本不受人为因素的干扰，产品的合格率也大大的提高，能为企业带来非常好的经济效益。
参考文献
[1]张春红.基于PLC的气阀棒料自动切割机控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2011.24（4）：173.
[2]孔凡才.自动控制系统及应用[M].机械工业出版社，2012.
[3]戴一平.可编程控制器技术及应用[M].机械工业出版社，2006.
项目来源：台州职业技术学院2014年度校级课题“《PLC技术与应用》项目化教学的改革与探索（2014YB05）”。
作者简介：钱珍珍（1968—），女，浙江台州人，现供职于台州职业技术学院，研究方向：工业控制。
【关健词】PLC;自动冲截机;可行性
1.引言
汽摩配产业在走过三、四十年的起步和发展历程后，如今面临着原材料持续上涨、人民币升值、劳动成本提高……这些集中发难的难题，整个汽摩配行业步入了微利时代，企业发展面临劳动力、人才、能源等诸多瓶颈，尤其是劳动力资源的紧缺，人工工资的增长等因素严重影响了企业的经济效益及正常的生产进度安排。如何增强企业自身的竞争力，除了提高产品的技术含量、增加企业的管理水平等方法外，提高企业生产力、降低产品的生产成本是非常重要的途经。然而整个汽摩配行业整体自动化程度不高，劳动密集型企业较多，如何提高企业的自动化水平、降低劳动力成本直接关系到企业的发展。
2.冲截机现状分析
在整个汽摩配产品中有许多产品的原材料为金属棒材，如汽车推杆、连接轴、丝杆、球笼减震器、花键轴和销轴等，这些产品的第一道工序都是将长度6～12m、直径18～38mm的圆柱形金属棒材用冲床冲截成一个个定长长度的毛坯零件，定长长度一般为15～1400mm不等。另外金属棒材原料由于头部及尾部的外径尺寸和硬度等原因，必须去除20mm的料头和120mm的料尾后的棒材才能冲截成毛坯零件。一直以来，这些零件毛坯的冲截加工生产过程为：技术人员将冲截用的刀模具安装在冲床上，再根据毛坯零件的长度调整冲截靠山至刀口的距离，然后由操作工人将金属棒材不断的送至冲截靠山，冲床不断的冲切来加工毛坯。当毛坯的定长长度小于50mm的短料时，冲床离合器一直外于开启即冲床处于自动往复冲截状态，这样操作工人必须在冲床的一个动作周期内将棒材送到位，否则就产生长度不够的次品;当毛坯长度大于50mm的长料时，由于送料速度赶不上冲床的自动往复冲截频率，操作工人在棒料送到位后开启冲床冲截一刀，然后再关闭冲床，等下一次棒料送到位后再开启冲床;无论是冲截短料还是长料零件毛坯，整个生产过程都要求操作工人注意力非常集中，加上生产车间冲床数量较多，噪音很大，工作环境比较恶劣，操作工人的劳动强度很大，身心非常容易疲劳，安全生产的危险性大，尤其是生产长料时由于需要反复的开、关冲床容易引发安全事故
3.控制系统总体控制要求和方案的设计
系统总体控制要求：自动识别料头和料尾并冲截后落入废料箱;根据人机界面输入的产品定长长度自动冲截并落入成品箱;识别缺料，补料后自动计算余长。系统基本控制方案：PLC的顺序控制及PLC的高速脉冲控制伺服系统。PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种工业自动控制装置，具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计灵活及维护方便等一系列的优点。伺服系统不同于一般的变频调速电机，它除了实现调速功能外，还能实现位置、加速度、转矩的控制，而且动态特性也高于一般的变频调速电机。
4.控制系统设计的原则及步骤
4.1 控制系统设计原则涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。
（1）完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。
（2）可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。
（3）经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。
（4）发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。
4.2 评估控制任务
根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。
（1）控制规模
控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模较大时，特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。
（2）工艺复杂程度
当工艺要求较复杂时，采用PLC控制具有更大的优越性。
（3）可靠性要求
目前，当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。
图1 软件设计的步骤
5.设计的主要内容
该系统设计的内容主要包括：硬件设备的计算及选型、硬件电路的设计与安装制造、软件程序的设计与模拟调试、人机界面画面的设计与模拟调试、伺服系统参数的设定与计算、设备整体联機调试与运行、控制系统技术资料的编写与整理等方面。
自动冲截机主要应用PLC的开关量顺序控制、运动定位控制和数据处理功能，PLC将描述工件定长长度、料头、料尾长度等数据进行处理，转换成伺服系统的目标位置数据和运动参数来控制伺服电机的启停，并由PLC的位置控制模块来控制适当的速度和加速度，确保机构运行的平滑的定位的准确性。与传统的金属棒材冲截机比较具备下列先进的功能：
（1）根据不同的定长尺寸自动调整送料速度;
（2）根据不同的定长尺寸自动计算送料的脉冲数量;
（3）能修正长度误差，微调送料长度;
（4）能自动识别料头、料尾并自动正确冲截料头和料尾;
（5）在当前棒材冲截后只剩一定的长度时能发送补料提示信号并暂停设备，等待下一棒材。当检测到下一棒材就位时，能自动启动设备并根据上一工序未完成的送料长度补送完成后再冲截;
（6）自动计算余料的冲截刀数并能在冲截余刀完成后自动送料尾及下一棒材的料头;
（7）产品的定长长度可以在触摸屏上方便的输入和更改;
（8）产品产量的统计功能;
（9）系统的故障报警功能。
6.程序框图
图2 程序框图
7.总结
本系统是专门针对金属棒材自动冲截机电气控制系统的研制，主要用于专机设备控制，同时还可以拓宽研制方向，开发研制系列类似设备的电气控制系统。
随着汽摩配行业的发展，劳动密集型产业生产方式转变在即，实现工业生产自动化成为企业降低成本、提高市场竞争力的重要手段，各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，减小员工劳动强度。在这场“机器换人”的转型中，金属棒材自动冲截设备的研制更显示其必要性和实用性。
预计基于PLC的自动冲截机研制完成并取代老式设备后，单台设备的生产效率至少提高一倍，一个操作人员由原来只能操作一台设备增加到至少可以同时操作三台设备，极大的降低了劳动力成本。另外整个生产过程基本不受人为因素的干扰，产品的合格率也大大的提高，能为企业带来非常好的经济效益。
参考文献
[1]张春红.基于PLC的气阀棒料自动切割机控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2011.24（4）：173.
[2]孔凡才.自动控制系统及应用[M].机械工业出版社，2012.
[3]戴一平.可编程控制器技术及应用[M].机械工业出版社，2006.
项目来源：台州职业技术学院2014年度校级课题“《PLC技术与应用》项目化教学的改革与探索（2014YB05）”。
作者简介：钱珍珍（1968—），女，浙江台州人，现供职于台州职业技术学院，研究方向：工业控制。