半自動金屬帶鋸床控制系統(tǒng)設(shè)計

1、半自動金屬帶鋸床控制系統(tǒng)設(shè)計半自動金屬帶鋸床控制系統(tǒng)設(shè)計圖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)實際應(yīng)用的需要而定，可大可小。 = 1 * GB3 主控模塊包括CPU、內(nèi)存、通訊接口等部分； = 2 * GB3 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； = 3 * GB3 電源模塊：電源模塊是整個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； = 4 * GB

2、3 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經(jīng)過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置來實現(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，對被控對象執(zhí)行控制任務(wù)； = 5 * GB3 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

3、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，觸點(diǎn)才會動作，沒有掃描到時，觸點(diǎn)就不發(fā)生動作。PLC掃描一次用戶程序的時間周期長短不僅及用戶的長短有關(guān)而且也及掃描的速度有關(guān)。PLC內(nèi)部工作示意圖如圖3-2所示。合上電源合上電源I/O和內(nèi)部繼電器清零所有計時器重定檢查I/O單元連接復(fù)位時間監(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？采樣輸入信號刷新I/O資料更新輸出信號監(jiān)控計時器重定T1執(zhí)行用戶程序指令程序結(jié)束？監(jiān)控計時器重定T1服務(wù)于外設(shè)命令錯誤標(biāo)志位

4、，出錯燈亮故障性質(zhì)？公共操作I/O資料執(zhí)行用戶程序執(zhí)行外設(shè)命令否報警是否圖3-2 PLC內(nèi)部工作示意圖32 半自動金屬帶鋸床電氣控制（1）設(shè)計要求半自動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，液壓系統(tǒng)采用電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。半自動金屬帶鋸床的工作程序是： = 1 * GB3 工件定位 人工將工件裝入夾具內(nèi)，實現(xiàn)工件定位； = 2 * GB3 工件夾緊 工件定位后，夾緊液壓缸動作使工件固定在夾具內(nèi)，同時定位夾緊液壓缸退出以保證鋸架下降； = 3 * GB3 鋸架快進(jìn) 鋸架帶動動力頭一起快速進(jìn)入加工位置； = 4 * GB3 工作進(jìn)給 動力頭切

5、削加工，到達(dá)加工終點(diǎn)位置即停止工作； = 5 * GB3 鋸架快退 鋸架快速退回到原位； = 6 * GB3 工件松開 當(dāng)鋸架復(fù)位后夾具松開，取出零件。（2）半自動金屬帶鋸床控制要求如下： = 1 * GB3 半自動金屬帶鋸床的鋸切由電動機(jī)M1控制，切削時冷卻泵電動機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)； = 2 * GB3 只有在液壓泵電動機(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； = 3 * GB3 機(jī)床既能半自動工作，又能對各個動作單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整； = 4 * GB3 要求有必要的電氣連鎖及保護(hù)，還有顯示及安全照明。該控制系統(tǒng)有3個電機(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

6、電機(jī)由接觸器KA1控制，液壓電機(jī)接入KA2。半自動金屬帶鋸床的主接線圖如圖3-3所示。圖3-3 半自動金屬帶鋸床的主接線圖半自動金屬帶鋸床控制系統(tǒng)的PLC接線圖如圖3-4所示。半自動金屬帶鋸床控制系統(tǒng)工作情況如下。液壓泵電動機(jī)啟動后，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，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

7、緊液壓缸右腔，實現(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動作，其常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出信號使向前進(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，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，電路工作狀態(tài)不變。加工至終點(diǎn)，死擋鐵停留，鋸架停止下降，壓力繼電器KP1動作，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，壓下SQ1，YV2斷電，進(jìn)給油路切開，

8、滑臺停留原位。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，各液壓部件尚未開回油通道始工作，在液壓泵電動機(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，

9、油路和電路工作情況會比較簡單。33 PLC機(jī)型選擇及I/O分配由上述控制要求可知系統(tǒng)采用半自動控制方式，也可以采用手動工作方式。根據(jù)控制要求估算有10個輸入點(diǎn)和7個輸出點(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個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)，可完成對半自動金屬帶鋸床的控制。半自動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 半自動金屬帶鋸床西門子S7200型PLC控制I/0口分配表輸入信號輸出信號名稱代號編入點(diǎn)信號名稱代號編出點(diǎn)信號啟動按鈕SB2I0.0電磁閥 YV1Q0.1停止按鈕SB1 I0.1電磁閥YV2

10、Q0.2 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上升按鈕 SB4I1.14 半自動金屬帶鋸床軟件設(shè)計41 程序設(shè)計411 工作流程圖 半自動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

11、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)413 程序梯形圖 半自動金屬鋸床西門子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主要編程功能及程序的上載下載 下載:如果已經(jīng)成功地在運(yùn)行STEP 7-Micro/WIN32的個人計算機(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PL

12、C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，“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)一個確認(rèn)框會顯示以下信息：下載成功。（5）如果STEP 7-Micro/WIN 32中的CPU類型及實際的PLC不匹配，會顯示以下警告信息：“為項目所選的PLC類型及遠(yuǎn)程PLC類型不匹配。繼續(xù)下載嗎？”（6）此時應(yīng)糾正PLC類型選項，選擇“否”，終止下載程序。（7）用菜單命令“PLC” “類型”，

13、調(diào)出“PLC類型”對話框。單擊“讀取PLC”按鈕，由STEP 7-Micro/WIN32自動讀取正確的數(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。 上載:用下面的方法從PLC將項目元件上載到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)行的步驟及下載基本相同，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

14、載的程序?qū)腜LC復(fù)制到當(dāng)前打開的項目中，隨后即可保存上載的程序。422 程序的調(diào)試及監(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

15、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。（因為程序未執(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，不能使用“首次掃描”或“多次掃描”功能?？梢栽跔顟B(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，方法及在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

16、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，并將改動下載至PLC。 423 PLC系統(tǒng)調(diào)試 常規(guī)檢查：在通電之前首要耐心細(xì)致地作一系列的常規(guī)檢查(包括接線檢查、接地電阻檢查、保險檢查以及絕緣檢查等)，來避免損壞PLC模塊(所有模塊用STEP7的診斷程序來進(jìn)行檢查)。系統(tǒng)調(diào)試：系統(tǒng)調(diào)試包括在線調(diào)試和離線調(diào)試兩個階段。其中在線調(diào)試是一個綜合調(diào)試過程，包括程序本身、外圍設(shè)備、外圍線路以及所控設(shè)備等的調(diào)試。而離線調(diào)試主要是對程序的編制工作進(jìn)行檢查和調(diào)試，

17、采用STEP7可以對用戶編制程序進(jìn)行自動診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關(guān)系判斷編制程序的正誤。另外在線調(diào)試過程中，系統(tǒng)可以在監(jiān)控狀態(tài)下運(yùn)行，以便隨時發(fā)現(xiàn)問題、隨時解決問題，從而使系統(tǒng)更加完善。因此，一般系統(tǒng)存在的問題基本上可在此調(diào)試過程中得到解決?？偨Y(jié)本文就帶鋸床進(jìn)行研究，其中以液壓進(jìn)給系統(tǒng)為主要研究對象。文章首先介紹了帶鋸床在社會發(fā)展中的地位，帶鋸床的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和將來的發(fā)展趨勢，提出了目前所用帶鋸床存在的主要問題。其次文章就帶鋸床的組成結(jié)構(gòu)和工作原理及其有關(guān)參數(shù)的選用做了詳細(xì)介紹，根據(jù)任務(wù)完成了半自動金屬帶鋸床控制系統(tǒng)的設(shè)計，鋸頭的上升、下降，鋸切材料的夾緊、松開，送進(jìn)全部通過液壓系統(tǒng)實

18、現(xiàn)，以電磁換向閥來保證切換平穩(wěn)和轉(zhuǎn)換精度，完成了各液壓系統(tǒng)的設(shè)計工作。設(shè)計了半自動金屬帶鋸床的液壓系統(tǒng)流程圖，分析了半自動金屬帶鋸床的主控制電路以及工作流程。最后對半自動金屬帶鋸床進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，包括程序的上載和下載、程序的調(diào)試及監(jiān)控以及PLC系統(tǒng)調(diào)試，完成了半自動金屬帶鋸床控制系統(tǒng)的設(shè)計工作。參考文獻(xiàn)：1 許飛.淺談金屬帶鋸床的采購及使用J.機(jī)床數(shù)控床市場，2004（06）：38-40.2 吳新紅.我是帶鋸床雙金屬鋸條的選用.工藝裝備J，2008（10）：44-45.3 郭北濤. 國內(nèi)外金屬帶鋸床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 制造技術(shù)及機(jī)床，2004（2）：32-33.4 徐灝機(jī)械設(shè)計手冊（第5卷）M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：871-10135 盧光賢. GB40系列臥式帶鋸床使用說明書J.機(jī)床數(shù)控床市場，2004（06）：38-40.6 雷天覺 新編液壓工程手冊M. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2007：67-72.7 丁樹模液壓傳動M.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008: 81-848 曲爾光,弓鏘.機(jī)床電氣控制及PLCM.2版.北京：