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

基于PLC縱橫剪自動生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：我國工業(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，我國相關(guān)領(lǐng)域的科技研究人員研究出了縱橫剪自動生產(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)動于一體的縱橫剪自動生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計方案，以提高縱橫剪自動生產(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，實現(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)計方案可行，并利用PLC系統(tǒng)進行控制，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、送料機、校平機、擺橋、觸摸屏、縱橫裁剪機、廢料卷取機、橫剪機、輸送帶、排料架、堆垛臺等部件組成。關(guān)鍵詞：縱橫剪自動生產(chǎn)線，PLC，伺服驅(qū)動，自動控制目錄TOC\o"1-3"\h\u179381.緒論 .緒論1.1課題研究背景及意義隨著我國經(jīng)濟不斷上升,工業(yè)生產(chǎn)進入高速發(fā)展新時代,對各種自動化技術(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)用模式實現(xiàn)智能化、自動化和高效化,這也體現(xiàn)了我國當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的高科技水平和發(fā)展方向。在我國社會生產(chǎn)力不斷發(fā)展的同時，我國制造業(yè)的發(fā)展也漸漸呈現(xiàn)上升的趨勢。我們生產(chǎn)方式從手工制造業(yè)到機械化生產(chǎn)線再到自動化生產(chǎn)線。因考慮到市場競爭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。近幾年，隨著制造強國戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進，很多勞動密集型產(chǎn)業(yè)向智能制造方向發(fā)展，引入了大量自動化設(shè)備，逐步擺脫對人工的依賴，裝訂行業(yè)便是其中之一。相對于人工，自動化生產(chǎn)設(shè)備在產(chǎn)量、質(zhì)量和時效性上擁有更大的優(yōu)勢。因此，很多中小企業(yè)開始大量引入工業(yè)自動化設(shè)備，其中就包括非標(biāo)自動化設(shè)備。非標(biāo)設(shè)備是指國家尚無定性標(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。而國內(nèi)大多數(shù)的自動剪裁生產(chǎn)線，盡管已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，但仍然存在著一些生產(chǎn)工藝上的缺陷,柔性不足，不能滿足產(chǎn)品的多元化要求，不能提高生產(chǎn)效率、精確度，且維修困難，設(shè)備老化，對企業(yè)的經(jīng)濟效益和效益造成了很大的影響。而國外的剪切控制系統(tǒng)由于成本高昂，為了在競爭中取得優(yōu)勢，在競爭中取得優(yōu)勢，開發(fā)出更高的自動剪裁生產(chǎn)線，是提高我國生產(chǎn)自動化水平，改善生產(chǎn)中的落后狀況，提高其剪切加工的準(zhǔn)確性和效率，與此同時，還可以增加生產(chǎn)、擴大生產(chǎn)、減少工人勞動強度、改善產(chǎn)品品質(zhì)、滿足國內(nèi)和國際市場的需求，從而可以更好地適應(yīng)板材加工的需要，從而達到提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本、提升企業(yè)在國際上的競爭能力。1.2國內(nèi)外的發(fā)展及研究現(xiàn)狀全自動裁剪流水線是一種將金屬卷的開卷、校平、定尺、剪切、橫剪、縱剪等綜合工藝的機械設(shè)備，在家電，汽車，集裝箱，食品包裝，石油化工，造船，裝飾材料等金屬板材的加工中。尤其是近年來汽車、家電等行業(yè)的快速發(fā)展，對板材的需求量越來越大，其中大部分都是卷材，因此，自動化生產(chǎn)線的需求量越來越大。早期的切割機多采用單臺常規(guī)剪刀，勞動強度大，定位誤差大，造成物料浪費。自動開卷機的優(yōu)勢在于生產(chǎn)效率高，材料利用率高，自動化水平高，產(chǎn)品品質(zhì)好。在生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化是提高生產(chǎn)效率、保障作業(yè)安全、促進企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。經(jīng)過調(diào)查，現(xiàn)已有下列自動剪裁流水線：S-T44系列產(chǎn)品主要包括開卷機、平整機、中間傳送架、剪板機、落料臺等。該系統(tǒng)能有效地控制卷材的走線、定長尺寸精確、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，將料頭送入校平機后，可實現(xiàn)對金屬卷材的開卷、校平、剪切、落料等工序的自動控制。BS-T44-4X1800系列全自動流水線，包括開卷機、平整機、中間輸送架、剪板機、機動送料架、落料臺等。該系統(tǒng)能有效地控制板料的偏移，精確的定長，使料頭進入校平后，能實現(xiàn)對金屬卷材的開卷、校平、剪切、落料等工序的自動控制。另外，校平進料速度可依客戶需要調(diào)整。我國目前擁有眾多的濟南二機床集團有限公司、沈陽機床集團、廣西機床集團等企業(yè)。目前，國內(nèi)最具代表性的自動化生產(chǎn)線有ISI公司的Pathfinder和ABB的DOPPING兩大類。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，遠程診斷技術(shù)、分布式控制技術(shù)、總線技術(shù)、微機控制技術(shù)等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線。自動進給機構(gòu)是實現(xiàn)剪裁生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)，其自動化程度和進給精度直接關(guān)系到板材的生產(chǎn)效率和整個自動化水平。全自動剪裁生產(chǎn)線的核心部件是控制產(chǎn)品質(zhì)量和加工質(zhì)量的自動進給機構(gòu)。早期送紙機構(gòu)多為油缸一架一離合器一輥進給，但其存在著離合器打滑、油缸沖擊力不能控制、進給精度差等固有問題。當(dāng)前使用最多的是帶滾輪的送料機或氣壓送料機，此生產(chǎn)線的可操作性好；還有一種是安裝了多臺進料裝置，并配有開卷裝置、校平裝置等的流水線，由于所處理的金屬卷材的運輸量明顯減少，因此在生產(chǎn)中的使用也有逐步增加的趨勢。張傳林的《縱橫剪自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計》一文中提出,早期的開卷剪板機多采用一臺普通剪板機,費力且位置缺陷大,造成不必要的材料浪費。生產(chǎn)效率高、材料消耗高、自動化水平高、產(chǎn)品質(zhì)量好是開卷自動瑪咖產(chǎn)品系列的主要優(yōu)勢。自動裁剪生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備是給料機，它直接影響到成品的加工速度和加工精度。早期的進料機構(gòu)多為汽缸—石塊—離合器—滾動進料。由于離合器與滑油缸的碰撞作用，使送料精度出現(xiàn)較大的誤差。目前在裁剪流水線上普遍采用的氣動送料器。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,以往的的定長切割方式有明顯的劣勢比如缺乏智能判斷功能,往往會出現(xiàn)切割不美觀、切割精度不夠等問題，帶來了不必要的浪費。在精剪前端或粗加工出口處設(shè)置了最優(yōu)剪裁機構(gòu)，它可以根據(jù)中坯頭的頭部和尾部的形狀，來決定最優(yōu)的剪裁長度和裁切線的位置，并將其傳送出去。調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，使之達到最佳的裁剪效果。采用最佳馬咖體系，以確保中坯頭和尾部具有較好的外形。中坯頭尾的損壞程度大為降低,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。伴隨著我國計算機技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論的飛速發(fā)展以及伺服驅(qū)動技術(shù)的飛速發(fā)展，很大程度上降低了伺服電機的經(jīng)濟成本。目前國外自動切割生產(chǎn)線的送料方式通常配備永磁同步伺服電機、高精度的減速機，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生產(chǎn)線是專門用于非標(biāo)金屬板料加工。其自動化、機械化的設(shè)計可以減少用工數(shù)量以及工作強度，降低企業(yè)的用工成本，通過對原有工藝的分析改進，設(shè)計了更高效的生產(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)在市場的利益競爭中獲取更大的效益，讓企業(yè)的市場競爭力更加強力。所以本次設(shè)計的主題是以完成自動化縱橫剪自動生產(chǎn)線非標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)為主，并主要完成以下幾點項目為優(yōu)先：首先對縱橫剪的生產(chǎn)流程以及生產(chǎn)模式結(jié)構(gòu)進行介紹，并對生產(chǎn)線的總體進行合理的分析，了解其具體的運作規(guī)模和流程。對生產(chǎn)線的流程與控制方案進行詳細且科學(xué)化的設(shè)置，盡可能的保障設(shè)備不會出現(xiàn)意外，以此危害到操作人員的生命安全。按照嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)對PLC程序進行設(shè)定，以此實現(xiàn)手動與聯(lián)動的運行模式。并保障該系統(tǒng)的運營測試完善，可以進行觸摸屏進行相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)置，以此達到測試系統(tǒng)性能和指令的要求。2.總體方案設(shè)計2.1總體結(jié)構(gòu)本課題設(shè)計的縱橫剪非標(biāo)自動生產(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或者自動兩種運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、校平機、縱橫剪切機、傳送軌道以及剁料機等。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e托料板f直頭壓輥g校平機h定長送進機i縱剪機j廢邊卷取機k橫剪機l傳送機m垛料機2.1.1上料機構(gòu)上料機構(gòu)由送料板車和軌道組成，送料板車由底座和傳送板組成，底座下有四個電機控制的輪子，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，將卷料托起至開卷機軸芯處。2.1.2開卷校平機構(gòu)開卷校平機可以在生產(chǎn)時，可以通過相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)置，讓變頻器對校平機的運行指令進行更改，對一些金屬板料進行開卷與校平，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。因為開卷機可以輕易的對一些金屬材料進行開卷，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。而且其校平機則由于其使用方便、使用領(lǐng)域廣（機械、建材、化工、電子、科技）、操作方便、材料需求低等多項優(yōu)點，讓其在各個領(lǐng)域深受喜愛，而且校平機對材料的定性還可以根據(jù)所定性的產(chǎn)品進行相應(yīng)的變動，無需花費過多的錢財進口不同的設(shè)備來滿足不同的需求。平板機上、下兩排平行輥列是兩排工作輥，它們彼此平行，上排工作輥能上下運動。校平機因其特殊要求，主要用于中厚板的校平。而輥輪校平機的上、下工作輥輥的平行排列可以形成一個角度，使最上一排的工作輥能上下運動，使工作輥在一定的斜度下工作，使工作輥的工作向下傾斜，使工作輥的工作在較薄的中等材料上得到應(yīng)用。對上述三條生產(chǎn)線的需要進行了考察，本次以模擬的生產(chǎn)線需求為主，適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合不同的校平機優(yōu)缺點，對其進行綜合性改良，此次制造的輥輪校平機采用15輥的校平機，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全自動生產(chǎn)設(shè)備原理如圖2-2所示：當(dāng)校平機運作時，開卷機會被校平機的動力所帶動，進而運作，將校平后的材料進行開卷，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開卷校平機構(gòu)的結(jié)構(gòu)2.1.3上料機構(gòu)上料機構(gòu)由送料板車和軌道組成，送料板車由底座和傳送板組成，底座下有四個電機控制的輪子，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，將卷料托起至開卷機軸芯處。2.1.4定長送料剪切機構(gòu)定長給紙機包括一個校正機構(gòu)和一個送紙滾筒。該校直機構(gòu)在板寬的兩邊各設(shè)置三組校正滾子，并將校正滾子支承在活動滑座上，在板寬變化時，通過旋轉(zhuǎn)滾筒來推動滑座的上下運動，使校正滾子貼在板料的兩邊，從而修正給料的方向，避免在剪切時出現(xiàn)橫向的偏差，從而導(dǎo)致剪板機的偏差，從而降低板材的成板精度。給料滾筒的主要作用是給橫剪機定尺量。刀軸兩側(cè)的刀軸與定長進給器是一體的，刀軸上有一個刀架，刀軸的方向用螺絲固定，刀盤可以在刀軸上自由運動，用螺絲把刀片從刀軸上移開，用螺絲把刀片從刀軸上移開。在剪剪機的左右下端設(shè)有一個廢邊卷取機，它的旋轉(zhuǎn)和回收是通過馬達來實現(xiàn)的，它可以通過人工的伸縮來輕松地將被剪切機剪斷的金屬片的兩邊的廢紙卷起。橫剪機上設(shè)有一沖程開關(guān)，用于對板材進行橫向剪切，從上往下對板材進行切割，從而實現(xiàn)對刀具上下方向的控制。2.1.5傳送機構(gòu)傳送機構(gòu)由傳送軌道和成板收納倉組成。傳送軌道由電機帶動皮帶將剪切下的板料傳送到成板收納倉內(nèi)，它由電機帶動皮帶轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)正常運行。成板式儲料箱包括倒料架、卸料架、提升料臺和卸料臺。翻料架包括側(cè)面擋料架、活動后擋板等?？砂此璨眉魧挾日{(diào)整側(cè)面擋板，以此滿足生產(chǎn)商品的需求，后擋料可根據(jù)待裁料的長度調(diào)節(jié)，支撐架由氣缸驅(qū)動。當(dāng)該設(shè)備開始運行時，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，當(dāng)?shù)镀_到一定高度時，整條線停止運行，然后啟動排水軌道電機廣播堆疊的板材。堆垛臺可堆垛3噸，堆垛臺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）送料板就位后，將引料機提升。(3)將卷材大致對稱地懸掛于進紙機的進給盤車上，然后起動進給機的卷筒軸，點動操縱板車提升，使卷料機的孔心上升到與卷筒軸相一(4)按卷材寬度大小點動給料機到對應(yīng)的位置，這時進給將卷材推出(5)將開卷機向前點動，使開卷機心軸膨脹。(6)切斷纏繞在卷材上的綁帶，壓下引料機，并與壓輥共同工作，使其拉。（8）為了保障材料的長短度適宜，需要開啟送料輥對其進行適當(dāng)?shù)募舨茫源诉_到材料的最低需求標(biāo)準(zhǔn)。（9）對材料的傳送帶進行適當(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)的收邊機進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以此滿足縱切的需求。（10）將輸送軌道提升至起始位置。(11)將剪切長度、剪切張數(shù)等參數(shù)設(shè)定在觸摸屏上，按下手動鍵，進入人工操作模式。（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)啟動設(shè)備，直到確保施工區(qū)域無人員時再進行相應(yīng)的施工作業(yè)，并且要在作業(yè)時，時刻觀測傳輸帶的速度，并進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此讓傳輸帶與校平機的效率保持一致，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)收納倉內(nèi)板料上達到一定高度時，擋住光電開關(guān)后，裝滿指示燈就會亮起。該倉則會被傳出，換為另一空倉，當(dāng)物料堆積到合適的高度或者設(shè)置好的張數(shù)時，自動停止。將板料從料倉中取出，放入新的料盤，按下起動鍵，再試一次。(14)在卷料靠近末端時，對齊和進給的速率要適當(dāng)降低。當(dāng)物料的末端靠近進給輥，按下停止鍵，自動停止，由人工完成進料。2.3控制方案設(shè)計該設(shè)備以西門子S7-300系列PLC為核心，實現(xiàn)了縱橫剪自動化流水線的非標(biāo)控制。該系統(tǒng)包括西門子300系列PLC與2008年WinCCFlexible觸摸屏，兩者之間通過MPI接口進行通訊，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。自動剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要由以下三個部分組成：可編程控制器（PLC）一臺。PLC用于接收外部信號，例如：觸摸屏上啟停按鈕的信號，設(shè)定參數(shù)時參數(shù)的輸入信號，控制外部設(shè)備的各種動作實現(xiàn)，來達到生產(chǎn)與控制要求。一塊觸摸屏幕。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對工藝參數(shù)的設(shè)置和操作的控制，并能實時地向用戶提供生產(chǎn)過程中的有關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)情況。通過觸摸屏，用戶可以直觀地了解目前的生產(chǎn)批次、進料速度、裁剪張數(shù)、校平機校平速度、進料加速度、碼垛速度、裁剪長度和寬度設(shè)定值等。這樣可以更好地控制系統(tǒng)的工作。伺服驅(qū)動一套。通過觸摸屏所設(shè)的板料裁剪的長度進行剪切，電機轉(zhuǎn)速的不同，送料速度就有所變化，所以該機構(gòu)為送料的核心執(zhí)行機構(gòu)。圖2-4控制方案圖3.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1PLC硬件設(shè)計3.1.1PLC選型在一般的工控系統(tǒng)中，可以通過選擇PLC或者單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化要求，PLC能夠勝任大規(guī)模的控制器件，功能強大而且穩(wěn)定性非常高。單片機體積很小，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)縱橫裁剪自動生產(chǎn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理可以將IO口進行分配：表3-1I/O分配表符號PLC地址注釋E_STOPI0.0急停按鈕SA1I0.1手自動選擇開關(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KA00Q0.0開卷機正轉(zhuǎn)KA7Q0.7開卷機反轉(zhuǎn)KA11Q1.1引料壓頭電機KA12Q1.2直頭壓輥電機KA02Q0.2牽引輥電機正轉(zhuǎn)KA17Q1.7牽引輥電機反轉(zhuǎn)KA01Q0.1校平輥電機KA04Q0.4縱剪刀具電機KA16Q1.6油泵電機KA26Q2.6廢卷機正轉(zhuǎn)KA27Q2.7廢卷機反轉(zhuǎn)KA06Q0.6橫剪刀具電機KA14Q1.4軸閥電機KA03Q0.3出料軌道KA05Q0.5小車出料氣缸KA20Q2.0校平機變頻速度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)，界面只有一個西門子300PLC，可以通過右擊工程項目的方式添加一個西門子觸摸屏設(shè)備，之后進行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4.1開發(fā)軟件和開發(fā)語言該系統(tǒng)以西門子STEP7為控制軟件，以梯形圖為主要的編程語言。STEP7軟件具有硬件診斷、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等一系列功能，能夠?qū)τ布?、網(wǎng)絡(luò)進行組態(tài)，具有簡單、直觀的特點，同時也便于使用者進行修改。梯形圖是一種圖解程序語言，它的語言更形象、更直觀，便于電氣工程師了解繼電器的控制電路。所以，最基本的，最常用的編程語言就是梯形圖。4.2控制系統(tǒng)設(shè)計該控制系統(tǒng)具有手動和自動兩種工作模式，當(dāng)選擇手動模式時，按需要進行手動控制。在選擇自動控制的情況下，整個生產(chǎn)線都可以自己操作，PLC的流程見4-1。在控制系統(tǒng)中，由觸摸屏來設(shè)置進給長度，由PLC控制的進給和裁剪流程流程圖見圖4-2。橫剪機只有當(dāng)材料都輸送完畢后才會進行啟動，定長裁片，即每次定長進給后，橫切機的切刀移動裁切片材，再回到原來的位置。在一次送料結(jié)束后，橫切機再次進行切割。在橫剪工序就位后，板料停止動作，由PLC下達命令，由橫剪機的刀片由上而下，橫向剪切。刀片回到上、下切換狀態(tài)，PLC切斷完成信號，PLC再驅(qū)動進給輥經(jīng)交流伺服進給，滿足控制需求。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4.3.1程序構(gòu)成本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)分為各個功能的模塊，再由主程序統(tǒng)一調(diào)用，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)使用了組織塊）、功能塊（FB）、功能塊（FC）、數(shù)據(jù)塊（DB）、SFB。按系統(tǒng)的設(shè)計要求，采用OB1來進行組織塊軟件編程，本系統(tǒng)在OB1中設(shè)計的是系統(tǒng)的啟動、板車上料、手動自動的選擇以及出料。FB（功能）是提供手動、聯(lián)動所需要的子程序編寫。PLC的輸入信號主要包括：輸入信號，操作柄，輸入信號，檢測設(shè)備信號，以及不同位置的反饋信。4.3.2OB1主程序本部分是系統(tǒng)啟動的程序，在按下M11.0系統(tǒng)開始時，按下停止鍵，按下I0.0緊急停鍵，系統(tǒng)停止操作。使用手動切換器I0.1來選擇系統(tǒng)的手動和自動方式。當(dāng)I0.1通時此時系統(tǒng)為自動模式，當(dāng)I0.1不通時此時系統(tǒng)為手動模式。此模塊主要是為了調(diào)用手動運行子程序。此模塊主要是為了調(diào)用自動運行子程序。此程序段為板車正反轉(zhuǎn)輸出程序，當(dāng)通過執(zhí)行手動或自動程序后板車正反轉(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)。此段程序為板車行走動畫的程序及出料氣缸控制程序，當(dāng)板車正轉(zhuǎn)輸出時即Q1.0為真，則MW700開始自動增加數(shù)字以M0.5及1S的脈沖，當(dāng)增加到300后輸出M1020.0同時將MW700賦值300使其不再增加，當(dāng)數(shù)字達到300說明板車移動到位，此時M1020.0驅(qū)動出料氣缸Q0.5,同樣當(dāng)板車為反轉(zhuǎn)時，MW700的數(shù)值以M0.5的1S脈沖遞減數(shù)值，此時實現(xiàn)板車動畫返回移動。當(dāng)開卷機啟動時引料壓頭下壓，壓住板料防止板料翹起。接著由牽引輥電機控制板料抬起、落下，便于板料進入電機。最后由校平壓輥將板料校平。當(dāng)開卷未啟動時，按下M1911.5,牽引棍電機執(zhí)行反轉(zhuǎn)動作。此為入料軌道輸出先去驅(qū)動程序和動態(tài)顯示程序，第一段當(dāng)子程序執(zhí)行后M2012或M3030啟動標(biāo)志位為真，則驅(qū)動輸出線圈Q1.3，第二段為當(dāng)Q1.3為真后，執(zhí)行動態(tài)顯示功能程序此為校平輥電機輸出先去驅(qū)動程序和動態(tài)顯示程序，第一段當(dāng)子程序執(zhí)行后M3040或M2S啟動標(biāo)志位為真，則驅(qū)動輸出線圈Q0.1，第二段為當(dāng)Q0.1為真后，執(zhí)行動態(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到板材裝滿時，進行板材送出。當(dāng)子程序執(zhí)行后對應(yīng)標(biāo)注位驅(qū)動對應(yīng)剪切電機，由于是液壓控制，刀具液壓動作必然需要啟動油泵。當(dāng)Q0.3通后MW710開始存儲數(shù)據(jù)，以M0.5，1秒一個脈沖，1秒斷開1次。然后自動加數(shù)字代表它在移動，MW710移動第一次，MW720移動第二次，MW730移動第三次。當(dāng)三塊移動完成S1、S2、S3亮驅(qū)動M1000.5。出料軌道移動效果，當(dāng)Q0.3為真出料軌道電機開始運轉(zhuǎn)，開始動作之后M1、M2、M3、M4、M5輪流開始顯示。4.3.2手動運行程序手動運行子程序主要是通過手動運行進行操作，當(dāng)PLC與觸摸屏連接后。按下觸摸屏上啟動按鈕即啟動系統(tǒng)，然后按下對應(yīng)按鈕就可以進行板車上料，板料開卷、校平、縱橫剪以垛料。程序為板車轉(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)。該程序為伺服電機定位功能模塊。4.3.4自動程序當(dāng)啟動系統(tǒng)按鈕時，按流程自動走手動的流程，依次實現(xiàn)板車上料、開卷、校平以及垛料等。該程序為自動運行模式下伺服電機設(shè)定的距離自動轉(zhuǎn)動對應(yīng)脈沖數(shù)。5.系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)PLC部分的設(shè)計和Winccflexible界面都設(shè)計完成后，必須對系統(tǒng)進行仿真調(diào)試。仿真的時候，要先對PLC的程序進行調(diào)試，然后再對觸摸屏界面進行仿真，當(dāng)都沒有錯誤時，就需要對PLC和WinCCflexible進行聯(lián)調(diào)。5.1PLC仿真調(diào)試PLC的模擬調(diào)試方法有兩種，一種是在實驗室模擬平臺上進行，一種是通過下載PLCSIM軟件進行模擬。一般而言，軟件開發(fā)者首次設(shè)計的程序難保沒有瑕疵，如果程序有錯，直接與仿真臺連調(diào)可能會對儀器設(shè)備造成損壞。所以，最合理方案是利用PLCSIM進行仿真。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仿真界面如果DC是綠色的，則說明PLC的供電是開著的，RUN是工作的，STOP是停止的，SF紅色時說明系統(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，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，可以對程序進行修改與下載，而在RUN模式下，只允許對程序進行調(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。在下載的時候，請確保模擬程序是在RUN-P或STOP模式下，不能在工作狀態(tài)。（4）程序運行狀態(tài)監(jiān)測在仿真器運行后，打開需要調(diào)試的程序塊，在工具欄中選擇按鈕，可以動態(tài)地顯示程序的運行情況，能夠直觀地體現(xiàn)出程序的錯誤。圖5-2仿真運行界面5.2PLC與Winccflexible聯(lián)機當(dāng)觸摸屏界面仿真沒有問題并且PLCSIM也沒有錯誤時，就需要把PLC和觸摸屏連接起來進行調(diào)試，該系統(tǒng)采用MPI通信方式。最后，開啟PLC模擬接口，開始操作觸摸屏系統(tǒng)，進行聯(lián)調(diào)。如圖5.3所示是縱橫剪自動生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)界面，此時在觸摸屏界面上可觀察到運行設(shè)備的顏色發(fā)生了變化，說明本次設(shè)計的縱橫剪自動生產(chǎn)線非標(biāo)控制系統(tǒng)開始運行。圖5-3聯(lián)調(diào)畫面5.結(jié)論本文以研究縱橫剪的非標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)設(shè)計為主題，對該設(shè)備的伺服系統(tǒng)、變頻器、PLC和觸摸屏等可控性高、可靠性強的設(shè)備進行了組裝，讓其實現(xiàn)了自動化的卷料開卷、校平、送料、剪切等一系列作業(yè)活動，并結(jié)合不同校平機的不同缺點與性能，對該校平機進行了相應(yīng)的調(diào)試，讓其實現(xiàn)了單動與普動的兩種作業(yè)方式，實現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動化控制需求標(biāo)準(zhǔn)。首先，通過查閱資料了解縱橫剪自動控制生產(chǎn)線國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究背景，分析各控制方式的特點以及PLC的優(yōu)點，接著畫出生產(chǎn)線流程圖，設(shè)計出生產(chǎn)