基于嵌入式软PLC 的防回弹数控折弯机控制系统设计

于志宏

（衡水职业技术学院，衡水 053000）

数控折弯机是一种将金属板材进行折弯加工的机床设备，其主要功能是通过板材与模具的机械接触，将金属板材弯折成不同的角度和形状。随着科学技术的不断进步，折弯机生产的金属板材工件广泛应用于汽车、飞机与轮船制造，以及轻工、集装箱、电梯、铁道车辆等行业，对金属板材的成型与性能要求也越来越高。由于金属板材具有较强的韧性，如果采用一般的数控折弯机，一次上料完成相同角度或不同角度的多弯头折弯，无法保证折弯后的工件不会回弹，从而增大了报废率。因此，数控折弯机需要不断进行改进和再设计。本项目提供一种基于嵌入式软可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制的全自动防回弹数控折弯机，能够避免具有较强韧性的金属板材折弯回弹，可以很大程度上降低废品率[1]。

1 防回弹数控折弯机的开发方案

本项目采用嵌入式软PLC 技术，支持程序编辑、人机交互等基本功能，而且支持运动控制的相关算法。软PLC 控制策略如图1 所示。此开发方案建立硬件体系，可以根据需求自由选取控制器件，并且程序设计应用范围比较广泛。与硬件PLC 或者单片机控制器的控制技术相比，该方案能够充分展示嵌入式软PLC 的技术优点，延展了硬件PLC 控制技术在可靠性、高速度和高性能等方面的特点[2]。

图1 软PLC 控制策略

2 防回弹数控折弯机的机械结构与电路构成

2.1 机械结构

防回弹数控折弯机机械结构包括自动上料模块、自动折弯模块和自动定型模块[3]，结构如图2 所示。第一，自动上料模块。折弯机通过焊枪和冷却组件的设置，将板材放置在第1 挤压块和第2 挤压块之间。第二，自动折弯模块。启动液压缸，使得第1 挤压块向第2 挤压块移动，两者靠近会折弯板材，然后通过多个焊枪均匀加热板材折弯处[4]。第三，自动定型模块。焊枪对板材折弯处加热一段时间后，停止加热并启动水泵，通过连接管向排水管供水，然后通过多个喷嘴向导水槽内注水。注入的水将沿着板材表面流动，对板材进行降温以及定形，避免回弹。

图2 折弯机结构

2.2 电路构成

折弯机控制系统的硬件电路主要用于自动上料模块、自动折弯模块、自动定型模块这3 大模块与核心控制模块之间进行数据传送与数据转换，包括核心控制器、数字信号输入/输出（Input/Output，I/O）模块、模拟信号I/O 模块、伺服电机、伺服驱动器和总线通信模块等[5]。系统电路结构如图3 所示。

图3 系统电路结构

折弯机数控系统的核心控制模块采用基于ARM的嵌入式控制器，根据实际情况选择合适的型号。本项目选择一种包含液晶触摸显示屏的HNC-812 嵌入式控制器，该控制器采用卡程序存储方式，支持RS-232 接口或者以太网通信协议进行程序下载与数据传送。嵌入式控制器HNC-812 作为折弯机数控系统的核心控制器，支持总线接口EtherCAT 与I/O 模块之间的通信，支持通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）接口下载程序，液晶触摸显示屏可以实现参数设置、数据监控等人机交互功能。I/O 模块选用HIO-1100，属于控制系统的执行元件。HIO-1100 包括8 个功能子模块接口和1 个通信子模块接口，功能子模块具备对模拟信号和数字信号的传输与转换功能。另外，系统还配备有轴模块，用于控制光栅尺，以便采样液压轴的位置信号。

3 防回弹数控折弯机的控制程序与调试处理

3.1 控制程序

折弯机加工流程相对比较固定，主要通过Y轴实现折弯加工的动作，通过X轴定位金属板材。当折弯机启动开机后，选择手动控制或者自动控制的加工模式，同时进行系列参数配置，并调用对应的程序编号。折弯机数控系统回零，折弯加工工作准备就绪，此时X轴根据系统预设的定位点进行移动，由自动上料模块实现金属板材下料，然后由Y轴向下移动压制完成折弯加工，并自动保压。折弯加工结束后，Y轴自动上升，等待后续命令。如果折弯加工位置不到位或者不合格，则重复执行加工工序或者执行校正加工工序；如果折弯加工精确到位，则自动上料，继续加工下一个金属板材。折弯机数控系统不断循环，直到用户开启停止功能，才会结束折弯加工操作。折弯机加工流程如图4 所示。

图4 折弯机加工流程

3.2 调试处理

完成防回弹数控折弯机控制系统设计与现场样机测试安装工作后，以MB8-250X3200 折弯机为样机进行改造升级，验证嵌入式软PLC 数控系统方案，并进行现场调试与测试。调试参数包括参数配置、折弯角度补偿、挡料定位等方面，然后通过采样Y轴下压量、压力、折弯角度、卸荷距离、挠度补偿、速度转换点等数据，测试折弯加工工件的质量、工艺与性能。测试结果显示，折弯机Y轴的定位精度误差不大于0.005 mm，经过折弯算法反馈的折弯角度误差不大于0.1°，达到折弯机对金属板材折弯加工的质量、工艺和性能要求。

4 结语

通过对防回弹数控折弯机样机的调试和试用，证明该设备具有自动放置金属板材、自动折弯，以及自动保压、加热、冷却、定型等功能，同时可以通过监控屏幕实时监控设备的运行状态及加热温度、冷却时间等参数。该系统具有一键式全自动控制、折弯精度高、防折弯回弹、废品率低和生产效率高等特点，相比传统的数控折弯机更为安全可靠，不但技术先进、性能稳定，而且操作方便、性价比高。