CNC全自动数控弯管机控制系统解决方案
l 采用触控屏配合可运算型电脑，功能强、扩充性高
l 具备三维图形实现预览与干涉预览功能
l 分段设定速度，弯管精度高，在实弯时可选用分解动作，观察干涉点，修改动作，提高效率
l 手动、自动、半循环、全循环等多种功能任意选择
l 可根据实际设定的管型数据仿真出三维图形，实现预览
l 根据弯管档案可直接动态模拟弯管过程动画，实际加工& 前就能直观的检测出干涉，大大降低试弯调试本。
l 大弧度管件加工（推弯功能）
l 任意角度工件一气呵成，辅推，慢退芯功能，可弯制薄壁弯件
l 每一组弯管动作皆可因不同材质变化设定补偿值、速度
l 具自动侦测错误及故障功能，并在荧幕显示，让操作者容易排除障碍
&& 该CNC全自动数控弯管机控制系统采用15&彩色触摸屏操作显示,可根据实际输入的管型数据仿真出三维图形实现预览与干涉预览功能，可以输入、编辑、储存和显示各种弯管数据和指令。可将X.Y.Z.座标自动转换成Y.B.C.加工值，同时机器的各个运动坐标(Y、B、C)都在计算机的准确控制之下,可实现全自动有芯弯曲,并具有故障自诊断,断电记忆,自动润滑,安全保护等先进功能。弯管机(C轴)、转管(B轴)、送管(Y轴)均为闭环伺服控制,旋转运动数控精度为&0.1&,直线运动数控精度为&0.1mm。
硬件规格：
轴数 &&&&&&&4轴(标配) 、3轴
电机类型&&& 伺服电机
数字量输入& 24 路(标配),可扩充64路
数字量输出& 32 路(标配),可扩充64路
显示端口&&& 15&工规彩色触摸屏(标配)
软件规格：
1、分段设定速度，弯管精度高；
2、在实弯时可选用分解动作，观察干涉点，修改动作，提高效率；
3、可根据实际设定的管型数据仿真出三维图形，实现预览；
4、每一组弯管动作皆可因不同材质变化设定补偿值、速度；
5、具自动侦测错误及故障功能，并在荧幕显示，让操作者容易排除障碍&&；&&
自动化弯管机软件规格
硬件系統功能部分：
每组管件程序最大可达32弯
15&XGA人机液晶触摸屏,分辨率为1024&768，符合NEMA4/IP65防护标准，前端全平面板设计，防尘底板和铝制前面板
使用宽温、抗震的工业级记忆卡存储程序和数据
全套Windows XP嵌入式操作系统
弯管程式自动运行支持三种模式：单弯、半自动和全自动
内嵌Celeron M 1.0 GHz 处理器与 512 MB 系统内存
支持后拉、夹放等多种加工方式选择
集成4轴运动电机控制与32通道隔离数字量一体化的系统设计
退弯过程中，提供送料,转管,退管三轴同动方式选择
高达4 M pps脉冲输出(CW/CCW)或(脉冲/方向)脉冲输出类型
支持导模干涉、圆模干涉和软极限保护
支持现今全球各品牌的伺服与步进驱动电机
具备自动异常诊断、报警及误操作保护功能
高达1MHz编码器高速输入(A/B相位)或(加/减编码器)脉冲输入类型
加工值（Y/B/C）与空间（X/Y/Z）坐标互换功能
具备10/100Mbps RJ-45以太网串口/USB端口/RS-232扩充端口
提供多视角的管件与整体设备3D预览功能；
具备工业等级记忆内存CF界面做系统置放
具备3D模拟弯管及干涉检测功能
支持辅推和多次辅退功能
系统可藉由DiagAnywhere进行远程监控与操作功能
全自动的弯管回弹补偿及延伸率修正功能
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非洲 & 中东导读：2.6弯管机的冷却系统，感应加热后喷淋冷却手动控制时，冷却系统用于中频加热系统中频电源、中频变压器、感应线圈及钢管的冷却，当旋转摇臂达到设定弯曲角度时,控制系统自动停止弯管作业，本课题的研究工作主要是根据弯管机的工艺流程对弯管机的控制系统进行分析和数学建模，确定适用于该系统的控制算法，进行硬件的设计和软件的编程，并且各工艺参数的设定也比较复杂,而参数设定的合适与否会极大影响弯管的各种机械性能，
(1) 先按启停按钮,人机界面的“油泵状态”项显示“运行”,表示油泵已经启动。 (2) 将“手动/ 自动”选择开关打到手动位置,手动指示灯亮。同时,人机界面的“机器当前状态”项中显示“手动”。 (3) 夹具夹紧松开是通过“夹具夹紧、松开”选择开关操作,当打到“夹紧”时,夹具夹紧;当打到“松开”时,夹具松开;当打到中间时,夹具停止动作。 (4) 弯管前进后退是通过“弯管前进、后退”选择开关操作,当打到“前进”时,弯管前进;当打到“后退”时,弯管后退;当打到中间时,弯管停止动作。 自动操作 (1) 首先对人机界面里的参数进行设定,人机界面上的“ESC”键为“退出”;“上箭头”键为“向上移动或增加”;“下箭头”键为“向下移动或减少”;“右箭头”键为“向右移动或向右移位”;“ENTER”键为“确定”;“PageUp”键为“向上翻页”;“PageDn”键为“向下翻页”。 (2) 第一步要设定的是“设定弯道数量”,该项是指一个工件弯道数的总和。把光标移到该项后面的数值上,按下“ENTER”键,用“上箭头”键、“下箭头”键改变到所需数值,再按下“ENTER”键。 (3) 第二步要设定的是“限位1～6 对应第几弯”,在所需的角度限位开关后面的数值中写入对应的弯道数。 (4) 按下油泵的启停按钮,人机界面的“油泵状态”项显示“运行”,表示油泵已经启动。 (5) 将“手动/ 自动”选择开关打到自动位置。按下启动按钮,就会自动完成“夹具夹紧”→“弯管前进”→“夹具松开”→“弯管后退”→“停止”,完成一个循环。再按下启动按钮,就开始进入下一循环,如此循环工作。 复位方法 在自动运行过程中,需要改变参数时,就要对其进行复位,复位的方法就是将“自动/ 手动”选择开关先拨到中间位置复位,再拨回自动即可。 表2.1弯管机信息点数统计 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
功能描述 旋转编码器A相 旋转编码器B相 7.5KW电机开 7.5KW电机关 18.5KW电机1开 18.5KW电机1关 18.5KW电机2开 18.5KW电机2关 18.5KW电机3开 18.5KW电机3关 快进 快退 工进1 输入/输出 输入 输出 输入/输出 输入 输入/输出 输入 输入/输出 输入 输入/输出 输入 输入/输出 输入/输出 输入/输出 6 地址分配 I0.0 I0.1 I0.2
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 工进2 慢退1 慢退2 气泵开 气泵停 风扇开 风扇停 中频电源水泵开 中频电源水泵关 感应线圈水泵开 感应线圈水泵关 旋臂夹头松 旋臂夹头紧 旋臂夹头销子松 旋臂夹头销子紧 旋臂半径调节进 旋臂半径调节退 旋臂移动进 旋臂移动退 管道抱管轮进 管道抱管轮退 感应线圈进 感应线圈退 中频功率手动 中频功率自动 中频功率调节 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入 输入/输出 输入 输入/输出 输入 输入/输出 输入 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入 输入
AQW2 AIW2 AIW4 AIW6
感应线圈移动速度(显 示) 推管速度调节 感应线圈温度 中频直流电压 中频直流电流
2.6 弯管机的冷却系统 感应加热后喷淋冷却手动控制时，在中央操作台上，调节喷淋给定电位器，手动给定喷淋水量信号至电动调节阀。完成喷淋水量的给定调节。 感应加热喷淋冷却后所测得的内外弧两点温度与计算机设定的冷却温度送入PLC，通过PID 调节仪调节电动调节阀的开口度来调节喷淋水量的大小，从而调节最后的冷却温度，以此达到工艺要求。 冷却系统用于中频加热系统中频电源、中频变压器、感应线圈及钢管的冷却。当旋转摇臂达到设定弯曲角度时, 控制系统自动停止弯管作业。 2.7弯管机的工艺流程 本课题的研究工作主要是根据弯管机的工艺流程对弯管机的控制系统进行分析和数学建模，确定适用于该系统的控制算法，进行硬件的设计和软件的编程，并到现场进行调试，完成理论与实践的结合。
中频加热感应弯管机的工艺流程 由于管材的材质各异, 管径、壁厚、弯曲角度等差异较大,使得中频电源加热温度和弯管推进速度之间的关系都不一样，并且各工艺参数的设定也比较复杂, 而参数设定的合适与否会极大影响弯管的各种机械性能, 所以要根据工况的不同进行参数选择, 并由此控制弯管的质量。其次在对弯管机的系统以及弯管工艺有一个很好的了解的基础上，根据实际情况，完成硬件设备的选型和软件的设计。
弯管机控制系统计的设计 3 弯管机控制系统的设计 3.1设计方案
电气控制系统选用了以西门子S7-200 PLC和工控机主控设备的计算机监控系统，电气控制系统框图如图3.1所示。
推进速度测量
工艺参数设定
加热温度测量
中频功率测量
采集数据记录 中频功率和速度调节
弯 管 机控制上位机器
图3.1 控制系统结构图 采用西门子S7一200系列PLC作为主控制器进行数据采集和信息处理.S7一200具有PID控制的功能.通过设置和调节PID参数实现速度和温度和功率平衡控制。采用西门子公司的WINCC作为上位机组态软件,完成上位机监控界面的设计，对加热温度和推进速度的数据实施实时监控和存储，并实现历史数据的查询和打印功能。 此系统是以可编程控制器(PLC)控制为主的弯管机。这种控制方式是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动化控制装置。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，采用可编程控制器控制，使系统的控制性能和可靠性大大提高。 弯管机是利用是利用中频电源对钢管进行加热，同时将钢管匀速推进，使加热部分的钢管沿预设的轨道行走从而形成具有一定曲率半径和角度的弯管。先将钢管安装就位，通过摇臂回转装置上的丝杠丝母传动装置调整好弯曲半径，采用中频感应加热圈对钢管加热到一定温度后进行弯曲，弯曲时以液压为动力，由小车将钢管向前推进，沿调整好的弯曲半径在加热处发生变形而弯曲，钢管变形后对其喷水冷却，从而获得所需的弯管管件。 弯管机采用飞秒光电激光传感器来控制它的温度，采用编码器来控制它的速度，从而保持功率恒定， PLC系统中所用的断路器、接触器、热继电器、转换开关、按钮、指示灯等控制元件 9
均应选用可靠性高、电气寿命长的IEC标准优质产品。、弯管机、电机上的配线,采用包塑金属软管,并配有软管接头，打有管夹,可防止线缆拔脱和线缆的机械损伤。温度传感器选用电流输出形式，温度传感器至控制台数字面板表的信号传输采用屏蔽信号电缆，克服了信号传输过程中的衰减和干扰，保证面板表显示数据的准确性。 控制系统选用西门子公司的模板式可编程控制器S7-200系列PLC控制，由一个PLC柜组成。PLC和操作台控制柜之间使用PROFIBUS-DP方式通讯。使用触摸屏进行设备状况监视和模拟量标定，进行各打压参数的设置。应具有手动设置予密封力的功能，满足不同管径对设备平衡的要求。 3.2硬件电路设计的整体思想 3.2.1 上位机 采用西门子公司的WINCC作为上位机组态软件,完成上位机监控界面的设计，对加热温度和推进速度的数据实施实时监控和存储，并实现历史数据的查询和打印功能。 它是4U高14槽机架安装工业电脑机箱，专为任务关键应用而设计。此机箱包括一个通用14槽无源底板、带PFC（功率因数补偿）电源的高效300W ATX和易于维护的双冷却风扇。机箱前面板上的系统状态LED指示灯可显示电源、硬盘和系统电压的运行情况。带有两个高CFM风扇的先进冷却系统能够提供充足的气流来冷却系统的主要部件。前端接线的USB和PS／2键盘I／O接口可以连接各种外部设备，以便进行数据传输、备份和输入。灵活的机械设计支持单PS／2电源或冗余电源（通过更换电源托架）。所有这些特点使IPC-610-H成为性价比最佳和总价最优的选择。它的配置内存是1g的，硬盘是120g的，有光驱，键盘+鼠标，它的配置很高能满足上位机软件运行的要求。 3.2.2 下位机 下位机由PLC担任，它负责对现场传感器检测到的信号传送给上位机进行信号处理，同时它又把上位机的控制指令翻译成执行指令控制现场可执行元件的动作，从而实现系统整体自动协调动作，完成弯管的作业。工控机和PLC之间的通信是通过专用的PC/ PPI电缆来实现的,PLC和触摸屏之间的通讯是通过RS485/422专用电缆来实现的。
PLC实质上是一种专用于工业控制的计算机，其基本硬件结构与一般计算机几乎一样。由于它是对机械或设备或某个系统直接进行控制的装置，所以与一般计算机又有所不同，它使用适宜于控制的专门语言，实时性强，可与各种输入/输出设备直接连接，可在较恶劣的现场环境中工作。 PLC主要由中央处理单元(CPU)、存储器((ROM/RAM)、输入/输出单元(I/O)、电源以及外部设备(如编程器)等几大部分组成。
SIMATIC S7-200系列PLC是模块化设计的，使用的模块有基本模块、扩展模块两类，结构简单、成本低廉、功能强大。基本模块有CPU221, CPU 222,CPU224和CPU 226，本系统选用CPU 226，它主要具有以下特点.
①具有一个RS485串行口，支持点对点(PPI)方式、自由方式(Free mode)等多种通讯 10 包含总结汇报、外语学习、人文社科、办公文档、文档下载、IT计算机、考试资料、计划方案、专业文献、行业论文以及弯管机控制系统设计等内容。本文共9页
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