半自動(dòng)金屬帶鋸床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、半自動(dòng)金屬帶鋸床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words1引言21 鋸床的結(jié)構(gòu)與工作原理31.1 鋸床的結(jié)構(gòu)和組成31.2 鋸床工作原理42 液壓系統(tǒng)工作過程分析62.1 液壓系統(tǒng)負(fù)載分析與執(zhí)行元件的相關(guān)參數(shù)62.1.1 液壓系統(tǒng)負(fù)載分析 62.1.2 執(zhí)行原件的相關(guān)參數(shù)82.2 液壓系統(tǒng)工作原理82.3 液壓系統(tǒng)加工過程分析93 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 PLC簡介103.2 半自動(dòng)金屬帶鋸床電氣控制133.3 PLC機(jī)型選擇與I/O分配154 半自動(dòng)金屬帶鋸床軟件設(shè)計(jì)154.1 程序設(shè)計(jì)154.1.1 工作流程圖154.1.2 程序功能圖164.1.3 程

2、序梯形圖174.2 系統(tǒng)調(diào)試204.2.1 STEP7-Mirco/WIN主要編程功能與程序的上載下載204.2.2 程序的調(diào)試與監(jiān)控214.2.3 PLC系統(tǒng)調(diào)試21總結(jié)22參考文獻(xiàn)：23致謝24半自動(dòng)金屬帶鋸床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著現(xiàn)代制造業(yè)不斷地朝著高效、高精度和經(jīng)濟(jì)性的方向發(fā)展，鋸切作為金屬加工的起點(diǎn)，已成為零件加工過程中重要的組成環(huán)節(jié)。金屬帶鋸床主要用于鋸切金屬型材，它包括圓材、型鋼、快料等。金屬帶鋸床具有節(jié)能、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，是大、中、小型企業(yè)理想的金屬材料切斷設(shè)備?，F(xiàn)在介紹一種自主設(shè)計(jì)的半自動(dòng)金屬帶鋸床，設(shè)備在工作過程中鋸頭的上升、下降，鋸切材料的夾緊、松開，全部在PLC控制下

3、通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：半自動(dòng)；金屬帶鋸床；液壓系統(tǒng)The Design of Control System for Semi-automatic Metal Band Sawing MachineAbstract： With the continuous development of modem manufacturing industry to high efficiency ,high accuracy and economical efficiency, as a start point of metal-cutting, saw cutting has become one of

4、the important composition links in the process of parts-processing. The metal band-sawing machine is mainly used to saw and cut the metal material including round material, profiled bar and lump bar etc, the metal band-sawing machine have the virtue of saving energy, high efficiency and sawing mater

5、ial, which is the perfect metal material severing equipment for big, medium and small enterprise.Introduced one kind of independent design semi-automatic metal band sawing machine. The clamping of the feeding blank and the saw cutting are completed by hydraulic pressure system, so is the feed of saw

6、ing frame and the fenging movement of the blank. The PLC is used as the control core because the machine technical fiow is considerable complicated. Key words: Semi-automatic；Metal band-sawing machine；Hydraulic pressure引言切割下料是機(jī)械制造業(yè)中必不可少的工序。半自動(dòng)金屬帶鋸床主要用于鋸切金屬型材，包括圓材、型鋼、塊料等。半自動(dòng)金屬帶鋸床具有節(jié)能、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn),是大、中、小、

7、型企業(yè)理想的金屬材料切斷設(shè)備。隨著現(xiàn)代制造工業(yè)朝著高效率、節(jié)約性和高精度的方向發(fā)展，鋸切作為金切加工的起點(diǎn)，已成為零件加工過程中最重要的組成部分。鋸切可以提高生產(chǎn)效率、減少二次加工量和節(jié)約生產(chǎn)材料，因此鋸床特別是自動(dòng)化鋸床己廣泛應(yīng)用于鋼鐵、機(jī)械、汽車、造船、石油、礦山和航空航天等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。半自動(dòng)金屬帶鋸床主要適用于切割普通碳鋼、銅材、不銹鋼、高速工具鋼、軸承鋼、鋁材、低合金鋼等各種管材和棒材，是專門為高產(chǎn)量連續(xù)切割而設(shè)計(jì)的功能完善、結(jié)構(gòu)新穎的小型鋸切加工設(shè)備，可滿足任何大量生產(chǎn)切斷加工的需要，也是電機(jī)廠、鋼廠、軸承廠、汽車廠、齒輪廠、工具廠及各種機(jī)械制造、加工企業(yè)理想的鋸切設(shè)備。（1）

8、 金屬帶鋸床的研究現(xiàn)狀弓鋸床、圓盤鋸床及帶鋸床是鋸床的三種主要形式，其中金屬帶鋸床正在逐步替代傳統(tǒng)圓盤鋸床和弓鋸床而開始占領(lǐng)主要地位。帶鋸床具有切割速度快、尺寸精度高、材料損失小等特點(diǎn)。隨著近年來我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,帶鋸床逐漸開始普及,日前己有生產(chǎn)廠家通過技術(shù)創(chuàng)新,研制開發(fā)了數(shù)控帶鋸床。目前我國鋸床制造水平有了很大程度的提高, 如國GZ4025、GZ4032鋸床等。到目前為止，我國自己生產(chǎn)的鋸床中，GT4228半自動(dòng)臥式帶鋸床(如圖0-1)已達(dá)到先進(jìn)水平， GT4228特別設(shè)用于大批量材料的鋸切，是一種新型高效、節(jié)能節(jié)材的下料設(shè)備。圖0-1 GT4228半自動(dòng)臥式帶鋸床我國鋸床發(fā)展較其它工

9、業(yè)發(fā)達(dá)國家落后二十至三十年左右，以及目前鋸床在機(jī)床擁有量中的比例較低，因此近期內(nèi)我國鋸床在數(shù)量上仍有一定的增長。伴隨著科技的進(jìn)步，鋸床的加工精度和加工范圍將會(huì)進(jìn)一步提高，加工的效率以及加工范圍會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)是當(dāng)今數(shù)控鋸床的主要發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)可以使鋸切過程與CIMS的其余環(huán)節(jié)相聯(lián)系，提高生產(chǎn)效率，以便于企業(yè)對生產(chǎn)各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)高效統(tǒng)一的管理。隨著金屬鋸切在金切加工中地位的日益提高，金切鋸床越來越受到人們關(guān)注，尤其是近年我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對中、高檔鋸床的需求已明顯增加，鋸床的研究、制造及應(yīng)用必會(huì)迎來一個(gè)全面發(fā)展的時(shí)期。（2）本課題所研究的的主要內(nèi)容 了解半自動(dòng)金屬帶鋸

10、床的發(fā)展現(xiàn)狀； 清楚半自動(dòng)金屬帶鋸床的總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及其工作原理，確定設(shè)計(jì)方案； 進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 分析液壓系統(tǒng)的工作工程，清楚各部分的工作流程，為下一步電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。1 鋸床的結(jié)構(gòu)與工作原理11 鋸床的結(jié)構(gòu)和組成鋸床主要由以下幾部分組成：鋸架：鋸架上裝有主、從動(dòng)鋸輪、金屬帶鋸條裝在主、從動(dòng)鋸輪上，主動(dòng)鋸輪由電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級變速驅(qū)動(dòng)。張緊裝置通過移動(dòng)從動(dòng)鋸輪，實(shí)現(xiàn)金屬帶鋸條的恒力張緊和松開。 液壓系統(tǒng)：包括液壓泵站、液壓控制閥、液壓油缸和電磁換向閥，用來控制鋸架的升降、工作進(jìn)給及工件的夾緊和松開?？刂葡到y(tǒng)：通過PLC編程，實(shí)現(xiàn)鋸床控制動(dòng)作和操作。半自動(dòng)金屬帶鋸床的整體結(jié)構(gòu)如圖1-1

11、所示。圖1-1半自動(dòng)金屬帶鋸床整體結(jié)構(gòu)圖 （1）床身，工作臺(tái)：床身采用焊接箱式結(jié)構(gòu)，主要用于支撐其他部件，內(nèi)腔兼用液壓池和冷卻液池，工作臺(tái)為鑄件，用于承料，安裝夾緊裝置及鋸架。（2）主傳動(dòng)裝置：主傳動(dòng)采用蝸輪傳動(dòng)方式，由電機(jī)，皮帶輪，蝸輪變速箱，鋸輪箱及鋸輪組成。主要用以傳遞扭矩，驅(qū)動(dòng)帶鋸輪回轉(zhuǎn)，以便實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)。通過變化皮帶輪上的皮帶位置，可以變換速度。（3）鋸帶張緊機(jī)構(gòu)：是由從動(dòng)齒輪，滑座，滑塊和絲桿，螺母組成的，通過移動(dòng)從動(dòng)輪使帶鋸條得以張緊，保證帶鋸條和鋸輪輪緣之間形成一定的壓力，產(chǎn)生足夠的摩擦力來帶動(dòng)鋸條作回轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)，張緊力的大小可以通過測力扳手確定。（4）工作夾緊機(jī)構(gòu)：

12、工件夾緊采用液壓和手動(dòng)夾緊混合方式。手動(dòng)夾緊是通過手輪絲杠螺母和齒條齒輪，使鉗鍔移動(dòng)達(dá)到夾緊和松開的目的。液壓夾緊則是通過油缸和手動(dòng)閥進(jìn)行操縱，實(shí)現(xiàn)夾緊和松開。（5）鋸帶導(dǎo)向：由左，右導(dǎo)向臂及導(dǎo)向頭組成，導(dǎo)向頭則由導(dǎo)向滾及導(dǎo)向塊組成，主要用來將帶鋸條扭轉(zhuǎn)一定角度使之與工作臺(tái)面垂直，保證鋸條的正確位置，提高切割精度。（6）冷卻系統(tǒng)：是由冷卻液箱，冷卻泵，管道，閥及噴嘴組成，用來保證對切削區(qū)域供給充足的冷卻液，以提高切削效果和鋸帶使用壽命與切削斷面精度，同時(shí)還用于清除齒上的切屑。（7）承料架：是由滾輪，支架及托料架組成，用以支撐較長的工件，并使與之工件臺(tái)面平行，以保證正常切削。12 鋸床工作原理鋸

13、床結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。鋸床工作依靠鋸架、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)各個(gè)部分動(dòng)作配合，可完成鋸架的升降、快進(jìn)、工進(jìn)以及鋸切材料的夾緊和松開等工作。其中鋸頭的主運(yùn)動(dòng)鋸切直線運(yùn)動(dòng)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，用鋸帶帶動(dòng)從動(dòng)輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，形成鋸切的直線運(yùn)動(dòng)。 帶鋸床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓油缸、油箱以及管路等元輔件組成液壓回路，在電氣控制下完成鋸架的上升、下降以及工件的夾緊和松開過程。進(jìn)給速度的無級調(diào)速可以通過調(diào)速閥來實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到對不同材料工件的鋸切要求。電氣控制系統(tǒng)由電磁鐵、行程開關(guān)、電氣箱、接線盒、控制箱等組成的控制回路，用來控制鋸架的升降、工作進(jìn)給及工件的夾緊和松開等過程，使之按照一定的工作

14、程序來實(shí)現(xiàn)正常切削循環(huán)。圖1-2鋸床結(jié)構(gòu)示意圖（1）鋸床設(shè)備操作程序： 將電源開關(guān)至“開”位，總電源接通，鋸床指示燈亮，油泵工作； 轉(zhuǎn)動(dòng)“夾鉗”旋鈕，可使夾鉗油缸夾緊或松開，搖動(dòng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿可調(diào)節(jié)鉗口的開口量，量好尺寸夾緊工件后就可以進(jìn)行鋸切了； 液壓系統(tǒng)壓力調(diào)整在2MPA； 按“上升”按鈕鋸架上升，當(dāng)鋸架碰到上限行程開關(guān)時(shí)鋸架停止上升。如要使鋸架在上升過程過程中任意位置停止，可點(diǎn)動(dòng)“下降”按鈕； 按“下降”按鈕鋸架快速下降，本機(jī)床的下降按鈕時(shí)點(diǎn)動(dòng)的，操作時(shí)應(yīng)注意金屬帶鋸條與工件之間的距離，防止撞斷鋸條； 按“工作”按鈕主電機(jī)和冷卻液壓泵同時(shí)啟動(dòng)，金屬帶鋸條運(yùn)轉(zhuǎn)，噴射冷卻液，鋸架同時(shí)開始工作進(jìn)

15、給，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速閥可改變鋸架工作進(jìn)給速度，金屬帶鋸床開始進(jìn)行鋸切，鋸架下降到下限位置時(shí)，碰到壓力繼電器，主電機(jī)和冷卻液壓泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鋸架向上返回，直到上限位置時(shí)金屬帶鋸床停止工作完成半自動(dòng)循環(huán)。（2）鋸床操作注意事項(xiàng)： 本機(jī)床電器設(shè)備必須接地良好。主動(dòng)、被動(dòng)輪罩、皮帶防護(hù)罩等在半自動(dòng)金屬帶鋸床工作時(shí)，均應(yīng)完好無損，不準(zhǔn)任意拆除或打開； 左、右大支架與活動(dòng)虎鉗的相對位置應(yīng)注意調(diào)整，防止當(dāng)鋸架下降時(shí)兩者相碰； 工作時(shí)應(yīng)檢查虎鉗是否夾緊工件； 工作中應(yīng)及時(shí)清除堆積的切削，并觀察切削的形狀色澤，以利調(diào)整切削用量，注意機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，如有異常現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)停車并處理故障； 工作完畢后，使鋸架回到最低位，松開鋸帶關(guān)

16、掉電源。2 液壓系統(tǒng)工作過程分析液壓系統(tǒng)主要由升降油缸和夾緊油缸組成，升降油缸主要是實(shí)現(xiàn)鋸架的快速下降、工作進(jìn)給和快速上升動(dòng)作，在無桿腔接入的鋸床專用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)鋸床的進(jìn)給速度的自適應(yīng)調(diào)整。夾緊油缸主要是實(shí)現(xiàn)在鋸切過程中工件的夾緊和松開動(dòng)作。21 液壓系統(tǒng)負(fù)載分析與執(zhí)行元件的相關(guān)參數(shù)211 液壓系統(tǒng)負(fù)載分析 啟動(dòng)后鋸架快速上升至足夠高度，保證被加工件的順利通過。在液壓系統(tǒng)中，液壓缸所承受的負(fù)載總共由六部分組成，即工作負(fù)載、摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、密封負(fù)載、背壓負(fù)載和重力負(fù)載。（1）工作負(fù)載。是指液壓缸所承受的主要負(fù)載，在此處即為鋸架重力。工作負(fù)載和液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反視為正值，方向相同為負(fù)值。（2）導(dǎo)

17、軌摩擦負(fù)載。導(dǎo)軌摩擦負(fù)載指液壓缸驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件時(shí)所受的導(dǎo)軌摩擦力，其值與導(dǎo)軌形式、放置情況及運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)。摩擦負(fù)載可按下列公式計(jì)算：平導(dǎo)軌 （2-1）式中：運(yùn)動(dòng)部件的重力，N 垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，N 摩擦系數(shù)（3）慣性負(fù)載 。慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)加速或制動(dòng)減速的慣性力，加速其為正值，減速時(shí)其為負(fù)值，根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算： （2-2）式中：m運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，kg a運(yùn)動(dòng)部件的加速度，m/s2 速度變化量，m/s 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s（4）重力負(fù)載。垂直或傾斜放置的運(yùn)動(dòng)部件，其自重也是一種負(fù)載。傾斜放置時(shí)，只計(jì)算重力在運(yùn)動(dòng)方向的分力。液壓缸上行時(shí)，重力取正值，反之取負(fù)值。（5）密封負(fù)載。密封負(fù)載

18、指的是密封裝置和運(yùn)動(dòng)部件之間所產(chǎn)生的摩擦力，其大小與油液的工作壓力、液壓缸的制造質(zhì)量以及密封裝置的尺寸和類型有關(guān)。在沒有完成液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，無法得知密封裝置的具體參數(shù)，也無法計(jì)算，所以一般要考慮液壓缸的機(jī)械效率，常取=0.900.97 。（6）背壓負(fù)載。背壓負(fù)載指的是液壓缸回油腔背壓所產(chǎn)生的阻力。在液壓缸結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)方案沒有確定之前，無法計(jì)算，所以在計(jì)算負(fù)載時(shí)暫不考慮背壓負(fù)載。升降液壓缸各主要工作階段的總負(fù)載按下列公式計(jì)算：啟動(dòng)階段 （2-3）快速階段 （2-4）工進(jìn)階段 （2-5）制動(dòng)減速階段 （2-6） 液壓缸在工進(jìn)階段所受的壓力最大，故對工件階段進(jìn)行計(jì)算。 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能如下：

19、切削力Ft=28kN；移動(dòng)部件重力G=8kN，工進(jìn)行程L=200mm；快進(jìn)快退速度為4m/min；工進(jìn)速度v=80mm/min；加速、減速時(shí)間=0.2s；靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1，取=0.96。負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的被壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力水平分力為零，這樣需要考慮的阻力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力。則由式（3-1）可得：NN慣性力由式（3-2）可得：N如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦力的影響，則液壓缸工進(jìn)階段的總負(fù)載N。由上述計(jì)算結(jié)果，可得各工作階段的液壓缸負(fù)載如

20、表2-1。 表2-1 液壓缸各工作階段的負(fù)載F(N)工況負(fù)載組成負(fù)載值工況負(fù)載組成負(fù)載值啟動(dòng)1600工進(jìn)19968加速1072快退800快進(jìn)800按上表數(shù)據(jù)可畫出負(fù)載循環(huán)圖2-1，根據(jù)給定的快進(jìn)、快退速度及工進(jìn)的速度范圍畫出速度循環(huán)圖2-2。圖2-1 液壓缸負(fù)載圖圖2-2 液壓缸速度圖212 執(zhí)行原件的相關(guān)參數(shù) 半自動(dòng)金屬帶鋸床執(zhí)行元件相關(guān)參數(shù)如表2-2所示。表2-2元件相關(guān)參數(shù)液壓泵電機(jī)功率0.75KW轉(zhuǎn)速1450r/min液壓泵的排量63 mL/r容積效率0.93系統(tǒng)流量86 L/min電液換向閥通徑為20 mm額定流量為100 L/min硬管內(nèi)徑取20 mm軟管內(nèi)徑為25 mm25 mm

21、舉升送料缸活塞桿直徑110 mm夾緊缸活塞桿直徑80 mm面積比均約為2022 液壓系統(tǒng)工作原理液壓控制系統(tǒng)如圖2-3所示。 1.油箱 2.過濾器 3.泵組件 4、5、6.單向閥 7.三位四通電磁換向閥 8.二位四通電磁換向閥 9.二位二通電磁換向閥 10.機(jī)動(dòng)換向閥 11.比例流量閥 12、13.壓力繼電器 14.順序閥 15.背壓閥 16.減壓閥圖2-3 液壓控制系統(tǒng)示意圖具體液壓系統(tǒng)的工作原理如下：工人將待加工工件放到工作臺(tái)上，按下啟動(dòng)按鈕，電磁閥YV3得電，夾緊液壓缸活塞右行；將工件夾緊時(shí)壓力繼電器KP2動(dòng)作，YV3失電，YV1得電，鋸架下降至壓下行程閥時(shí)，進(jìn)行工件加工；當(dāng)加工終止，碰

22、到壓力繼電器KP1時(shí)YV1失電，停留2S，YV2和YV5同時(shí)得電，鋸架快速退回到原位碰到限位開關(guān)SQ1，YV2和YV5失電，鋸架停止，YV4得電，夾緊液壓缸活塞左行，工件松開時(shí)壓力繼電器KP1接點(diǎn)復(fù)位。工人將以加工工件取出，完成一個(gè)工作循環(huán)。 23 液壓系統(tǒng)加工過程分析液壓系統(tǒng)工作流程如圖2-4所示。 夾緊工件快進(jìn)工進(jìn)是否完回初始位并停車以便檢查否是快退初始位置啟動(dòng)圖2-4 液壓系統(tǒng)工作流程圖以上各種動(dòng)作由電磁閥控制，電磁閥動(dòng)作要求見表2-3。 表2-3 液壓元件的動(dòng)作狀態(tài)表工步Y(jié)V1YV2YV3YV4YV5行程閥KP1KP2原位定位夾緊快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留/快退/松開3 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3

23、1 PLC簡介PLC是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制設(shè)備,是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器邏輯控制概念有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。PLC作為新一代工業(yè)控制器,可靠性高、通用性、靈活性和抗干擾性強(qiáng),能很方便的實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，使用簡單，編程方便，還可實(shí)現(xiàn)控制的可視化。（1）硬件系統(tǒng)可編程序控制器從廣義上來說也是一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，只不過它比計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)現(xiàn)場相連的接口，具有更直接的適用于控制要求的編程語言。典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖3-1所示。被 控 對 象開關(guān)輸入模塊采樣設(shè)備模擬量輸入塊開關(guān)量輸出快模擬量輸出塊其他模塊執(zhí)行裝 置檢測裝置系 統(tǒng) 總 線主控模塊（CPU，內(nèi)存，用

24、戶內(nèi)存，通信接口等）電源模塊編 程 器計(jì)算機(jī)可接終端或外圍設(shè)備PLC圖3-1 PLC控制系統(tǒng)硬件組成框圖PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC、輸入/輸出(I/O)電路及外圍設(shè)備組成的。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。 主控模塊包括CPU、內(nèi)存、通訊接口等部分； 輸入/輸出模塊：輸入/輸出模塊包括開關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、交流量輸入/輸出模塊、220V交流量輸入/輸出模塊以及智能模塊； 電源模塊：電源模塊是整個(gè)PLC系統(tǒng)的能源供給中心，它將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU內(nèi)存等所需的直流電源； I/O電路：PLC的基本功能就是控制，它采集的被控對象的各種信號(hào)

25、經(jīng)過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置來實(shí)現(xiàn)控制。輸入電路就是對被控對象進(jìn)行監(jiān)測、采集、轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺(tái)上的按鈕和開關(guān)等也可以向PIC發(fā)送控制指令。輸出電路的功能就是接受PIC輸出的控制信號(hào)，對被控對象執(zhí)行控制任務(wù)； PLC外圍設(shè)備：常用的有可編程終端、編程器、條形碼讀入機(jī)和打印機(jī)等等。（2）軟件系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是有編程語言、應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件及編程支持工具軟件幾個(gè)部分構(gòu)成。PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作必不可少的軟件。在PLC系統(tǒng)軟件的應(yīng)用下，PLC對用戶程序進(jìn)行逐步解讀，并加以執(zhí)行，直到用戶運(yùn)用程序結(jié)束，然后在返回到程序的起始位置開始新一輪的程序掃描。PLC的這種工作方式被稱

26、為循環(huán)掃描。由于在PLC運(yùn)用程序中，采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所以只有掃描到“線圈”的觸點(diǎn)時(shí)，觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作，沒有掃描到時(shí)，觸點(diǎn)就不發(fā)生動(dòng)作。PLC掃描一次用戶程序的時(shí)間周期長短不僅與用戶的長短有關(guān)而且也與掃描的速度有關(guān)。PLC內(nèi)部工作示意圖如圖3-2所示。合上電源I/O和內(nèi)部繼電器清零所有計(jì)時(shí)器重定檢查I/O單元連接復(fù)位時(shí)間監(jiān)視器檢查硬件和用戶程序內(nèi)存合電源起始操作檢查合格？采樣輸入信號(hào)刷新I/O資料更新輸出信號(hào)監(jiān)控計(jì)時(shí)器重定T1執(zhí)行用戶程序指令程序結(jié)束？監(jiān)控計(jì)時(shí)器重定T1服務(wù)于外設(shè)命令錯(cuò)誤標(biāo)志位，出錯(cuò)燈亮故障性質(zhì)？公共操作I/O資料執(zhí)行用戶程序執(zhí)行外設(shè)命令否報(bào)警是否圖3-2 PLC內(nèi)部工作

27、示意圖32 半自動(dòng)金屬帶鋸床電氣控制（1）設(shè)計(jì)要求半自動(dòng)金屬帶鋸床鋸架的快進(jìn)、工進(jìn)和快退以及工件的夾緊和松開均由液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓系統(tǒng)采用電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實(shí)現(xiàn)位置控制。半自動(dòng)金屬帶鋸床的工作程序是： 工件定位 人工將工件裝入夾具內(nèi)，實(shí)現(xiàn)工件定位； 工件夾緊 工件定位后，夾緊液壓缸動(dòng)作使工件固定在夾具內(nèi)，同時(shí)定位夾緊液壓缸退出以保證鋸架下降； 鋸架快進(jìn) 鋸架帶動(dòng)動(dòng)力頭一起快速進(jìn)入加工位置； 工作進(jìn)給 動(dòng)力頭切削加工，到達(dá)加工終點(diǎn)位置即停止工作； 鋸架快退 鋸架快速退回到原位； 工件松開 當(dāng)鋸架復(fù)位后夾具松開，取出零件。（2）半自動(dòng)金屬帶鋸床控制要求如下： 半自動(dòng)金屬帶鋸床的鋸切由電

28、動(dòng)機(jī)M1控制，切削時(shí)冷卻泵電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)； 只有在液壓泵電動(dòng)機(jī)M3工作，油壓達(dá)到一定壓力（壓力繼電器檢測后）后，才能進(jìn)行其他的控制； 機(jī)床既能半自動(dòng)工作，又能對各個(gè)動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整； 要求有必要的電氣連鎖與保護(hù)，還有顯示與安全照明。該控制系統(tǒng)有3個(gè)電機(jī)，分別為鋸輪電機(jī)、冷卻電機(jī)和液壓電機(jī)。鋸輪電機(jī)和冷卻電機(jī)由接觸器KA1控制，液壓電機(jī)接入KA2。半自動(dòng)金屬帶鋸床的主接線圖如圖3-3所示。圖3-3 半自動(dòng)金屬帶鋸床的主接線圖半自動(dòng)金屬帶鋸床控制系統(tǒng)的PLC接線圖如圖3-4所示。半自動(dòng)金屬帶鋸床控制系統(tǒng)工作情況如下。液壓泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，液壓泵打出高壓油，液壓元件尚未開始工作，鋸架停留原位，SQ1處

29、于被壓下狀態(tài)，電磁閥YV5得電，液壓泵打出的高壓油經(jīng)電磁閥流回油箱。系統(tǒng)開始工作時(shí)，按開始按鈕SB2，KA1通電自鎖。KA1常開觸點(diǎn)閉合，為鋸架向前進(jìn)給電磁鐵YV1通電做準(zhǔn)備，KA1常閉觸點(diǎn)斷開，切斷電磁閥YV5電路，YV5關(guān)閉。壓力油進(jìn)入油路。按鈕SB2常開觸點(diǎn)閉合，電磁閥YV3通電。壓力油打入定位夾緊液壓缸右腔，實(shí)現(xiàn)工件定位夾緊。工件夾緊后，油路壓力逐漸升高，壓力繼電器KP2動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出信號(hào)使向前進(jìn)給電磁閥YV1通電，壓力油打入進(jìn)給液壓缸左腔，鋸架快速下降。至擋鐵壓下行程閥時(shí)，調(diào)速閥接入油路，進(jìn)油量減少，鋸架轉(zhuǎn)入工作進(jìn)給。此時(shí)，電路工作狀態(tài)不變。加工至終點(diǎn)，死擋鐵停留，鋸架停

30、止下降，壓力繼電器KP1動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，使KA2通電吸合自鎖。KA2常閉觸點(diǎn)斷開，KA1、YV1斷電。KA2常開觸點(diǎn)閉合，YV2通電，進(jìn)給油路工作狀態(tài)改變，壓力油打入液壓缸右腔，鋸架快退。KA2另一對常開觸點(diǎn)閉合，為松開電磁閥YV4通電做準(zhǔn)備。當(dāng)鋸架退回原位時(shí)，壓下SQ1，YV2斷電，進(jìn)給油路切開，滑臺(tái)停留原位。由于SQ1常開觸點(diǎn)閉合，YV4通電，壓力油打入夾緊液壓缸左腔，進(jìn)行松開，液壓系統(tǒng)壓力降低，KP2常開觸點(diǎn)斷開，KA2、YV4斷電。工件松開后壓下SQ2，電磁閥YV5通電，液壓系統(tǒng)卸荷，加工結(jié)束。卸荷電磁閥是液壓泵的保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)液壓系統(tǒng)采用變量泵時(shí)，各液壓部件尚未開回油通道始工作，在

31、液壓泵電動(dòng)機(jī)不停機(jī)的情況下，它使液壓泵打出的高壓油有一條，保護(hù)液壓泵不因過載而損壞。當(dāng)液壓系統(tǒng)投入工作后，則必須使其立即停止卸荷，使壓力油進(jìn)入油路工作。電路中調(diào)速開關(guān)SA1、SA2作為定位夾緊和鋸架進(jìn)給單獨(dú)調(diào)整用開關(guān)。按鈕SB2、SB3、SB4同時(shí)作為夾緊、松開和鋸架快退的調(diào)整用按鈕。各部件單獨(dú)調(diào)整時(shí)，油路和電路工作情況會(huì)比較簡單。33 PLC機(jī)型選擇與I/O分配由上述控制要求可知系統(tǒng)采用半自動(dòng)控制方式，也可以采用手動(dòng)工作方式。根據(jù)控制要求估算有10個(gè)輸入點(diǎn)和7個(gè)輸出點(diǎn)，由于 PLC的選擇范圍較寬，現(xiàn)選用西門子公司的S7 200，CPU224型PLC。CPU224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)

32、，可完成對半自動(dòng)金屬帶鋸床的控制。半自動(dòng)金屬帶鋸床電氣控制系統(tǒng)PLC輸入、輸出地址分配表如表3-1所示。表3-1 半自動(dòng)金屬帶鋸床西門子S7200型PLC控制I/0口分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)編入點(diǎn)信號(hào)名稱代號(hào)編出點(diǎn)信號(hào)啟動(dòng)按鈕SB2I0.0電磁閥 YV1Q0.1停止按鈕SB1 I0.1電磁閥YV2Q0.2 壓力繼電器KP1I0.2電磁閥YV3Q0.3 壓力繼電器KP2I0.3電磁閥YV4Q0.4上限位行程開關(guān)SQ1I0.4電磁閥YV5Q0.5下限位行程開關(guān)SQ2I0.5接觸器KA1Q0.6調(diào)速開關(guān) SA1 I0.6接觸器KA2Q0.7調(diào)速開關(guān) SA2 I0.7松開按鈕 SB3 I1.0上

33、升按鈕 SB4I1.14 半自動(dòng)金屬帶鋸床軟件設(shè)計(jì)41 程序設(shè)計(jì)411 工作流程圖 半自動(dòng)金屬帶鋸床工作流程圖如圖4-1所示。圖4-1 控制系統(tǒng)工作流程圖后缸夾緊前缸松開送料前缸夾緊后缸松開送料缸退回開始后缸夾緊刀架快進(jìn)刀架工進(jìn)刀架上升循環(huán)412 程序功能圖 半自動(dòng)金屬帶鋸床西門子S7200型PLC控制功能圖如圖4-2所示。413 程序梯形圖 半自動(dòng)金屬鋸床西門子S7- 200型PLC控制梯形圖如圖4-3所示。圖4-3 半自動(dòng)金屬鋸床西門子S7- 200型PLC控制梯形圖42 系統(tǒng)調(diào)試421 STEP7-Mirco/WIN主要編程功能與程序的上載下載 下載:如果已經(jīng)成功地在運(yùn)行STEP 7-M

34、icro/WIN32的個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間建立了通訊，就可以將編譯好的程序下載至該P(yáng)LC。如果PLC中已經(jīng)有內(nèi)容將被覆蓋。下載步驟如下：（1）下載之前， PLC必須位于“停止”的工作方式。檢查PLC上的工作方式指示燈，如果PLC沒有在“停止”，單擊工具條中的“停止”按鈕，將PLC至于停止方式。（2）單擊工具條中的“下載”按鈕，或用菜單命令“文件”“下載”。出現(xiàn)“下載”對話框。（3）根據(jù)默認(rèn)值，在初次發(fā)出下載命令時(shí)，“程序代碼塊”、“數(shù)據(jù)塊”和“CPU配置”（系統(tǒng)塊）復(fù)選框都被選中。如果不需要下載某個(gè)塊，可以清除該復(fù)選框。（4）單擊“確定”，開始下載程序。如果下載成功，將出現(xiàn)一個(gè)確認(rèn)框會(huì)顯示以

35、下信息：下載成功。（5）如果STEP 7-Micro/WIN 32中的CPU類型與實(shí)際的PLC不匹配，會(huì)顯示以下警告信息：“為項(xiàng)目所選的PLC類型與遠(yuǎn)程PLC類型不匹配。繼續(xù)下載嗎？”（6）此時(shí)應(yīng)糾正PLC類型選項(xiàng)，選擇“否”，終止下載程序。（7）用菜單命令“PLC” “類型”，調(diào)出“PLC類型”對話框。單擊“讀取PLC”按鈕，由STEP 7-Micro/WIN32自動(dòng)讀取正確的數(shù)值。單擊“確定”，確認(rèn)PLC類型。（8）單擊工具條中的“下載”按鈕，重新開始下載程序，或用菜單命令“文件”“下載”。下載成功后，單擊工具條中的“運(yùn)行”按鈕，或“PLC” “運(yùn)行”，PLC進(jìn)入RUN（運(yùn)行）工作方式。

36、上載:用下面的方法從PLC將項(xiàng)目元件上載到STEP 7-Micro/WIN 32程序編輯器。 （1）單擊“上載”按鈕。 （2）選擇菜單命令“文件”“上載”。 （3）按快捷鍵組合Ctrl+U。執(zhí)行的步驟與下載基本相同，選擇需的上載的塊（程序塊、數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)塊），單擊“上載”按鈕，上載的程序?qū)腜LC復(fù)制到當(dāng)前打開的項(xiàng)目中，隨后即可保存上載的程序。422 程序的調(diào)試與監(jiān)控 在運(yùn)行STEP 7-Micro/WIN 32編程設(shè)備和PLC之間建立通信并向PLC下載程序后，便可運(yùn)行程序，收集狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試程序。選擇工作方式，PLC有運(yùn)行和停止兩種工作方式。在不同的工作方式下，PLC進(jìn)行調(diào)試的操作方法不

37、同。 單擊工具欄中的“運(yùn)行”按鈕或“停止”按鈕可以進(jìn)入相應(yīng)的工作方式。（1） 選擇STOP工作方式，在STOP（停止）工作方式中，可以創(chuàng)建和編輯程序，PLC處于半空閑狀態(tài)：停止用戶程序執(zhí)行；執(zhí)行輸入更新；用戶中斷條件被禁用。PLC操作系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控PLC，將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給STEP 7-Micro/WIN 32，并執(zhí)行所有的“強(qiáng)制”或“取消強(qiáng)制”命令。當(dāng)PLC位于STOP（停止）工作方式可以進(jìn)行下列操作：使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)檢視操作數(shù)的當(dāng)前值。（因?yàn)槌绦蛭磮?zhí)行，這一步驟等同于執(zhí)行“單次讀取”） 可以使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強(qiáng)制數(shù)值。使用圖狀態(tài)寫入數(shù)值。寫入或強(qiáng)制輸出。執(zhí)行有限次掃描，并通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)觀察結(jié)果。（2） 選擇運(yùn)行工作方式：當(dāng)PLC位于RUN（運(yùn)行）工作方式時(shí)，不能使用“首次掃描”或“多次掃描”功能。可以在狀態(tài)圖表中寫入和強(qiáng)制數(shù)值，或使用LAD或FBD程序編輯器強(qiáng)制數(shù)值，方法與在STOP（停止）工作方式中強(qiáng)制數(shù)值相同。還可以執(zhí)行下列操作（不能在STOP工作方式使用）：使用圖狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。如果希望使用單次更新，圖狀態(tài)必須關(guān)閉，才能使用“單次讀取”命令。使用程序狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。使用RUN工作方式中的“程序編輯”編輯程序，并將改動(dòng)下載至PLC。 42