基于PLC控制的沖壓機的研究

蔡彬

摘要：傳統沖壓機大多是人工操作，滿足不了大型機床設備，不利于機床的加工和裝配。引用PLC控制系統進行設計沖壓機床，可以取代傳統機床的人工操作以及純機械的加工過程。另外還可以數字化加工出的產品，使其幾何信息和工藝信息明確展現出來。人機交互的實現通過觸摸屏。

關鍵詞：沖壓機；PLC；數字化；人機交互

1.引言

在人工智能發展以前，沖壓機床的運用基本是人工操作，通過手動實現沖壓機床的各種功能。加工零件的過程費時費力，其加工結也不理想，產品往往較粗糙。

純機械式和完全由人工操作流程對小型機床可以使用，但是當遇到大型、重型機床，其功能往往難以實現，帶來諸多不便。引用PLC控制系統來取代人工控制和純機械式轉動，實現了人機操作，對加工產品識別度高，適應性強，產品質量優，更適用于現代化的生產管理。并且PLC控制器具有可編程性，其編程難度低，系有更強的可維護性，執行操作能力穩定和抗干擾能力強。引用PLC系統以后，其開發周期短，易于擴展，使用起來非常的方便，也不容易發生故障，這種優點還來源于采用PLC系統的沖壓機的外部資源豐富，多數的接口，波形發生器以及計數器等。人機交互通過觸摸屏界面來實現。

2.國內外研究現狀

目前關于沖壓機床的研究其主流趨勢主要有以下幾個方面。

2.1機械結構模塊化。目前沖壓機的機械結構趨于模塊化發展，進而進行重新配置。

2.2向開放式控制方向發展。目前沖壓機控制及系統在基于PC端開放性控制的方向發展，更加具有目的性，更加標準化，其電子芯片規模越來越小，網絡設備集成。

2.3傳感器功能愈加全面。沖壓機在傳感器上的功能愈加全面，除了具備老式傳感器的基本功能，目前可以定位，測速，測量加速度，行程，裝備等。通常主要集中在兩個方面的發展。首先是智能化沖壓機，傳感器，控制器，采用先進的算法進行編寫程序。另外，將這種智能化運用到實際生產當中，滿足生產智能化。

3.基于PLC在沖壓機中的流程

3.1輸入采樣。輸入采樣，就是在基于PLC控制系統的情況下，按順序掃描信息，讀取端口所掃描信息并進行傳達到印象寄存器當中。信號狀態通常情況下不會發生變化，當掃描信號狀態發生變化，并且生成一個新的掃面周期，信號狀態才會發生變化。

3.2程序執行。程序執行的時候在基于PLC控制系統的情況下，按順序掃描信息，讀取端口所掃描信息并進行傳達到印象寄存器當中。這時印象寄存器讀取掃描的信息，進行相關的程序運算，輸出結果，并保存在印象寄存器當中，以便下次使用。

3.3出刷新階段。印象寄存器讀取掃描的信息，進行相關的程序運算，輸出結果，并保存在印象寄存器當中，輸出信息和電源狀態相關，在電源關閉的情況下保存到輸出鎖存器。

4.沖壓機床控制系統

4.1控制系統原理。沖壓機床控制系統主要是基于PLC為基礎，加上觸摸屏的一整套控制系統的方案。為了實現沖壓機成規模控制，該系統主要有四個部分組成。第一是PLC控制單元，其二是伺服定位單元，其三是觸摸屏人機交互部分，其四是執行部分。所設計的該系統的核心控制器是西門子的s7系列，CPU224XPCN，PLC作為一種專門應用于工業環境的數字運算操作電子裝置，由于它采用的內部存儲器可以進行編寫程序，顧在其存儲時，可以進行邏輯或者順序運算，還可以進行核算時間，核算數據，進行算數運算。通過導入和導出控制各種生產過程主要是數字式或者模型式。西門子S7系列的高速脈沖輸出功能主要是基于PLC特定的位置實現高速脈沖。

4.2沖壓機床人機交互界面。沖壓機的人機交互的界面自然是觸摸屏，作為人機交互控制系統最主要的上位機，對程序進行參數設定，加工圖形，起到了重要的作用。其主要貢獻是將沖壓機面對的各種對象實現圖形化，主要是將元素和部件圖形化，形成簡潔明了，通俗易懂，更加直觀的人機交互界面。觸摸屏是輸入界面，輸入的參數經過內部程序的解讀，進行圖形化，這步主要在PLC完成。

4.3報警系統。報警系統能夠起到提前預防，保證系統安全運行，危險發生即使報告，及時處理的保障。沒有報警系統的存在，系統運行很難正常維持下去。在維綸觸摸屏中，顯示條元件來完成報警顯示的功能。當發生報警事件時，沖壓機的報警過程主要有以下幾個方面：（1）沖壓機啟動，在沖壓機啟動前，氣缸需要置于規定的安全位置。若沒有處于安全的位置，報警系統就會執行操作進行報警，并且提示將氣缸置于安全位置。（2）X軸，Y軸進行運動，則Z軸就會停止運動。（3）安全罩可以保證機床工作過程中不發生意外，若安全罩處于打開狀態，則系統就會報警。

5.PLC自身故障及故障解決對策

5.1PLC故障。PLC自身比較穩定，不易出故障，當出現故障時，主要從幾個方面考慮：輸入故障，即操作人員的操作失誤；傳感器故障；執行器故障；PLC軟件故障。上述三種故障都是屬于輸入故障，都可以提前進行檢測，分析，預防，進行實時的檢測和控制。提前對故障進行預報和處理。

5.2 PLC控制系統的故障診斷方法

PLC控制系統故障的宏觀診斷

首先進行的就是故障的宏觀診斷，該診斷方法無非就是采用中醫里面的望、聞、問、也就是根據經驗進行診斷，參照以往發生故障的環境和現象來判斷原因，進而確定當前故障的部位和原因。

PLC控制系統的故障宏觀診斷方法如下：

第一步就是考慮是否是使用過程中造成的故障，就是說不正確的操作造成的，比如說電源短路問題，接線口連接問題，安裝問題，一系列的操作不當問題。如果是屬于這類問題，首先是確定了問題的類型，進而再去檢查發生問題的具體部位，進行修檢。故障問題通常是較為簡單的問題。

如果并沒有檢查出是使用不當造成的問題，就要考慮內部問題。是不是系統問題引起的故障。對此需要對PLC進行檢查，依次檢查，逐步判斷。首先檢查連接線，

然后檢查PLC的I/O模板是否有故障：最后檢查PLC的CPU是否有故障。LC的CPU模板上指示燈，電源模板上的指示燈都是故障的參考標志。

運行故障診斷

如果電源線連接正常，并且在通電的情況下，指示燈不亮，說明系統問題。

6.小結

調試整個沖壓機，最終實現了沖壓功能并且效果顯著，產品精度高。在人機交互的觸摸屏和PLC電子控制器的結合下，實現了結構簡單，可維護性，更加智能化，更加現代化的功能，人機交互界面操作簡單，直觀化，調試過程中參數修改簡單易執行，帶來了極大的方便，滿足了現代化生產的要求。

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