【基于PLC縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10000字（論文）】

基于PLC縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u32565基于PLC縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18168關(guān)鍵詞：縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線，PLC，伺服驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)控制 289551緒論 2254541.1課題研究背景及意義 265331.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 4214061.3研究的內(nèi)容 620902總體方案設(shè)計(jì) 767012.1總體結(jié)構(gòu) 732312.2工藝過程 11218952.3控制方案設(shè)計(jì) 1233283系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1359423.1PLC硬件設(shè)計(jì) 13289643.2通訊連接 1667454系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17224454.1開發(fā)軟件和開發(fā)語(yǔ)言 1769174.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17113764.3PLC程序設(shè)計(jì) 19157545系統(tǒng)調(diào)試 29294695.1PLC仿真調(diào)試 29114985.2PLC與Winccflexible聯(lián)機(jī) 32287716總結(jié) 344617參考文獻(xiàn) 35摘要：我國(guó)工業(yè)技術(shù)隨著現(xiàn)代化的需求和工業(yè)生產(chǎn)需求的不斷發(fā)展下，出現(xiàn)了一些關(guān)于工業(yè)技術(shù)和作業(yè)人員方面的問題，例如市場(chǎng)人力資源的匱乏、操作人員安全事故、幫助企業(yè)減少不必要經(jīng)濟(jì)支出等一系列問題也隨著工業(yè)需求而逐漸增多。在這些問題中，施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全問題也逐漸的受到了各方的重視，為了解決這些問題，我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的科技研究人員研究出了縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線流程不僅可以幫助企業(yè)減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失，流程化的作業(yè)讓其可以保障操作員的安全，而且還可以加速工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，更重要的是該設(shè)備可以廣泛的運(yùn)用到電器、汽車、工業(yè)商品加工所作業(yè)中，所以該設(shè)備廣受工業(yè)領(lǐng)域的制造商所喜愛。鑒于此，本文提出了集PLC、HMI、伺服驅(qū)動(dòng)于一體的縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以提高縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)效率。在介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝的基礎(chǔ)上，闡述了PLC子系統(tǒng)的控制方案、與HMI的連接方式以及硬件組態(tài)，完成了校平、定尺送料、縱橫剪等功能模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了金屬卷料的開卷、校平、送料以及堆垛等操作控制。仿真調(diào)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方案可行，并利用PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，讓其剪裁模型呈現(xiàn)出高可控性、高效性、可靠性。并且該設(shè)備整體構(gòu)成零件由變頻器、小料車、開卷機(jī)、送料機(jī)、校平機(jī)、擺橋、觸摸屏、縱橫裁剪機(jī)、廢料卷取機(jī)、橫剪機(jī)、輸送帶、排料架、堆垛臺(tái)等部件組成。關(guān)鍵詞：縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線，PLC，伺服驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)控制1緒論1.1課題研究背景及意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷上升,工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入高速發(fā)展新時(shí)代,對(duì)各種自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量都提出了更高的要求。各種領(lǐng)先技術(shù)有望在制造過程中以綜合應(yīng)用模式實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化和高效化,這也體現(xiàn)了我國(guó)當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的高科技水平和發(fā)展方向。在我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力不斷發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展也漸漸呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。我們生產(chǎn)方式從手工制造業(yè)到機(jī)械化生產(chǎn)線再到自動(dòng)化生產(chǎn)線。因考慮到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求以及各種小規(guī)模產(chǎn)品需求的逐步增加，提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平，提高生產(chǎn)效率以及加快生產(chǎn)效率已經(jīng)成了必然的趨勢(shì)。近幾年，隨著制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，很多勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向智能制造方向發(fā)展，引入了大量自動(dòng)化設(shè)備，逐步擺脫對(duì)人工的依賴，裝訂行業(yè)便是其中之一。相對(duì)于人工，自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備在產(chǎn)量、質(zhì)量和時(shí)效性上擁有更大的優(yōu)勢(shì)。因此，很多中小企業(yè)開始大量引入工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，其中就包括非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備。非標(biāo)設(shè)備是指國(guó)家尚無定性標(biāo)準(zhǔn)的非通用性設(shè)備，非標(biāo)設(shè)備往往是根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際功能和客戶特定要求而定制的，不僅能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，而且具有很大的靈活性。而目前我國(guó)的大部分自動(dòng)剪切生產(chǎn)線雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,但仍有部分生產(chǎn)線工藝落后,經(jīng)常發(fā)生一些故障,靈活性差,不利于產(chǎn)品多樣化的需求,生產(chǎn)效率和精度不高,且維修困難、設(shè)備老化,已經(jīng)嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效益,而國(guó)外的剪切控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴,為了在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位獲得較好的競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益,研制出具有更高自動(dòng)化程度的剪切生產(chǎn)線對(duì)于提高我國(guó)自動(dòng)化水平,改變生產(chǎn)的落后局面具有重要的那實(shí)章義,同時(shí)提高金屬冷軋卷材剪切的精度和效率,也可以提高生產(chǎn)能力,擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高產(chǎn)品質(zhì)量,適應(yīng)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，因此，本文目的就在于設(shè)計(jì)一套具有較高自動(dòng)化水平的非標(biāo)縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，使其能夠更好的滿足板料加工的需求，提高生產(chǎn)效率，降低成本，增強(qiáng)企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及研究現(xiàn)狀自動(dòng)剪切生產(chǎn)線是對(duì)金屬卷料進(jìn)行開卷、校平、定尺、剪切包括橫剪、縱剪的組合加工設(shè)備,廣泛應(yīng)用于家電、汽車、集裝箱、食品包裝、石油化工、造船、裝飾材料等金屬板材加工行業(yè)。特別是近年來,汽車、家電等行業(yè)的飛速發(fā)展,需要大量的薄板材料,而這些材料大都是卷材,溶就對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線產(chǎn)生了很大的需求。早期的開卷剪切設(shè)備多用單臺(tái)的普通剪板機(jī),勞動(dòng)強(qiáng)度大、定位誤差大,會(huì)帶來材料的浪費(fèi)。開卷自動(dòng)剪切生產(chǎn)線的主要優(yōu)點(diǎn)是具有高的生產(chǎn)效率、高的材料利用率、高的自動(dòng)化程度以及好的產(chǎn)品質(zhì)量等。在產(chǎn)品的生產(chǎn)中,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化對(duì)于提高生產(chǎn)率和保證操作安全具有重要意義,同時(shí)對(duì)于企業(yè)的發(fā)展也有很重要的作用。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前流行以下自動(dòng)剪切生產(chǎn)線：S-T44系列生產(chǎn)線主要由開卷機(jī)、校平機(jī)、中間輸送架、剪板機(jī)、落料臺(tái)等幾大部分組成。它能有效地控制卷的跑偏,定長(zhǎng)尺寸準(zhǔn)確,生產(chǎn)效率高,料頭送入校平機(jī)后,能自動(dòng)地完成金屬卷板的開卷、校平、剪切、落料的全過程。BS-T44-4×1800系列自動(dòng)型生產(chǎn)線該系列生產(chǎn)線由開卷機(jī)、校平機(jī)、中間輸送架、剪板機(jī)、機(jī)動(dòng)送料架、落料臺(tái)等部分組成。它能有效地控制板料的跑偏,定長(zhǎng)尺寸準(zhǔn)確,料頭進(jìn)入校平后,能自動(dòng)地完成金屬卷板的開卷、校平、剪切、落料的全過程。除此之外,還可根據(jù)用戶的要求改變校平和送料的速度。國(guó)內(nèi)自動(dòng)剪切生產(chǎn)線廠家較多,有濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司、沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)、廣西機(jī)床廠等。國(guó)外比較典型的自動(dòng)生產(chǎn)線是ISI的Pathfinder系列和ABB的DOPPING系列,基于6軸的ROBOT的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)開始進(jìn)入市場(chǎng)。伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展,聯(lián)機(jī)連線、聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)都得到了充分的應(yīng)用,包括遠(yuǎn)程診斷、分布式控制技術(shù)、總線技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)都在自動(dòng)生產(chǎn)線上得到了一定的應(yīng)用。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)是剪切加工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基本機(jī)構(gòu),它的自動(dòng)化程度及送料精度的高低,直接影響著板料的生產(chǎn)效率以及整體的自動(dòng)化水平。自動(dòng)剪切生產(chǎn)線的關(guān)鍵裝置是自動(dòng)送料機(jī)構(gòu),它決定了成品生產(chǎn)的速度和精度。早期的送料裝置多采用油缸一齒條一離合器一滾筒送料方式,由于其存在著離合器打滑、油缸沖擊力無法受控,送料精度偏差較大,這也是液壓系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)無法解決的固有原因。目前剪切生產(chǎn)線的配置中應(yīng)用較為廣泛的是加裝輥輪的送料機(jī)或氣動(dòng)送料機(jī),這種生產(chǎn)線的操作性良好另一種是加裝多工位送料裝置,搭配開卷裝置、校平裝置等組成的生產(chǎn)線,由于加工的金屬卷材的搬運(yùn)明顯減少,在生產(chǎn)中的應(yīng)用呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)。張傳林的《縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》一文中提出,早期的開卷剪板機(jī)多采用一臺(tái)普通剪板機(jī),費(fèi)力且位置缺陷大,造成不必要的材料浪費(fèi)。生產(chǎn)效率高、材料消耗高、自動(dòng)化水平高、產(chǎn)品質(zhì)量好是開卷自動(dòng)瑪咖產(chǎn)品系列的主要優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)切割生產(chǎn)線的主要裝置是進(jìn)料過程,它決定了最終產(chǎn)品的生產(chǎn)速度和精度。早期的給料裝置多采用氣缸-巖石-離合器-滾動(dòng)給料方式。由于離合器打滑油缸的沖擊力,進(jìn)給精度偏差很大。氣動(dòng)送料機(jī)廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的切割生產(chǎn)線配置。該產(chǎn)品系列具有良好的功能性;另一種是安裝帶開卷裝置的多工位送料裝置。帶調(diào)平設(shè)備等的產(chǎn)品系列。王海峰的《飛剪最佳剪切系統(tǒng)研究》指出,以往的的定長(zhǎng)切割方式有明顯的劣勢(shì)比如缺乏智能判斷功能,往往會(huì)出現(xiàn)切割不美觀、切割精度不夠等問題，帶來了不必要的浪費(fèi)。安裝在精剪前部或粗加工出口的優(yōu)化剪切裝置可以通過放置中間坯的頭尾形狀來確定最佳剪切長(zhǎng)度和切割線的位置,并將該數(shù)據(jù)傳輸。調(diào)整控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)最佳切割。采用優(yōu)化的瑪咖系統(tǒng)的主要目的是保證中坯頭尾的良好形狀。大大減少對(duì)中坯頭尾的損傷,提高成品率。最終,優(yōu)化后的剪切系統(tǒng)在鞍鋼熱連軋1780線上正常運(yùn)行,飛切損傷率降低0.1%以上,取得了良好的應(yīng)用效果。伴隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論的飛速發(fā)展以及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，很大程度上降低了伺服電機(jī)的經(jīng)濟(jì)成本。目前國(guó)外自動(dòng)切割生產(chǎn)線的送料方式通常配備永磁同步伺服電機(jī)、高精度的減速機(jī)，減少了誤差,保證送料精度一致,控制方便，便于操作。1.3研究的內(nèi)容本課題研究的縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線是專門用于非標(biāo)金屬板料加工。其自動(dòng)化、機(jī)械化的設(shè)計(jì)可以減少用工數(shù)量以及工作強(qiáng)度，降低企業(yè)的用工成本，通過對(duì)原有工藝的分析改進(jìn)，設(shè)計(jì)了更高效的生產(chǎn)工藝，可以縮短生產(chǎn)周期并且保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，從而讓企業(yè)在市場(chǎng)的利益競(jìng)爭(zhēng)中獲取更大的效益，讓企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更加強(qiáng)力。所以本次設(shè)計(jì)的主題是以完成自動(dòng)化縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線非標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)為主，并主要完成以下幾點(diǎn)項(xiàng)目為優(yōu)先：（1）首先對(duì)縱橫剪的生產(chǎn)流程以及生產(chǎn)模式結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，并對(duì)生產(chǎn)線的總體進(jìn)行合理的分析，了解其具體的運(yùn)作規(guī)模和流程。（2）對(duì)生產(chǎn)線的流程與控制方案進(jìn)行詳細(xì)且科學(xué)化的設(shè)置，盡可能的保障設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)意外，以此危害到操作人員的生命安全。（3）按照嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PLC程序進(jìn)行設(shè)定，以此實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行模式。并保障該系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)測(cè)試完善，可以進(jìn)行觸摸屏進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)置，以此達(dá)到測(cè)試系統(tǒng)性能和指令的要求。2總體方案設(shè)計(jì)2.1總體結(jié)構(gòu)本課題設(shè)計(jì)的縱橫剪非標(biāo)自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)的控制板料的定尺加工，可以將板料金屬通過手動(dòng)或者自動(dòng)兩種運(yùn)行模式完成板料的開卷、定尺送料以及縱橫剪等生產(chǎn)過程。生產(chǎn)過程中主要有送料板車、開卷機(jī)、校平機(jī)、縱橫剪切機(jī)、傳送軌道以及剁料機(jī)等。本課題的生產(chǎn)總結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)圖a上料車b引料壓頭c開卷支撐d開卷機(jī)e托料板f直頭壓輥g校平機(jī)h定長(zhǎng)送進(jìn)機(jī)i縱剪機(jī)j廢邊卷取機(jī)k橫剪機(jī)l傳送機(jī)m垛料機(jī)2.1.1上料機(jī)構(gòu)上料機(jī)構(gòu)由送料板車和軌道組成，送料板車由底座和傳送板組成，底座下有四個(gè)電機(jī)控制的輪子，送料板車可以在預(yù)定軌道上平穩(wěn)送料，傳送板由油缸推動(dòng)，將卷料托起至開卷機(jī)軸芯處。2.1.2開卷校平機(jī)構(gòu)開卷校平機(jī)可以在生產(chǎn)時(shí)，可以通過相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)置，讓變頻器對(duì)校平機(jī)的運(yùn)行指令進(jìn)行更改，對(duì)一些金屬板料進(jìn)行開卷與校平，從而讓所有剪切的材料都按照當(dāng)前產(chǎn)品所需的規(guī)格要求所生產(chǎn)，幫助企業(yè)節(jié)約不必要的材料浪費(fèi)。因?yàn)殚_卷機(jī)可以輕易的對(duì)一些金屬材料進(jìn)行開卷，所以該設(shè)備被家用電器、汽車、裝飾等工業(yè)領(lǐng)域所喜愛。而且其校平機(jī)則由于其使用方便、使用領(lǐng)域廣（機(jī)械、建材、化工、電子、科技）、操作方便、材料需求低等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，讓其在各個(gè)領(lǐng)域深受喜愛，而且校平機(jī)對(duì)材料的定性還可以根據(jù)所定性的產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)，無需花費(fèi)過多的錢財(cái)進(jìn)口不同的設(shè)備來滿足不同的需求。校平機(jī)平行輥排的上、下兩排是相互平行的兩排工作輥，上排工作輥可以上下移動(dòng)。該校平機(jī)由于其特殊的需求，主要適用于中厚板材的校平中。而輥輪校平機(jī)的上、下工作輥輥平行式的行可以形成一定的角度，從而讓最上面一行的工作輥可以上下移動(dòng)，以此形成一定的傾角和底部運(yùn)行工作輥的運(yùn)作，從而讓其運(yùn)用于薄中型材料板的校平。觀察了上列的三種不同生產(chǎn)線的需求，本次以模擬的生產(chǎn)線需求為主，適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合不同的校平機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行綜合性改良，此次制造的輥輪校平機(jī)采用15輥的校平機(jī)，并將15輥輪設(shè)置為上7下8的校平方式，以此來讓該校平機(jī)處于可控狀態(tài)，來滿足不同條件下的不同需求。本次研究的開卷校平機(jī)全自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備原理如圖2.2所示：當(dāng)校平機(jī)運(yùn)作時(shí)，開卷機(jī)會(huì)被校平機(jī)的動(dòng)力所帶動(dòng)，進(jìn)而運(yùn)作，將校平后的材料進(jìn)行開卷，施工人員可以通過觀察板料的位置是否在高/低位光電開關(guān)之間，如果在此之間，則表明該設(shè)備運(yùn)作正常，滿足當(dāng)前的生產(chǎn)以及送料速度需求。圖2.2開卷校平機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2.1.3上料機(jī)構(gòu)上料機(jī)構(gòu)由送料板車和軌道組成，送料板車由底座和傳送板組成，底座下有四個(gè)電機(jī)控制的輪子，送料板車可以在預(yù)定軌道上平穩(wěn)送料，傳送板由油缸推動(dòng)，將卷料托起至開卷機(jī)軸芯處。2.1.4定長(zhǎng)送料剪切機(jī)構(gòu)定長(zhǎng)送料機(jī)由校直裝置和送料輥共同組成。校直裝置在板寬兩側(cè)設(shè)有三組校直輥，校直輥分別支撐在可移動(dòng)的滑座上，當(dāng)板寬需要發(fā)生改變時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪就可以帶動(dòng)滑座前后移動(dòng)，讓校直輥靠在板料的兩側(cè)，糾正進(jìn)料方向，防止板料在剪切過程中發(fā)生橫向的偏移，造成剪切板料的誤差，影響成板精度。送料輥的主要功能是向橫剪機(jī)定尺送料?？v剪機(jī)兩側(cè)的刀軸安裝在活動(dòng)支架和固定支架上，是和定長(zhǎng)送料機(jī)一體的，并且刀軸上裝有帶刀座的刀盤，刀軸方向位置由螺釘固定，刀盤在刀軸上能實(shí)現(xiàn)自由移動(dòng)，由扳手通過絲桿螺母帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)來改變兩刀軸間的距離?？v剪機(jī)的兩側(cè)下方各有一臺(tái)廢邊卷取機(jī)，由電機(jī)控制其轉(zhuǎn)動(dòng)和收取，手動(dòng)伸縮，方便卸料用來卷取被縱剪機(jī)剪下的金屬板材兩邊的廢料。在橫剪機(jī)上裝有行程開關(guān)，用來對(duì)板料進(jìn)行橫向剪切，刀具由上向下剪切板料，以此達(dá)到控制刀具上行和下行的位置。2.1.5傳送機(jī)構(gòu)傳送機(jī)構(gòu)由傳送軌道和成板收納倉(cāng)組成。傳送軌道由電機(jī)帶動(dòng)皮帶將剪切下的板料傳送到成板收納倉(cāng)內(nèi)，它由電機(jī)帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。成板收納倉(cāng)由翻轉(zhuǎn)落料架、排料架、升降料臺(tái)及出料軌道組成。翻轉(zhuǎn)落料架由側(cè)邊擋料架、可移動(dòng)后擋板等部分組成。側(cè)擋料可根據(jù)待裁料的寬度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此滿足生產(chǎn)商品的需求，后擋料可根據(jù)待裁料的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，支撐架由氣缸驅(qū)動(dòng)。當(dāng)該設(shè)備開始運(yùn)行時(shí)，堆垛軌道上升到最高接收位置，調(diào)整轉(zhuǎn)板，隨著堆垛刀片高度的增加，光電開關(guān)向PLC發(fā)出信號(hào)，當(dāng)?shù)镀_(dá)到一定高度時(shí)，整條線停止運(yùn)行，然后啟動(dòng)排水軌道電機(jī)廣播堆疊的板材。堆垛臺(tái)可堆垛3噸，堆垛臺(tái)最大有效起重能力為400mm。2.2工藝過程圖2.3工藝流程圖本系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程圖如圖2.3所示。（1）送料板車到位后抬起引料壓頭。（3）將卷料基本對(duì)稱地吊放在送料板車上，啟動(dòng)送料板車至開卷機(jī)卷筒軸線處，點(diǎn)動(dòng)操作板車升降，使卷料機(jī)的孔心升起至與開卷機(jī)卷筒軸線重合。（4）根據(jù)卷料寬度尺寸點(diǎn)動(dòng)送料板車至相應(yīng)位置，此時(shí)送料將卷料推出。（5）正向點(diǎn)動(dòng)開卷機(jī)，漲緊開卷機(jī)芯軸。（6）剪斷捆扎在卷料上的扎帶，壓下引料壓頭，通過與壓輥的配合使用，將料頭扳直。（8）為了保障材料的長(zhǎng)短度適宜，需要開啟送料輥對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)募舨?，以此達(dá)到材料的最低需求標(biāo)準(zhǔn)。（9）對(duì)材料的傳送帶進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，讓其符合材料的剪切需求，并且要根據(jù)縱切的標(biāo)準(zhǔn)去帶兩側(cè)的收邊機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以此滿足縱切的需求。（10）將傳送軌道升到接料的初始位置。（11）在觸摸屏上設(shè)置好剪切長(zhǎng)度、剪切張數(shù)等參數(shù)，按下手動(dòng)按鈕，轉(zhuǎn)至手動(dòng)工作方式。（12）為確保施工安全，要保證施工作業(yè)區(qū)沒有人員，否則不應(yīng)啟動(dòng)設(shè)備，直到確保施工區(qū)域無人員時(shí)再進(jìn)行相應(yīng)的施工作業(yè)，并且要在作業(yè)時(shí)，時(shí)刻觀測(cè)傳輸帶的速度，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此讓傳輸帶與校平機(jī)的效率保持一致，讓產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備使用壽命都得到相應(yīng)保障。（13）當(dāng)收納倉(cāng)內(nèi)板料上達(dá)到一定高度時(shí)，擋住光電開關(guān)后，裝滿指示燈就會(huì)亮起。該倉(cāng)則會(huì)被傳出，換為另一空倉(cāng)，堆料至適當(dāng)高度或設(shè)定剪切張數(shù)到達(dá)，停止自動(dòng)工作。移出倉(cāng)內(nèi)的板料，裝入新的料板，按下啟動(dòng)按鈕，重新開始。（14）當(dāng)卷料接近料尾時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減慢校平速度和送料速度。待料尾接近送料輥時(shí)，按下停止按鈕，停止自動(dòng)工作，手動(dòng)操作將料尾送出。2.3控制方案設(shè)計(jì)縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列的PLC作為核心控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)由西門子300系列的PLC和WinCCFlexible2008觸摸屏組成，兩者之間通過MPI接口進(jìn)行通訊，系統(tǒng)框架如圖2.4所示。本系統(tǒng)的控制方案圖如圖2.4所示。自動(dòng)剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要由以下三個(gè)部分組成：可編程控制器（PLC）一臺(tái)。PLC用于接收外部信號(hào)，例如：觸摸屏上啟停按鈕的信號(hào)，設(shè)定參數(shù)時(shí)參數(shù)的輸入信號(hào)，控制外部設(shè)備的各種動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，來達(dá)到生產(chǎn)與控制要求。觸摸屏一臺(tái)。其用于參數(shù)的設(shè)定和相關(guān)動(dòng)作的控制，同時(shí)生產(chǎn)過程中設(shè)備的生產(chǎn)信息及時(shí)反饋給用戶。有了觸摸屏，使用者可以直觀的看到控制系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，如：生產(chǎn)批次編號(hào)、送料速度、裁剪的張數(shù)、校平機(jī)的校平速度、送料加速度、碼垛速度、裁剪板料的長(zhǎng)、寬設(shè)置值等。從而使控制系統(tǒng)能更好運(yùn)行。伺服驅(qū)動(dòng)一套。通過觸摸屏所設(shè)的板料裁剪的長(zhǎng)度進(jìn)行剪切，電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，送料速度就有所變化，所以該機(jī)構(gòu)為送料的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖2.4控制方案圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1PLC硬件設(shè)計(jì)3.1.1PLC選型在一般的工控系統(tǒng)中，可以通過選擇PLC或者單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化要求，PLC能夠勝任大規(guī)模的控制器件，功能強(qiáng)大而且穩(wěn)定性非常高。單片機(jī)體積很小，并且不能滿足大型工業(yè)要求，所以本課題最終選擇西門子300系列的PLC。3.1.2PLC硬件組態(tài)本系統(tǒng)的PLC硬件組態(tài)如圖所示3.1所示。圖3.1PLC硬態(tài)組件圖3.1.3PLC系統(tǒng)I/O分配根據(jù)縱橫裁剪自動(dòng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理可以將IO口進(jìn)行分配：表3.1I/O分配表符號(hào)PLC地址注釋E_STOPI0.0急停按鈕SA1I0.1手自動(dòng)選擇開關(guān)SQ1I0.2液壓刀具上位SQ2I0.3液壓刀具下位SB1I0.4啟動(dòng)按鈕SB2I0.5停止按鈕SB3I0.6復(fù)位按鈕EN_SI0.7伺服就緒SQ3I2.0小車到位光電SQ4I2.2入料板鏈有料光電SQ5I2.3橫向刀具下位SQ6I3.0校平電機(jī)有料光電SQ7I3.1碼垛槽滿料光電SQ8I3.2出料板鏈有料光電KA10Q1.0送料板車正轉(zhuǎn)KA15Q1.5送料板車反轉(zhuǎn)KA13Q1.3入料軌道啟動(dòng)KA00Q0.0開卷機(jī)正轉(zhuǎn)KA7Q0.7開卷機(jī)反轉(zhuǎn)KA11Q1.1引料壓頭電機(jī)KA12Q1.2直頭壓輥電機(jī)KA02Q0.2牽引輥電機(jī)正轉(zhuǎn)KA17Q1.7牽引輥電機(jī)反轉(zhuǎn)KA01Q0.1校平輥電機(jī)KA04Q0.4縱剪刀具電機(jī)KA16Q1.6油泵電機(jī)KA26Q2.6廢卷機(jī)正轉(zhuǎn)KA27Q2.7廢卷機(jī)反轉(zhuǎn)KA06Q0.6橫剪刀具電機(jī)KA14Q1.4軸閥電機(jī)KA03Q0.3出料軌道KA05Q0.5小車出料氣缸KA20Q2.0校平機(jī)變頻速度1KA21Q2.1送料軌道變頻速度2KA22Q2.2送料軌道變頻速度33.2通訊連接在SIMATICManager窗口選擇圖標(biāo)，界面只有一個(gè)西門子300PLC，可以通過右擊工程項(xiàng)目的方式添加一個(gè)西門子觸摸屏設(shè)備，之后進(jìn)行MPI地址分配，完成MPI網(wǎng)絡(luò)連接，最后創(chuàng)建S7連接，如圖3.2-3.3所示。圖3.2通信連接圖3.3設(shè)置S7連接屬性4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1開發(fā)軟件和開發(fā)語(yǔ)言本系統(tǒng)采用西門子STEP7作為PLC程序的設(shè)計(jì)軟件，梯形圖為編程語(yǔ)言。STEP7編程軟件具備了硬件診斷、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等一系列的應(yīng)用工具，可以對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，不僅簡(jiǎn)單、直觀，而且方便用戶修改。梯形圖是一種圖形編程語(yǔ)言，梯形圖語(yǔ)言比較形象直觀，對(duì)于熟悉繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員來說，很容易被接受。因此，梯形圖是使用的最基本、最普遍的編語(yǔ)言。4.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，當(dāng)選擇手動(dòng)工作方式時(shí)根據(jù)要求通過手動(dòng)操作來控制各部分的動(dòng)作。當(dāng)選擇自動(dòng)時(shí)由系統(tǒng)自行運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)全線的運(yùn)行，PLC程序流程圖如4.1圖所示。在控制系統(tǒng)中，送料的長(zhǎng)度是通過觸摸屏來設(shè)定的，PLC控制的送料裁切程序流程圖如圖4.2所示。橫剪機(jī)只有當(dāng)材料都輸送完畢后才會(huì)進(jìn)行啟動(dòng)，定長(zhǎng)裁片，即每次定長(zhǎng)進(jìn)給后，橫切機(jī)的切刀移動(dòng)裁切片材，然后返回原位。當(dāng)下一次進(jìn)給完成時(shí)，橫切機(jī)再次動(dòng)作以切割片材。當(dāng)橫剪過程到位后，板材停止運(yùn)動(dòng)，PLC向橫剪機(jī)發(fā)出指令，橫剪機(jī)的刀具從上往下移動(dòng)，對(duì)板材進(jìn)行水平剪切。刀具返回上排開關(guān)位置，返回PLC剪切完成信號(hào)，PLC再次驅(qū)動(dòng)送料輥通過交流伺服送料，達(dá)到控制要求。圖4.1PLC程序流程圖圖4.2送料剪切程序流程圖4.3PLC程序設(shè)計(jì)4.3.1程序構(gòu)成本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為各個(gè)功能的模塊，再由主程序統(tǒng)一調(diào)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)中采用的控制程序模塊有OB（組織塊）、FB（功能塊）、FC（功能）、DB（數(shù)據(jù)塊）、SFB（系統(tǒng)功能塊）。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，采用OB1來進(jìn)行組織塊軟件編程，本系統(tǒng)在OB1中設(shè)計(jì)的是系統(tǒng)的啟動(dòng)、板車上料、手動(dòng)自動(dòng)的選擇以及出料。FB（功能）是提供手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)所需要的子程序編寫。PLC的輸入信號(hào)主要由來自觸摸屏的輸入信號(hào)、操作手柄和各個(gè)操作臺(tái)上輸入信號(hào)、檢測(cè)裝置的信號(hào)以及各種到位的反饋信號(hào)組成。4.3.2OB1主程序該段為系統(tǒng)啟動(dòng)程序，當(dāng)屏幕按下M11.0系統(tǒng)啟動(dòng)，按下停止按鈕或按下I0.0急停按鈕系統(tǒng)停止運(yùn)行。使用手動(dòng)選擇開關(guān)I0.1對(duì)系統(tǒng)手動(dòng)模式和自動(dòng)模式進(jìn)行選擇。當(dāng)I0.1通時(shí)此時(shí)系統(tǒng)為自動(dòng)模式，當(dāng)I0.1不通時(shí)此時(shí)系統(tǒng)為手動(dòng)模式。此模塊主要是為了調(diào)用手動(dòng)運(yùn)行子程序。此模塊主要是為了調(diào)用自動(dòng)運(yùn)行子程序。此程序段為板車正反轉(zhuǎn)輸出程序，當(dāng)通過執(zhí)行手動(dòng)或自動(dòng)程序后板車正反轉(zhuǎn)標(biāo)志位M201.0或M301.0正轉(zhuǎn)標(biāo)志為1則輸出Q1.0正轉(zhuǎn)，當(dāng)子程序執(zhí)行后M1030.2即板車反轉(zhuǎn)標(biāo)志為真則輸出反轉(zhuǎn)。此段程序?yàn)榘遘囆凶邉?dòng)畫的程序及出料氣缸控制程序，當(dāng)板車正轉(zhuǎn)輸出時(shí)即Q1.0為真，則MW700開始自動(dòng)增加數(shù)字以M0.5及1S的脈沖，當(dāng)增加到300后輸出M1020.0同時(shí)將MW700賦值300使其不再增加，當(dāng)數(shù)字達(dá)到300說明板車移動(dòng)到位，此時(shí)M1020.0驅(qū)動(dòng)出料氣缸Q0.5,同樣當(dāng)板車為反轉(zhuǎn)時(shí)，MW700的數(shù)值以M0.5的1S脈沖遞減數(shù)值，此時(shí)實(shí)現(xiàn)板車動(dòng)畫返回移動(dòng)。當(dāng)開卷機(jī)啟動(dòng)時(shí)引料壓頭下壓，壓住板料防止板料翹起。接著由牽引輥電機(jī)控制板料抬起、落下，便于板料進(jìn)入電機(jī)。最后由校平壓輥將板料校平。當(dāng)開卷未啟動(dòng)時(shí)，按下M1911.5,牽引棍電機(jī)執(zhí)行反轉(zhuǎn)動(dòng)作。此為入料軌道輸出先去驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)顯示程序，第一段當(dāng)子程序執(zhí)行后M2012或M3030啟動(dòng)標(biāo)志位為真，則驅(qū)動(dòng)輸出線圈Q1.3，第二段為當(dāng)Q1.3為真后，執(zhí)行動(dòng)態(tài)顯示功能程序此為校平輥電機(jī)輸出先去驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)顯示程序，第一段當(dāng)子程序執(zhí)行后M3040或M2S啟動(dòng)標(biāo)志位為真，則驅(qū)動(dòng)輸出線圈Q0.1，第二段為當(dāng)Q0.1為真后，執(zhí)行動(dòng)態(tài)顯示功能程序當(dāng)板材完成縱橫剪切出料，碼垛槽滿料光電檢測(cè)到板材裝滿時(shí)，進(jìn)行板材送出。當(dāng)子程序執(zhí)行后對(duì)應(yīng)標(biāo)注位驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)剪切電機(jī)，由于是液壓控制，刀具液壓動(dòng)作必然需要啟動(dòng)油泵。當(dāng)Q0.3通后MW710開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以M0.5，1秒一個(gè)脈沖，1秒斷開1次。然后自動(dòng)加數(shù)字代表它在移動(dòng)，MW710移動(dòng)第一次，MW720移動(dòng)第二次，MW730移動(dòng)第三次。當(dāng)三塊移動(dòng)完成S1、S2、S3亮驅(qū)動(dòng)M1000.5。出料軌道移動(dòng)效果，當(dāng)Q0.3為真出料軌道電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，開始動(dòng)作之后M1、M2、M3、M4、M5輪流開始顯示。4.3.2手動(dòng)運(yùn)行程序手動(dòng)運(yùn)行子程序主要是通過手動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行操作，當(dāng)PLC與觸摸屏連接后。按下觸摸屏上啟動(dòng)按鈕即啟動(dòng)系統(tǒng)，然后按下對(duì)應(yīng)按鈕就可以進(jìn)行板車上料，板料開卷、校平、縱橫剪以垛料。程序?yàn)榘遘囖D(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，按下按鈕板車開始正轉(zhuǎn)，按下按鈕板車開始反轉(zhuǎn)。該程序?yàn)樗欧姍C(jī)定位功能模塊。4.3.4自動(dòng)程序當(dāng)啟動(dòng)系統(tǒng)按鈕時(shí)，按流程自動(dòng)走手動(dòng)的流程，依次實(shí)現(xiàn)板車上料、開卷、校平以及垛料等。該程序?yàn)樽詣?dòng)運(yùn)行模式下伺服電機(jī)設(shè)定的距離自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)。5系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)PLC部分的設(shè)計(jì)和Winccflexible界面都設(shè)計(jì)完成后，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試。仿真的時(shí)候，要先對(duì)PLC的程序進(jìn)行調(diào)試，然后再對(duì)觸摸屏界面進(jìn)行仿真，當(dāng)都沒有錯(cuò)誤時(shí)，就需要對(duì)PLC和WinCCflexible進(jìn)行聯(lián)調(diào)。5.1PLC仿真調(diào)試PLC部分的仿真調(diào)試有兩種方式，一種是利用實(shí)驗(yàn)室的仿真臺(tái)進(jìn)行調(diào)試，另外一種就是通過下載PLCSIM軟件，通過軟件進(jìn)行仿真。一般而言，軟件開發(fā)者首次設(shè)計(jì)的程序難保沒有瑕疵，如果程序有錯(cuò)，直接與仿真臺(tái)連調(diào)可能會(huì)對(duì)儀器設(shè)備造成損壞。所以，最合理方案是利用PLCSIM進(jìn)行仿真。具體的仿真步驟如下：（1）建立仿真環(huán)境首先，安裝好PLCSIM軟件之后，打開Step7軟件，在工具欄菜單中單擊圖標(biāo)按鈕即可打開仿真軟件，彈出如圖5.1所示窗口。圖5.1仿真界面當(dāng)DC為綠色表明PLC電源接通，RUN表示系統(tǒng)運(yùn)行，STOP為停止，SF紅色時(shí)說明系統(tǒng)有問題。在選擇框有RUN-P、RUN、STOP三種模式，沒調(diào)試之前默認(rèn)是STOP狀態(tài)下，在仿真時(shí)，要將模式切換為RUN或RUN-P，RUN與RUN-P的區(qū)別為在RUN-P模式下，可以對(duì)程序進(jìn)行修改與下載，而在RUN模式下，只允許對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，不允許修改與下載。（2）選擇模塊可以在仿真工具欄中選擇需要的輸入與輸出窗口模塊。將本設(shè)計(jì)所用到輸出輸出添加到仿真器中。（3）下載程序在設(shè)置好各模塊后，需要在Step7界面選擇圖標(biāo)將PLC的程序下載到仿真器中。下載時(shí)，一定要保證仿真器處在RUN-P模式或者STOP模式，不能處于運(yùn)行模式。（4）程序運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)在仿真器運(yùn)行后，打開需要調(diào)試的程序塊，在工具欄中選擇按鈕，可以動(dòng)態(tài)地顯示程序的運(yùn)行情況，能夠直觀地體現(xiàn)出程序的錯(cuò)誤。圖5.2仿真運(yùn)行界面5.2PLC與Winccflexible聯(lián)機(jī)當(dāng)觸摸屏界面仿真沒有問題并且PLCSIM也沒有錯(cuò)誤時(shí)，就需要把PLC和觸摸屏連接起來進(jìn)行調(diào)試，本設(shè)計(jì)采用的是通過MPI進(jìn)行通訊。最后將PLC的仿真界面打開，并且啟動(dòng)觸摸屏系統(tǒng)運(yùn)行界面，進(jìn)行聯(lián)調(diào)。如圖5.3所示是縱橫剪自動(dòng)生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)界面，此時(shí)在觸摸屏界面上可觀察到運(yùn)行設(shè)備的顏色發(fā)生了變