多工位管端成形機是對管件的管端進行切削、倒角、旋溝加工的機電一體化設備。 根據多工位元管端成形機加工精度高的工藝特點， 結合光柵尺和伺服電機， 本系統使用了PLC內部高速計數器和脈衝輸出單元， 實現了成形機的運動控制。 該系統具有一定的適用性。
隨著社會經濟的迅速發展， 生活水準的不斷提高， 人們對家用空調、汽車的需求量越來越大。 因而， 每年需要的冷凝管的數量、規格都在迅速地增加， 這就要求多工位管端成形機能夠滿足不同類型、不同規格的管端加工的需要。 多工位管端成形機是對這些冷凝管的端頭進行切削、倒角、旋溝加工的機電一體化設備。
多工位管端成形機帶有6個成形的模具， 這6個模具一字排開， 其中兩個模具由伺服電機驅動分別對管端進行倒角和旋溝加工。 該系統由輔助系統、液壓系統、伺服系統和主控制器等四個部分組成。 輔助系統包括冷卻風機、冷凝水泵、安全擋板等部件。 液壓系統包括油泵、比例液壓閥、雙向液壓閥和油缸。
伺服系統包括伺服電機和絲杆。 主控制器包括小型PLC主控制器及拓展的I/O模組。 有別與以傳統使用的常規繼電器控制系統， PLC的運用大大簡化了電氣線路， 工作靈敏、可靠、柔性好。 該系統具有平面切削及倒角動作平穩、震盪小、旋溝動作速度快、端面加工精確等優點。
多工位管端成形機的操作方式是半自動操作。 首先， 放下管件活動擋板， 對管件進行定位。 然後， 加緊管件。 由液壓驅動加緊油缸作加緊動作， 由時間控制電磁閥一端電磁鐵帶電作加緊動作， 時間長短可設定， 精度0.1秒， 加緊動作到位後電磁鐵斷電， 由單向閥保持油缸壓力。
其次， 依次加工、換模。 具體過程如下：1號模具以最快85 mm/s速前進， 在模具距離端頭1cm處以0.2mm/s速前進， PLC內部高速計數器（HSC）高設定值到達， 模具停止， 並計時器延時3秒。 延時到達， 模具以85mm/s速後退， 到模具距離端頭3cm處停止， 然後起動伺服電機。 伺服電機驅動絲杆旋轉使得模具做Y向移動， 更換成2號模具。
然後2號模具快進、慢進、延時、快退、停止、換模。
其工作過程如圖1所示。
控制器的設計與實現
由上一節可以知道， 多工位管端成形機控制系統主要有兩個動作：Y向模具的進退；X向模具更換。 Y向模具的進退是由比例流量閥、光柵尺和PLC來實現。 三者配合使Y向模具先快進後慢進、停止加工、然後快速後退， 從而保證了管件端頭的加工精度。
比例流量閥根據輸入電信號提供有壓力補償的流量控制。 比例閥與放大器配合工作，
光柵尺依據相對運動的原理來產生光信號， 光信號經過光電器件的轉換處理後， 用來監測和控制機械裝置的位移。 光柵尺的定尺安裝在固定結合面上， 動尺通過支架與運動部件連接。 輸出信號有兩種：TTL波和正弦波。 本系統採用的輸出信號是TTL波， 輸出電壓的幅值為0.3～3.5VDC。 信號經放大後（幅值為2.0～23.5VDC）輸入到PLC的高速計數模組（HSC）。
該光柵尺是西班牙FAGOR公司的產品， 動尺和定尺每相對移動20 μm就產生一個週期的脈衝。
Rockwell公司的Micrologix1100 PLC內部HSC可接受頻率高達20kHz的輸入脈衝信號， 滿足模具Y向進給速率和精度要求。 高速計數器累積計數到高預置值時，
X向模具更換的一個關鍵環節是伺服電機升降速控制。 為了達到高速精確定位， 伺服電機的運動一般應包括：啟動、加速、勻速運行、減速和停止五個階段。 伺服電機是一種輸出與輸入數位脈衝對應的增量驅動元件， 步距角和轉速僅與脈衝頻率有關。
本系統就是使用PLC的脈衝輸出單元來控制伺服電機的起轉停。 Micrologix1100的控制器支援兩個高速輸出點。 這些輸出點既能用作標準輸出（非高速輸出）， 又能分別組態為PTO或PWM輸出[4]。
本系統採用PTO輸出。 PTO功能允許從控制器直接控制運動曲線或脈衝分佈曲線，脈衝分佈曲線有三個主要部分：脈衝總數、加速/減速時間和勻速運動時間[4]。通過設置PTO的OF（輸出頻率）、TOP（輸出脈衝總數）、ADP（加速/減速脈衝數）等參數來控制脈衝輸出的變化，從而控制伺服電機的運行狀態。通過把模具間的距離的轉化為PTO脈衝數的策略控制伺服電機驅動絲杆旋轉，使得絲杆上的模具X向移動，從而實現換模。
PTO與伺服電機轉速的關係如圖2。
其他細節
本系統的控制軟體中還有兩個主要環節：一是正確使用高速計數器指令。在真正執行HSC指令之前先設定HSC參數，然後用HSL指令載入參數，更新HSC硬體；二是PTO脈衝總數和加速/減速時間是不固定的。
因為各個模具之間的距離不同，需要移動的長度也不同，所以要產生不同的脈衝串。所以在使用PTO指令之前要對其中的參數進行賦值。
在程式設計時還考慮到要滿足幾個關鍵的條件：啟動條件——多工位管端成形機開始操作的前提是冷卻風機和液壓油泵等都啟動、安全擋板放好；互鎖條件——要保證多工位管端成形機運行的可靠性。
控制器的軟體設計控制系統的軟體設計從本系統的工藝流程可以看出，加工過程是嚴格依照工序進行的，不能有絲毫的差錯。軟體設計時不但要考慮到各工序的順序動作，而且要考慮到各工序之間的相互制約關係，同時還要考慮用軟體控制液壓系統的速度變換回路、換向回路、制動回路和定位回路，以確保加工過程準確無誤。
圖3示出了系統的主程序框圖。由於加工動作重複出現，程式量大，所以編制特定功能的副程式，通過調用這些副程式，就能實現縮短程式掃描時間、提高程式執行速度的目的。
4 結語
在多工位管端成形機自動控制系統的研製中，採用了技術先進，可靠性相當高的PLC，改變了傳統的工作方式，大大提高了勞動生產率和產品品質。運用了羅克韋爾公司的Micrologix1100 PLC中強大的高速計數器指令和脈衝串輸出指令，對伺服電機進行精確控制，基本實現了多工位管端成形機加工精度高、可靠性良好的目標。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“多工位管端成形機控制器的設計”，作者為楊宏宇、胡仁傑。）
PTO功能允許從控制器直接控制運動曲線或脈衝分佈曲線，脈衝分佈曲線有三個主要部分：脈衝總數、加速/減速時間和勻速運動時間[4]。通過設置PTO的OF（輸出頻率）、TOP（輸出脈衝總數）、ADP（加速/減速脈衝數）等參數來控制脈衝輸出的變化，從而控制伺服電機的運行狀態。通過把模具間的距離的轉化為PTO脈衝數的策略控制伺服電機驅動絲杆旋轉，使得絲杆上的模具X向移動，從而實現換模。PTO與伺服電機轉速的關係如圖2。
其他細節
本系統的控制軟體中還有兩個主要環節：一是正確使用高速計數器指令。在真正執行HSC指令之前先設定HSC參數，然後用HSL指令載入參數，更新HSC硬體；二是PTO脈衝總數和加速/減速時間是不固定的。
因為各個模具之間的距離不同，需要移動的長度也不同，所以要產生不同的脈衝串。所以在使用PTO指令之前要對其中的參數進行賦值。
在程式設計時還考慮到要滿足幾個關鍵的條件：啟動條件——多工位管端成形機開始操作的前提是冷卻風機和液壓油泵等都啟動、安全擋板放好；互鎖條件——要保證多工位管端成形機運行的可靠性。
控制器的軟體設計控制系統的軟體設計從本系統的工藝流程可以看出，加工過程是嚴格依照工序進行的，不能有絲毫的差錯。軟體設計時不但要考慮到各工序的順序動作，而且要考慮到各工序之間的相互制約關係，同時還要考慮用軟體控制液壓系統的速度變換回路、換向回路、制動回路和定位回路，以確保加工過程準確無誤。
圖3示出了系統的主程序框圖。由於加工動作重複出現，程式量大，所以編制特定功能的副程式，通過調用這些副程式，就能實現縮短程式掃描時間、提高程式執行速度的目的。
4 結語
在多工位管端成形機自動控制系統的研製中，採用了技術先進，可靠性相當高的PLC，改變了傳統的工作方式，大大提高了勞動生產率和產品品質。運用了羅克韋爾公司的Micrologix1100 PLC中強大的高速計數器指令和脈衝串輸出指令，對伺服電機進行精確控制，基本實現了多工位管端成形機加工精度高、可靠性良好的目標。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“多工位管端成形機控制器的設計”，作者為楊宏宇、胡仁傑。）