基于PLC的自動剪板機(jī)設(shè)計(jì)

基于PLC的自動剪板機(jī)設(shè)計(jì)第1章緒論1.1概述在金屬加工工業(yè)中，剪切機(jī)是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，而剪切機(jī)的控制系統(tǒng)是其核心部件。剪板機(jī)在我國主要用于薄鋼板的剪切，尤其是薄鋼板的剪切加工。剪板機(jī)應(yīng)用在汽車、鋼鐵、建筑和電子等行業(yè)，與之相匹配的是剪板機(jī)控制系統(tǒng)[1]。為了提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度，需要設(shè)計(jì)一套基于PLC控制的自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)。本文所研究的剪板機(jī)控制系統(tǒng)采用可編程序控制器PLC作為主控制器，并使用光電開關(guān)檢測行程開關(guān)，當(dāng)行程開關(guān)檢測到的位移達(dá)到預(yù)定值時，系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的指令給PLC。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自動剪板機(jī)系統(tǒng)的硬件組成以及軟件系統(tǒng)。本文以SIMATICS7-1200系列PLC為核心，結(jié)合變頻器、觸摸屏與PLC之間的通信連接關(guān)系設(shè)計(jì)了一套自動化剪板機(jī)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)剪板加工過程中的各種控制要求，滿足生產(chǎn)工藝要求，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。1.2本課題的研究背景目前國內(nèi)對于基于PLC的剪板機(jī)控制系統(tǒng)的研究還較為有限，存在控制算法不夠成熟、控制精度不夠高、系統(tǒng)穩(wěn)定性有待提高等問題。近年來，隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備開始向自動化控制方向轉(zhuǎn)變。剪板機(jī)作為一種重要的金屬加工設(shè)備，設(shè)備的安全穩(wěn)定是第一要點(diǎn)[2]。因此，如何設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定可靠的剪板機(jī)控制系統(tǒng)，提高其自動化程度和生產(chǎn)效率，是當(dāng)前亟待解決的問題。在目前的剪板機(jī)控制系統(tǒng)中，多數(shù)使用傳統(tǒng)的電氣控制方式，存在控制精度低、可靠性差、故障率高等問題。同時，隨著工業(yè)自動化、智能化的普及和數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展，基于PLC控制的剪板機(jī)控制系統(tǒng)逐漸成為研究的熱點(diǎn)[3]。PLC控制系統(tǒng)具有控制精度高、可靠性強(qiáng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地提高剪板機(jī)的自動化水平和生產(chǎn)效率。1.3研究目的及意義金屬板材中應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的就是鋼板，而鋼板中，中板是應(yīng)用范圍最廣泛的扁平鋼材。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年我國中板產(chǎn)量近四千五百萬噸，較2020年增長近200萬噸。而在巨量鋼材及其他金屬板材的機(jī)加工作業(yè)中，首先將會進(jìn)行的是剪板作業(yè)。顧名思義，剪板就是將板材進(jìn)行裁剪，以便于在下游工序中可以進(jìn)一步加工[4]。機(jī)加工行業(yè)所使用的自動剪板機(jī)是先進(jìn)加工中心需要的裝備條件其中的一條，其有良好的剪切效率和加工質(zhì)量，換一種說法，它是提升金屬板材機(jī)生產(chǎn)能力和加工效率的其中一項(xiàng)重要的因素。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場的需求，在現(xiàn)在生產(chǎn)中如何提高生產(chǎn)效率減少成本已經(jīng)成為各行各業(yè)的共識。因此生產(chǎn)中的自動化、智能化的生產(chǎn)設(shè)備成為當(dāng)前的主流設(shè)備。自動剪板機(jī)技術(shù)可以代替大量人工排序下料和開料，不僅縮減了人工的費(fèi)用，而且大大提高了剪切作業(yè)的效率和準(zhǔn)確性。在傳統(tǒng)金屬剪切領(lǐng)域中，基本以輸送線、切刀機(jī)構(gòu)成的傳統(tǒng)剪板系統(tǒng)，所以將傳統(tǒng)剪板系統(tǒng)升級優(yōu)化為全自動剪板機(jī)志在必行。本課題設(shè)計(jì)擬采用PLC的自動控制設(shè)備對剪板機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，PLC有其靈活可靠、易于擴(kuò)展、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合變頻技術(shù)、傳感技術(shù)以及氣動技術(shù)等，可實(shí)現(xiàn)對鋼板等物品的運(yùn)輸、裁剪等功能，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)，且安全性高。因此研究基于PLC的全自動剪板機(jī)技術(shù)有著非常重要的意義。1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國國內(nèi)對自動剪板機(jī)的研究多源于大型鋼材加工企業(yè)及相關(guān)專業(yè)的高校團(tuán)隊(duì)。2019年中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司的李明在《基于PLC實(shí)現(xiàn)對剪板機(jī)自動控制的設(shè)計(jì)》文章中設(shè)計(jì)了一套基于松下FP1系列可編程控制器的自動剪板機(jī)，該機(jī)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)由送料機(jī)構(gòu)、壓料塊、切料刀以及變頻電機(jī)組成，并配置了觸摸屏以及光電保護(hù)部分[5]。通過IO的設(shè)置和限位開關(guān)的合理利用，該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了剪板機(jī)的自動化作業(yè)。但美中不足的是，該系統(tǒng)基于松下公司的可編程控制器，而在工控自動化領(lǐng)域，設(shè)備性能有所欠缺，應(yīng)用范圍不夠廣泛。2021年湖北文理學(xué)院的袁芳等人在《自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》文章中提到了使用三菱FX2N系列PLC來實(shí)現(xiàn)剪板機(jī)的自動作業(yè)，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的自動控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)剪板機(jī)送料、壓料、剪切、計(jì)數(shù)和送料等工序，并在送料抖動問題和控制策略的優(yōu)化均進(jìn)行了研究分析[6]。但該控制系統(tǒng)未能在剪板生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行，機(jī)器設(shè)備的穩(wěn)定性和程序的故障率需要進(jìn)一步來驗(yàn)證。國外對自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)注較早，始源于上個世紀(jì)80年代前后，并得到了一些顯著的研究成果，尤其是德國、日本等掌握可編程控制器關(guān)鍵技術(shù)的國家和企業(yè)，在機(jī)加工的自動控制領(lǐng)域發(fā)展水平一直較高。2017年，L.M.B.Araújo等人在《Anoveldynamicholdingsystemforthinmetalplateshearingmachines》文章中對金屬剪板作業(yè)中的切割截面變形從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量欠佳的問題做出了改進(jìn)設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)的設(shè)備能夠較為輕松的接入剪板機(jī)，并且刀具的移動是全自動運(yùn)行，保證了金屬板的平整[11]。2018年，MelyaDyanasariSebayang和ErlanggaKustyawan在《Designofmaterialtransferautomationinshearingmachine》文章中對全自動剪板機(jī)前端物料輸送的各個細(xì)節(jié)進(jìn)行了過程分析，設(shè)計(jì)了能夠適應(yīng)多種情形下的物料輸入到送入剪切機(jī)床工作臺的輸送機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用搭配了液壓系統(tǒng)的多級輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了不同厚度的物料多角度移動[12]。同一年度，AGNikitin等人在《Energy-savingmethodofcuttingapre-bentbarontheshearmachine》文章中重點(diǎn)對金屬剪板機(jī)作業(yè)過程中剪切力提升和提高剪板機(jī)工作效率這兩方面進(jìn)行了研究，提出了一種計(jì)算預(yù)彎桿在剪切機(jī)上剪切力的方法，確定了在切割剛性材料是獲得定性切割的條件[13]。通過以上對國外研究文獻(xiàn)的了解和上網(wǎng)查詢相關(guān)資料，不難發(fā)現(xiàn)國外的剪板機(jī)自動控制研究已經(jīng)達(dá)到了精細(xì)化、多能化的水平，國內(nèi)研究水平較之仍有很大差距。第2章全自動剪板機(jī)2.1剪板機(jī)的工作原理自動剪板機(jī)主要適用于金屬加工和板材作業(yè)。在設(shè)計(jì)自動剪板機(jī)之前，必須考慮幾個因素。提高機(jī)器設(shè)備的剪切能力，提高所選零件的生產(chǎn)效率和安全性。設(shè)備工作時上模裝在固定行程的上刀架上，下模固定在下刀架上。下刀架起作用時，通過機(jī)械傳動，使刀軸旋轉(zhuǎn)，同時上刀架起作用時，將剪斷的金屬材料送到剪切位置，完成剪切動作。而剎車式切板機(jī)驅(qū)動驅(qū)動系統(tǒng)向下移動刀片在前進(jìn)過程中，不再需要凹面導(dǎo)向或清晰的路徑來保持刀片在適當(dāng)?shù)奈恢?。剪板機(jī)是機(jī)械制造業(yè)中一種重要的金屬切削設(shè)備。在金屬加工中得到廣泛應(yīng)用，主要用于加工各種薄板件。2.2剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)及種類2.2.1結(jié)構(gòu)組成剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)組成是一臺機(jī)床的主要部分，其功能是利用刀具剪切板料，然后通過電機(jī)帶動刀片在模具上做相對運(yùn)動，完成加工過程，如圖2.1所示。根據(jù)產(chǎn)品的性能和要求，所用的刀具結(jié)構(gòu)也不同，大致分為兩大類：一類為固定刀片的剪板機(jī)，另一類為浮動刀片的剪板機(jī)。固定刀片剪板機(jī)一般使用固定刀片，采用液壓油缸傳動，實(shí)現(xiàn)剪切動作[7]。而浮動刀片剪板機(jī)主要應(yīng)用于薄板剪斷加工生產(chǎn)中。主要結(jié)構(gòu)如下：1、驅(qū)動裝置：是指在剪切過程中機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)所需動力的主要來源。其包括：電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器等。2、液壓部分：是指在剪切過程中機(jī)器的動力來源，一般包括：液壓站、油泵電機(jī)等。3、剪切部分：是指在剪切過程中刀具相對于鋼板所做的相對運(yùn)動，一般包括：剪刀、刀板。剪刀由刀具、夾具、楔塊組成，剪刃上下兩邊有刃口，保證剪切力。刀架是剪切力的主要來源，由鋼板和刀片組成，固定在機(jī)架上。楔塊用于調(diào)整刀具的位置。4、導(dǎo)向裝置：是指在剪切過程中保證剪切動作順利進(jìn)行的裝置，一般包括：導(dǎo)向套、導(dǎo)向塊、導(dǎo)軌等。5、壓緊機(jī)構(gòu)：是指在剪切過程中，保證鋼板剪切端面平整的裝置。壓緊力主要來自于壓緊板和彈簧，壓緊板用于調(diào)整壓緊力的大小。6、導(dǎo)向部分：是指為了保證剪切過程中鋼板不發(fā)生移動而設(shè)置的裝置，一般包括：導(dǎo)向套、導(dǎo)向塊、導(dǎo)軌等。7、間隙調(diào)整裝置：是指為了保證鋼板在剪切過程中能夠處于穩(wěn)定的位置而設(shè)置的裝置，一般包括：調(diào)整壓緊彈簧、調(diào)整壓緊板或?qū)к壍取?、制動裝置：是指在剪切結(jié)束后，機(jī)器停止運(yùn)行所設(shè)置的裝置，一般包括：制動缸等。圖2.1剪板機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.2.2類型區(qū)別剪板機(jī)種類很多，按刀口形式分為單刃式和雙刃式；按剪切形式分為單邊剪、轉(zhuǎn)角剪三種；按剪刃數(shù)量分為單剪、雙剪和多刀剪。其中多刀剪板機(jī)是將三個以上不同規(guī)格的鋼板剪切成一塊板的剪板機(jī)。由具有一定剛性的機(jī)架、活動刀刃和壓緊裝置構(gòu)成，能夠完成上下剪切動作。上刀片在機(jī)架上方，下刀片在機(jī)架下方，用于剪切寬度不大于150mm的鋼板，以及用于對不同厚度的鋼板進(jìn)行剪切[8]。目前國內(nèi)外常用的剪板機(jī)主要有手動和電動兩種。手動剪板機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，但精度較差、壽命較短，不能滿足復(fù)雜形狀零件的加工要求；電動剪板機(jī)采用伺服電機(jī)驅(qū)動，具有較高的精度和較好的穩(wěn)定性，但價(jià)格昂貴；此外由于采用進(jìn)口伺服電機(jī)或液壓馬達(dá)，價(jià)格也比較昂貴。因此我國生產(chǎn)的剪板機(jī)基本以電動剪板機(jī)為主。第3章控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及選型3.1系統(tǒng)控制要求自動剪板機(jī)基于西門子可編程控制器SIMATICS7-1200開發(fā)，根據(jù)設(shè)計(jì)的工藝工序編程相應(yīng)PLC的梯形圖，設(shè)計(jì)簡潔的人機(jī)界面以及仿真過程，最終設(shè)計(jì)出一個自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)。1、上電后，檢測各工作機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，控制各工作機(jī)構(gòu)處于初始位置。2、進(jìn)料時，由控制系統(tǒng)控制進(jìn)料機(jī)構(gòu)將待剪板料自動輸送到位。3、定剪切尺寸時，采用伺服電機(jī)控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸，其尺寸可以根據(jù)需求設(shè)置為循環(huán)變動值。4、壓緊和剪切時，待剪板料長度達(dá)到設(shè)定值后由主電動機(jī)帶動壓料器和剪切刀具，先壓緊板料，然后剪斷板料。5、送料車的運(yùn)行包括卸載后自動返回。6、剪切板料的尺寸設(shè)定、自動計(jì)數(shù)及每車板料數(shù)的預(yù)設(shè)定。7、具備斷電保護(hù)和來電恢復(fù)功能。8、能實(shí)現(xiàn)加工過程自動控制，加工參數(shù)顯示，系統(tǒng)檢測等功能。9、保證板料加工精度、加工效率和安全可靠性。10、具有良好的人機(jī)操作界面，使操作者更方便地操作設(shè)備。3.2總體方案本課題設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一套基于PLC的剪板機(jī)控制系統(tǒng)，并對其進(jìn)行優(yōu)化。首先，通過對PLC技術(shù)的概述，對其基本工作原理進(jìn)行介紹，并介紹其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用。其次，針對剪板機(jī)的特點(diǎn)，分析其控制系統(tǒng)的需求。在剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，本課題設(shè)計(jì)先列出了系統(tǒng)的功能需求和硬件配置，再進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，包括控制單元的選擇、控制程序的編寫和通訊模塊的設(shè)計(jì)等。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程中，通過對PLC編程語言的應(yīng)用，編寫出了適合剪板機(jī)的控制程序，并將其加載到PLC中。在剪板機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化方面，本課題設(shè)計(jì)探究了多種優(yōu)化方法，包括控制算法的優(yōu)化、參數(shù)調(diào)節(jié)和通訊穩(wěn)定性的提升等。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析，得出了優(yōu)化后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性均得到了提高。創(chuàng)新點(diǎn)在于將PLC技術(shù)與剪板機(jī)控制相結(jié)合，并通過優(yōu)化方法提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，為剪板機(jī)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)提供了新的思路和方法。3.3PLC可編程控制器的結(jié)構(gòu)組成3.3.1可編程控制器的組成可編程控制器（PLC）由電源模塊、人機(jī)界面（HMI）模塊、存儲器模塊和通訊接口模塊組成。電源模塊的功能是為PLC提供工作所需要的電力，它的作用是使可編程控制器能夠從外界的電力系統(tǒng)中獲取電能，是PLC系統(tǒng)的能量來源?？删幊炭刂破髟谄溥\(yùn)行過程中，要求不斷地為其供電。此外，還要求所提供的電源能夠承受外部設(shè)備和惡劣環(huán)境的沖擊，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。CPU模塊主要是為PLC內(nèi)部各部件之間的通信提供接口和實(shí)現(xiàn)指令的執(zhí)行以及對PLC外部設(shè)備進(jìn)行控制。人機(jī)界面模塊包括鍵盤輸入和顯示單元，用于向PLC系統(tǒng)輸入控制信號，并完成人機(jī)交互操作。人機(jī)界面模塊能對輸入信號進(jìn)行解釋和處理，并能將處理結(jié)果通過RS485/232接口或其他通信接口傳送到PLC系統(tǒng)內(nèi)。通訊接口模塊是指PLC與計(jì)算機(jī)之間或與各種控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換與通信功能。存儲器模塊主要存儲各種用戶程序、用戶數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)等?？删幊炭刂破鞯墓δ苁牵和ㄟ^CPU模塊的指令運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，在輸入輸出處理單元（IO）的配合下完成邏輯控制、定時計(jì)數(shù)器處理；通過人機(jī)界面模塊完成各種數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)記錄、打印等操作，以及與其他系統(tǒng)的通信。3.3.2可編程控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)PLC內(nèi)部有若干種單元，如輸入輸出單元、定時計(jì)數(shù)單元、通信單元等。各單元之間相互配合，完成不同的功能，而各功能之間又通過硬件上的互連構(gòu)成一個整體。（1）輸入單元：對輸入的信號進(jìn)行處理，使CPU能夠接收的信號。所述PLC切換量起到了所述輸入裝置的信號元素的作用。輸入單元可分為DC和AC兩種類型。每個可編程控制器由幾個具有同一電路組成的輸入裝置組成，并具有一個共用的COM端。（2）輸出部分：把可編程控制器的輸出信號進(jìn)行變換，使之能滿足外部負(fù)載的要求?？删幊炭刂破鞯妮敵鲇欣^電器輸出，三極管輸出，以及雙向晶閘管輸出。（3）定時計(jì)數(shù)單元：可以是定時控制的，也可以是延遲控制的，時間精確到毫秒級的。操作時，用戶可以根據(jù)自己的要求進(jìn)行設(shè)置或修改，操作簡便。通過脈沖信號進(jìn)行加法和減法的計(jì)數(shù)。（4）通信聯(lián)網(wǎng)功能：現(xiàn)在的大多數(shù)PLC都具有很強(qiáng)的通信和聯(lián)網(wǎng)功能，所以，PLC系統(tǒng)能夠直接與計(jì)算機(jī)或通過通信處理單元進(jìn)行連接，形成一個網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到信息的共享與交換，形成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到更大范圍的、更復(fù)雜的控制目的。3.4PLC的選型隨著現(xiàn)代自動化工業(yè)的發(fā)展，對PLC產(chǎn)品的需求逐年增加，市場上的PLC產(chǎn)品也越來越多。不同的plc有不同的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、內(nèi)容、指令結(jié)構(gòu)、編程方法和費(fèi)用，它們的應(yīng)用領(lǐng)域也有很大的不同。因此，正確選擇可編程控制器對于提高可編程控制系統(tǒng)的技術(shù)效率和經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。PLC廠家的選擇時,應(yīng)充分考慮用戶需求,應(yīng)當(dāng)充分考慮使用者要求、設(shè)計(jì)師對PLC的了解程度、產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)水平和其他多種原因,確保安全和可靠性的PLC。一般來說，大型外國公司生產(chǎn)的PLC更有可能具有良好的可靠性。plc選型的基本準(zhǔn)則是：在滿足功能要求的同時，盡可能選擇可靠性、維護(hù)簡單性和性價(jià)比最優(yōu)的品牌，以確保系統(tǒng)的可靠性和可用性。本設(shè)計(jì)采用西門子SIMATICS7-1200系列PLC，它具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)合理、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可編程邏輯控制器內(nèi)部設(shè)有各類運(yùn)算邏輯電路，通過程序控制實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能?？删幊踢壿嬁刂破髟诠I(yè)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，是目前工業(yè)生產(chǎn)中使用最為廣泛的電子設(shè)備之一，PLC可通過編程實(shí)現(xiàn)對不同類型對象進(jìn)行自動控制和對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。第4章剪板機(jī)的硬件設(shè)計(jì)4.1剪板機(jī)的主電路設(shè)計(jì)剪板機(jī)在整個生產(chǎn)過程中主要動作有三個，分別為送料，壓緊，剪切。因此本課題的主電路設(shè)計(jì)上采取了三個電機(jī)進(jìn)行分別控制。如圖所示4.1所示，由壓塊電機(jī)、剪切刀電機(jī)、送料壓塊電機(jī)組成，每個電機(jī)都有正反轉(zhuǎn)的控制功能以便實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)行動作，本次采取了電機(jī)保護(hù)器對電機(jī)進(jìn)行過載欠載、短路故障、接地漏電等故障等進(jìn)行綜合性保護(hù)。圖4.1主電路圖由于采用伺服電機(jī)來控制擋料器位置控制鋼板精確的剪切尺寸，因此伺服電機(jī)的外部接線圖如圖4.2所示。圖4.2伺服電機(jī)電路圖剪板機(jī)在整個生產(chǎn)過程需要的電源，如圖4.3、圖4.4、圖4.5、圖4.6、圖4.7所示。圖4.3電源輸入線路圖圖4.4直流電源圖圖4.524v電源開關(guān)圖圖4.6plc電源圖圖4.7雜電源圖4.2剪板機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)4.2.1PLC的I/O分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，可以列出本控制系統(tǒng)的I/O分配表如表4.1、表4.2所示。表4.1輸入分配表輸入注釋輸入注釋I0.0編碼器A相I1.0剪切刀鎖定氣缸伸出到位I0.1編碼器B相I1.1剪切刀鎖定氣缸縮回到位I0.2緊急停止I1.2光柵I0.3板料到位I1.3鋼卷檢測有無I0.4壓塊上限位I1.4壓塊電機(jī)故障I0.5壓塊下限位I1.5送料壓塊電機(jī)故障I0.6送料壓塊上限位I1.6I0.7送料壓塊下限位I1.7表4.2輸出分配表輸出注釋輸出注釋Q0.0送料電機(jī)脈沖Q0.5剪切刀下移Q0.1送料電機(jī)方向Q0.6送料壓塊上移動Q0.2壓塊正轉(zhuǎn)Q0.7送料壓塊下移動Q0.3壓塊反轉(zhuǎn)Q1.0剪切刀鎖定氣缸Q0.4剪切刀上移Q1.1蜂鳴器4.2.2PLC外部接線圖根據(jù)上述所列出的I/O分配表，可以列出PLC的外部接線圖如圖4.8、圖4.9、圖4.10所示。圖4.8PLC的輸入線路圖a圖4.9PLC的輸入線路圖bPLC的輸出控制線路，由于電路電流較大，可以采取小電流控制大電流間接控制電機(jī)的運(yùn)行、氣缸的啟動等輸出，接線圖如圖4.10所示。圖4.10PLC的輸出線路圖第5章剪板機(jī)的軟件設(shè)計(jì)5.1編程軟件的介紹TIA博途是將來應(yīng)用于西門子全面綜合自動化系統(tǒng)的配置，編程，調(diào)試等一系列功能。SIMATIC

STEP7V11和SIMATICWinCCV11是西門子新推出的自動化軟件，用于控制器和人機(jī)界面的應(yīng)用程序。這些軟件是TIA博途i平臺中的重要組成部分，該平臺整合了西門子的所有軟件工程組態(tài)套件，并實(shí)現(xiàn)了高級的資訊分享和組態(tài)連貫性。這個平臺將可編程控制器作為核心，以人機(jī)接口和驅(qū)動裝置為主導(dǎo)，形成了一個完整的自動化系統(tǒng)，提高了整體工作效率，在組態(tài)介面上實(shí)現(xiàn)高級的資訊分享，讓使用者可以在組態(tài)介面上使用，并可保證組態(tài)的連貫性與連貫性。TIA博途采用了面向?qū)ο蟮?、集中式的?shù)據(jù)管理方法，解決了系統(tǒng)中的輸入問題，保證了數(shù)據(jù)一致性。以可編程序控制器為核心，以人機(jī)接口為核心，以驅(qū)動裝置為核心，以可編程控制器為核心，以人機(jī)接口為主導(dǎo)，形成一個完整的系統(tǒng)，而且，采用該方法可縮短工程排錯及調(diào)試時間。這種數(shù)據(jù)管理方法可以幫助工程師快速定位問題，從而更快地解決問題，提高了整體工作效率。與此同時，這種方法還可以降低開發(fā)成本，因?yàn)楣こ處煵恍枰ㄙM(fèi)太多時間在排錯和調(diào)試上。總之，TIA博途是一個優(yōu)秀的自動化平臺，可以幫助工程師更快地開發(fā)和部署自動化系統(tǒng)。它不僅提供了先進(jìn)的軟件工程組態(tài)套件，還采用了面向?qū)ο蟮?、集中式的?shù)據(jù)管理方法，提高了整體工作效率。TIA博途采用了這個全新的、統(tǒng)一的軟件架構(gòu)，將西門子可編程控制器，HMI，以及驅(qū)動器等全部應(yīng)用于同一個開發(fā)環(huán)境。在控制器與驅(qū)動程式及人機(jī)介面間建立通訊時，作業(yè)共用可大幅減少連線與組態(tài)的費(fèi)用。舉例來說，使用者可以很容易地把可編程序控制器的變數(shù)拖拽到人機(jī)交互裝置的螢?zāi)簧?。變量立即在HMI中分配，控制器和HMI之間的連接在后臺自動建立，無需手動配置。西門子博圖軟件具有多種功能，支持支持多語言在線預(yù)覽生成編輯效果，構(gòu)建框架智能編輯仿真等功能。西門子博途軟件可以有效地減少自動化項(xiàng)目的軟件工程設(shè)置時間，提高程序員的開發(fā)效率。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)采用西門子TIAPortalV16，也就是博途V16版本來編寫程序，這樣就能很容易的完成程序的編寫工作。博途v16如圖5.1所示。圖5.1博途v16圖5.2系統(tǒng)流程圖整個程序由觸摸屏控制部分和PLC部分組成，觸摸屏接收來自PLC的數(shù)據(jù)，并通過觸摸屏界面完成對數(shù)據(jù)的輸入、顯示和輸出功能。PLC部分主要完成數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行動作指令，完成整個系統(tǒng)的控制。PLC程序啟動后進(jìn)行程序的初始化機(jī)器設(shè)備自檢，設(shè)備正常程序開始運(yùn)行。系統(tǒng)的流程圖如圖5.2所示。圖5.2系統(tǒng)程序圖5.3程序設(shè)計(jì)設(shè)備運(yùn)行的過程會有可能出現(xiàn)各種故障，因此我們需要設(shè)計(jì)故障復(fù)位程序，如圖5.3所示。當(dāng)DB1.DBX6.0—DB1.DBX6.7等故障信號給到PLC的時候，系統(tǒng)故障得電，蜂鳴器得電動作，通過故障復(fù)位將DB1.DBX0.4清零。圖5.3故障復(fù)位如圖5.4所示，當(dāng)急停被按下時或者軸故障的時候，相應(yīng)的數(shù)據(jù)位得電。其余的故障程序也相類似。圖5.4故障程序系統(tǒng)的控制可以按照所設(shè)計(jì)的程序過程自動運(yùn)行完成剪板操作，但手動控制的程序也是不可缺少的，以便特殊情況的需要。如圖5.5所示，DB1.DBX0.2控制自動程序，DB1.DBX0.1控制手動程序，手動運(yùn)行即把自動的清零。圖5.5自動手動切換程序當(dāng)系統(tǒng)自動狀態(tài)啟動，將產(chǎn)量清零，將剪切刀鎖定氣缸設(shè)置為自動，程序如圖5.6所示。圖5.6系統(tǒng)啟動當(dāng)送料開始，送料壓塊開始下降，到達(dá)設(shè)定的壓力后停止。程序如圖5.7所示，DB1.DBD14小于DB1.DBD36時，送料壓塊下降啟動，直到DB1.DBD14大于等于DB1.DBD36時，執(zhí)行下一步。圖5.7送料壓塊下移當(dāng)壓塊就位，傳送帶開始運(yùn)行，如圖5.8所示，DB1.DBX34.0置位軸正轉(zhuǎn)，同時執(zhí)行下一步程序。圖5.8傳送帶運(yùn)行當(dāng)鋼板按指定尺寸前進(jìn)到指定位置，傳送帶停止運(yùn)行，執(zhí)行下一步程序，程序如圖5.9所示。圖5.9送料到位當(dāng)傳送帶停止，軸定位DB1.DBX62.2啟動運(yùn)行，同時執(zhí)行下一步，程序如圖5.10所示。圖5.10軸定位程序如圖5.11所示，壓塊開始下降，即DB1.DBX22.1置位，并執(zhí)行下一步。圖5.11壓塊下降當(dāng)壓塊下降到位后停止，將數(shù)據(jù)DB1.DBX22.1復(fù)位，同時剪切刀下降將板材剪斷，并執(zhí)行下一步程序，如圖5.12所示。圖5.12剪切刀下降當(dāng)剪切刀下降位大于等于設(shè)定的限位值的時候，DB1.DBX22.3下降復(fù)位，DB1.DBX22.2置位剪切刀隨即上升，同時通過一次脈沖使產(chǎn)量計(jì)數(shù)加一，程序如圖5.13所示。圖5.13剪切刀下降復(fù)位開始上升第6章程序的仿真測試首先設(shè)置好參數(shù)，生產(chǎn)次數(shù)設(shè)定為5次，產(chǎn)品大小為52mm，壓力設(shè)定值20pa，剪切刀電機(jī)上位70mm，剪切刀電機(jī)下位10mm，系統(tǒng)啟動，剪切刀置位動作，仿真測試如圖6.1所示。圖6.1系統(tǒng)啟動送料壓塊壓力實(shí)際值大于或等于送料壓塊壓力設(shè)定值時，送料壓塊開始下降，知道壓力值到設(shè)定值后停止下降，仿真如圖6.2所示。圖6.2送料壓塊下降仿真如圖6.3所示，傳送帶開始運(yùn)行，鋼卷板材往前行進(jìn)。圖6.3傳送帶運(yùn)行當(dāng)板材一直往前送，到達(dá)設(shè)定的長度的時候，鋼卷板材就會停止運(yùn)行，仿真如圖6.4所示。圖6.4到達(dá)設(shè)定值板料到位當(dāng)板材到達(dá)設(shè)定值的時候，壓塊開始下降，將板材壓緊固定住，準(zhǔn)備開始裁剪工作，仿真如圖6.5所示。圖6.5壓塊壓緊首先壓塊下限位強(qiáng)制為1，當(dāng)壓塊到達(dá)壓緊的限位值的時候，剪切刀開始下降，將板材切斷，仿真如圖6.6所示。圖6.6剪切刀下降剪切刀下限位修改為0，當(dāng)剪切刀將板材剪切完成，并到達(dá)設(shè)置的限位值的時候，并且產(chǎn)量加1，仿真如圖6.7所示。圖6.7產(chǎn)量加1剪切刀上限位修改為0，剪切刀返回原位，仿真如圖6.8所示。圖6.8切刀歸位結(jié)論P(yáng)LC是工業(yè)控制系統(tǒng)的核心部件，在整個控制系統(tǒng)中起著控制和計(jì)算的作用，其發(fā)展程度與國家的工業(yè)自動化水平有直接關(guān)系。隨著科技進(jìn)步和發(fā)展，人們對PLC技術(shù)不斷提出新的要求，為更好地滿足人們的需求，PLC技術(shù)必將有更加廣闊的發(fā)展前景。本文所研究的自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)以觸摸屏為人機(jī)界面，以PLC為核心控制器，采用了計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)和軟件編程方法實(shí)現(xiàn)了對自動剪板機(jī)的各種動作的控制。實(shí)踐證明，基于PLC的控制系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械控制可以有效的簡化人工的操作，提高設(shè)備的可靠安全度。本文主要介紹了基于PLC的自動剪板機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先介紹了自動剪板機(jī)的應(yīng)用背景和現(xiàn)狀，然后詳細(xì)闡述了PLC的基本原理和應(yīng)用，接著設(shè)計(jì)了自動剪板機(jī)的硬件和軟件系統(tǒng)，最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過本文的研究，可以得出以下結(jié)論：1.基于PLC的自動剪板機(jī)具有高效、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的特點(diǎn)，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。2.自動剪板機(jī)的硬件系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制和傳感器等組成部分，需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。3.自動剪板機(jī)的軟件系統(tǒng)需要進(jìn)行編程和調(diào)試，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。展望未來，我們認(rèn)為可以從以下幾個方面進(jìn)行進(jìn)一步研究和優(yōu)化：1.進(jìn)一步提高自動剪板機(jī)的精度和效率，以滿足不同行業(yè)的需求。2.探索新的材料和工藝，以擴(kuò)大自動剪板機(jī)的應(yīng)用范圍。3.引入人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，以提高自動剪板機(jī)的自動化程度和智能化水平。總之，基于PLC的自動剪板機(jī)是一項(xiàng)非常有前景的研究領(lǐng)域，未來還有很多的發(fā)展空間和機(jī)會。參考文獻(xiàn)劉玉兵,胡建文.智能剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2021,56(05):49-53.袁芳,吳何畏.自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].輕工科技,2021,37(08):69-71.張玲.基于STM32F103ZGT6的三環(huán)串級剪板機(jī)數(shù)控定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動化應(yīng)用,2021(03):58-60.熊惠敏,閔莉瓊.自動定長剪板機(jī)控制系統(tǒng)[J].江西電力,2020,44(08):18-20.李明.基于PLC實(shí)現(xiàn)對剪板機(jī)自動控制的設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2019,37(11):9-10.王奇.基于閘剪的鈑金柔性生產(chǎn)線研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2019.竇高強(qiáng).閘式剪板機(jī)液壓系統(tǒng)控制剪切角調(diào)整的設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2019,54(01):32-34.傅曉耕,馮瀟瀟.基于PLC的剪板機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械制造與自動化,2018,47(06):203-206.江寧,宋亞林.基于S7-200PLC的自由口通信在卷板機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].重型機(jī)械,2018(01):81-86.王世峰.基于PLC的剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器世界,2017.王家忠.機(jī)床數(shù)控技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009：132-138.張建民.機(jī)電一體化