基于PLC的剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北京信息科技大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院 北京100192

一、引言

自動(dòng)剪板機(jī)是一種能夠按照生產(chǎn)工藝的要求，根據(jù)需要剪裁的板料的尺寸，將板材剪斷、計(jì)數(shù)并送往下一級設(shè)備的設(shè)備。剪板機(jī)應(yīng)用于許多金屬加工和薄板開料操作，在設(shè)計(jì)剪板機(jī)之前必須對幾個(gè)因素進(jìn)行考慮，包括剪板機(jī)的剪切能力、產(chǎn)率增強(qiáng)選件和安全性等。

PLC[1]是一種基于計(jì)算機(jī)和繼電器相結(jié)合的穩(wěn)定可靠的工業(yè)控制器[2]，現(xiàn)已逐漸發(fā)展成為能夠融合計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和通信技術(shù)于一體的新型工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。PLC應(yīng)用到控制系統(tǒng)[3]中具有很多優(yōu)點(diǎn)，操作簡單，運(yùn)行可靠，抗干擾能力強(qiáng)，易于編程，控制精度高，體積占用空間小，因此，PLC在工業(yè)控制中，尤其是在工業(yè)順序控制中的應(yīng)用日益廣泛。

本文主要研究如何在板材制作中，采用PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對剪板工藝的自動(dòng)控制。通過解析自動(dòng)剪板機(jī)的運(yùn)作流程，擬定總體設(shè)計(jì)方案，初步形成了兩部分設(shè)計(jì)，即電氣傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)方案和PLC控制的程序流程[4]。在過程控制中，工藝參數(shù)可以根據(jù)情況來改變，使用光電開關(guān)檢測板材狀態(tài)也很方便和精確。

二、對自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)的要求

為了完成自動(dòng)剪板機(jī)工作要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示[5]。

為了實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)功能，檢測系統(tǒng)[6]在其中具有重要作用，其中采用7個(gè)限位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對各種不同動(dòng)作情況的檢測。 SQ1檢測板料是否移動(dòng)到位, SQ2和SQ3檢測壓塊位置，SQ4檢測剪刀是否到達(dá)上限位；SQ7檢測剪刀是否剪斷以及剪斷的板料是否下落到運(yùn)料小車中；SQ5檢測小車是否左行到左限位；SQ6檢測小車是否空載。送料機(jī)構(gòu)E、壓塊B、剪切刀A和送料小車分別由電機(jī)系統(tǒng)拖動(dòng)。壓塊及剪切刀的限位開關(guān)SQ2、SQ3和SQ4在系統(tǒng)未開始動(dòng)作時(shí)均斷開，SQ1和SQ7也處于斷開狀態(tài)。開啟系統(tǒng)前，將板料加工的具體參數(shù)設(shè)定好，打開自動(dòng)開關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

表1 輸入端口表

系統(tǒng)的運(yùn)行過程如下：

1、系統(tǒng)啟動(dòng)后，限位開關(guān)SQ6完成小車的空載檢測。如果空載，系統(tǒng)開始按照程序運(yùn)行，送料小車開始運(yùn)行。小車前進(jìn)到限定位置， 限位開關(guān)SQ5閉合，小車停止；

2、送料機(jī)構(gòu)M開始運(yùn)行，板料C 往右移動(dòng)。當(dāng)板料頂住行程開關(guān)SQ1時(shí)， 送料停止，同時(shí)制動(dòng)器松開、電磁離合器[7]結(jié)合，主電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作；

3、壓塊電機(jī)開始運(yùn)行，壓塊B開始向下運(yùn)動(dòng)， 壓塊上限開關(guān)SQ2閉合。當(dāng)壓塊到位，板料壓緊時(shí)，壓塊下限開關(guān)SQ3閉合；

4、剪切刀電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行，操控剪刀下落。這時(shí)SQ4閉合，直到把板料剪斷后，板料落入小車；

5、當(dāng)小車上的板料已經(jīng)等于預(yù)先設(shè)定需要剪板的數(shù)量之后，控制小車右行，將板料送到下一個(gè)工序繼續(xù)加工；

6、卸下板料后，小車左行重新返回剪板機(jī)下的下方；

7、板料的長度和寬度及剪板的數(shù)量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

三、自動(dòng)剪板機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工作主要包含四部分——I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)算、PLC的選型、I/O分配、控制電路設(shè)計(jì)[7]。

1、 控制系統(tǒng)構(gòu)成

自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)組成如圖2所示，其主要是三部分構(gòu)成——機(jī)械結(jié)構(gòu)，電氣電路、組態(tài)王軟件系統(tǒng)。

機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括送料機(jī)構(gòu)、壓料機(jī)構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)和小車機(jī)構(gòu)，工作流程如上文。電氣控制部分[8]主要包括PLC、電機(jī)電路、工作電路及工作電源。其中，PLC控制系統(tǒng)機(jī)械動(dòng)作的執(zhí)行，電機(jī)電路提供機(jī)械動(dòng)力，工作電路提供電路支持，電源提供電力保障 。組態(tài)王軟件系統(tǒng)完成對控制系統(tǒng)的仿真運(yùn)行。

2、PLC硬件接線及I/O端口分配

PLC控制系統(tǒng)的工作方式為自動(dòng)式[9]。系統(tǒng)工作在手動(dòng)狀態(tài)下，點(diǎn)擊動(dòng)作相對應(yīng)的按鈕，對應(yīng)執(zhí)行各種命令。對I/O端口進(jìn)行分配，可以得出輸入端口表如表1。

根據(jù)以上的要求，設(shè)計(jì)出PLC的外部接線圖如圖3所示，系統(tǒng)的主電路圖如圖4所示。通過對本控制系統(tǒng)進(jìn)行分析得出輸入點(diǎn)一共7點(diǎn)，輸出點(diǎn)一共7點(diǎn)。

3、控制系統(tǒng)順序功能設(shè)計(jì)

為了滿足工藝要求，將剪板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)多步驟順序的控制系統(tǒng)，將一個(gè)復(fù)雜的工藝分別由成多個(gè)步驟來完成，這樣有利于精確控制，也有益于編寫修改程序。利用PLC將每一個(gè)步驟進(jìn)行有順序的執(zhí)行，每一個(gè)步驟都精確的執(zhí)行。利用計(jì)數(shù)器對剪切落下的板料計(jì)數(shù)，每車的板料數(shù)都可按照要求自行設(shè)置。控制系統(tǒng)順序功能圖如圖5所示。

四、仿真結(jié)果

使用組態(tài)王[10]實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)監(jiān)控運(yùn)行，能夠?qū)υO(shè)計(jì)圖形界面，數(shù)據(jù)庫構(gòu)造，動(dòng)畫連接建立，運(yùn)行與調(diào)試進(jìn)行處理。通過組態(tài)王運(yùn)行程序，能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)環(huán)節(jié)的的任務(wù)。其過程狀態(tài)如圖6所示。

五、結(jié)束語

自動(dòng)剪板機(jī)能夠精確地控制板材加工尺寸，其將原料進(jìn)行剪切并且可以循環(huán)往復(fù)此步驟，剪切下來的板材通過運(yùn)料小車輸送出去，這一過程完全符合順序控制要求，所以采用可編程控制器能夠完成對自動(dòng)剪板機(jī)進(jìn)行控制的要求。