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1、S7-200_PLC板材切割控制系统设计目 录摘要IABSTRACTII1概述11.1 板材切割系统简介11.2 板材切割系统的功能要求22系统总体设计32.1 板材切割系统的结构32.2 板材切割系统的工作原理43硬件系统配置53.1PLC选型53.2 PLC的I/O资源配置63.3 其他资源配置74软件系统设计84.1 总体流程设计94.2 各模块语句表设计115系统设计中的问题与解决方法165.1 硬件方面的问题165.2 软件方面的问题16主要参考文献18致19附录20 / 摘 要本文介绍了利用可编程控制器PLC、步进电机和火焰切割枪组成了板材切割控制系统，给出了PLC和板材切割的主要
2、控制技术环节。中心控制器通过与各种接触器、电磁阀的连接，实现板材切割控制系统的自动启停，调节不同长度板材的切割功能等，进而实现自动系统的安全可靠控制。同时充分利用已有资源和各种接触器、电磁阀组成了比较完整的板材切割控制系统，与原来的继电器接触器控制线路相比，降低了故障检修的难度,提高了可靠性。用户理解容易，使用方便,不需要适应期。本文还介绍了系统的软件设计和调试，并给出了系统的语句表程序。关键词：PLC；板材切割；步进电机ABSTRACTThe stepper motor, flame cutting gun and the structure of its control system ar
3、e presented in this paper. It pays more attention to the method using PLC to control machine, carry out a system of automatic underway stop, adjust soon and safe the function etc. Meantime it use fully resources that it have owned and kinds of switches to constitute a good cut system, compare to the
4、 old cut system, it reduce the problem of mending, and upgrade the property of safe. User can understand easily, use conveniently, and there is no need to adapt. This text still introduces these software design of the system and adjusts to try, and give a form of language procedure of the system.Key
5、 words: PLC; The Materials Cutting; The Stepper Motor1概述在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割与数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割的效率、切割质量，减轻操作者的劳动强度。 从各种数控
6、切割机应用情况来看，国生产的数控切割机的技术水平、整机性能等整体水平都取得了可喜的进步，逐步赶上国际先进水平，满足用户的需要，进一步提高了市场竞争力。从发展趋势来看，数控切割机市场上数控火焰切割机将保持其基本市场，专用型材数控切割设备、接触式和非接触式非金属专用数控切割设备也将会有较大的发展空间，整个数控切割机市场将不断扩大。目前，我国机械工业钢材使用量已达到3亿吨以上，钢材的切割量非常大,而随着现代机械加工业地发展，对切割的质量、精度要求的不断提高，对提高生产效率、降低生产成本、具有高智能化的自动切割功能的要求也在提升。提高数控切割机的生产效率和切割质量，降低生产使用成本，提高整机自动化水平
7、和系统稳定性，完善系统功能成为其技术发展的方向。1.1板材切割系统简介板材切割系统主要是对各种材料进行加工的生产系统，目前很多生产单位依然采用手动操作，不仅步骤繁多，而且需要熟练的技巧和丰富的经验，同时在实际的工业生产环境中，由于在切割时出现的大量粉尘（尤其石板切割）、噪音、温度较高（金属板切割）等因素，使得工厂现场环境十分恶劣，同时各种不同的材料在大小、前进速度与进给长度都是根据切割过程中的情况而发生变化的，容易造成产品质量不稳定，随着科学技术的进步，自动化的控制系统已经逐步出现，并且已得到了广泛的应用，用机器人代替人进行自动化的操作已经成为现实，并且速度快、质量高，也能改善工人的劳动条件。
8、根据切割材料的不同，板材切割系统主要分为两个方面，一是金属切割方面，另一个是石板切割方面。对于金属板材的切割，大多采用火焰切割方法，即通过高温将金属熔化，然后利用气流将金属板材隔断。在控制系统中，在适当时点燃可燃气体对板材进行切割，实现对金属板材的加工要求，金属板材切割示意图如图1-1所示。工件压紧切割枪到位切割枪预热切割开始开始工件松开切割结束工件移动图1-1金属板材切割示意图对于石板的切割，大多采用刀盘切割的方式，即利用刀盘的高速旋转，对石板进行切割。在此控制系统中，由于板材的厚度一般比较厚，因此需要多次切割才能完成一次加工过程，当刀盘没有达到切割系统所设置的下限时，需要往返切割以实现切割
9、功能，石板切割系统工作示意图如图1-2所示。开始工件压紧刀盘启动刀盘到位切割开始工件移动工件松开下降一个切削量到达另外一边，下降一个切削量，进行反向切割是否已到下限是否图1-2石板切割系统工作示意图1.2板材切割系统的功能要求在对板材进行切割时，由于受力不均匀，导致切割机的转速发生变化从而影响切割的精度，最后影响板材的质量，因此采用自动控制作为其主要的控制方式。早期的控制方式为液压控制系统，该系统结构复杂、制造要求高，使用此类设备需要增设油泵站，增加占地面积和噪声，但是由于中国在液压方面的元件制造工艺与其质量方面的原因，对于某些控制要求无法达到，因此需要进口国外设备，使得该设备维护方面有部分困
10、难。基于计算机的控制系统，硬件结构方面总线标准化程度高，软件资源丰富，可支持实时操作，具有速度快、实时性强、可进行复杂处理的优点，但对环境有一定要求，要在干扰小，具有一定温度和湿度的环境下使用。在复杂的生产环境下，粉尘和电磁干扰的作用会影响计算机的控制性能。 可编程控制器的控制系统，适用于工业现场环境恶劣，干扰较多的场合，同时编程易学简单，利于推广，最重要的是其安装、设计简单，如果需要改变控制逻辑或增加控制功能时，只需改变程序即可，对硬件连线改动较少，便于进行技术改造。采用PLC作为控制器具有运行速度快、调试周期短、维护简单和较高的可靠性。 该控制系统使用PLC作为核心控制器，其可靠性高、抗干
11、扰能力强的优点可保证控制系统的可靠运行。 切割系统的功能主要是完成板材的切割和移动。其主要涉与两方面的功能：一是检测输入信号；二是控制输出信号。板材切割控制系统主要完成对操作按钮输入的检测、大车输送到位的检测、切割枪位置的检测、大车步进到位的检测等。控制输出的控制方式主要有：传送带步进电动机的控制、切割枪左右运动电动机的控制、切割枪电磁阀的控制、切割枪气体阀门的控制、压紧装置的控制。2系统总体设计切割机控制系统的设计主要包括两个方面：一个是机械结构设计，另一个是PLC电气控制设计。机械结构是实现控制功能的基础；PLC电气控制系统是实现控制功能的核心部分，两方面的设计过程相互独立，但在设计之前需
12、要整体考虑，先分析和研究控制系统的整体功能，对整体结构深入了解之后，设计出整体框架，明确两个部分的具体功能和接口。2.1板材切割系统的结构随着企业对各类板材的质量要求不断提高，板材加工的要求也越来越高，因此采用传统继电器控制线路的切割系统已经无法满足产品质量要求，利用PLC对板材切割系统进行改造后，可提高系统的抗干扰能力和板材切割的精度。该切割系统的机械结构比较简单，主要包括牵引机、切割机、液压系统和电气控制系统等与其附属结构设备。2.1.1牵引机也就是大车，上面带有可以用步进电机驱动的传送带，通过电动机的驱动带动工件进行移动，完成工件的输送功能。2.1.2切割机其为核心设备，包括压紧机构、切
13、割枪和进给系统等设备。压紧机构由一对V型铁在气缸的带动下，通过杠杆机构进行压紧，通过PLC的指令控制气缸的上升和下降，最后实现压紧和松开的操作。切割枪包括三个气体阀门，按照不同的开启顺序，通过PLC的控制可实现切割枪的打开关闭。2.1.3液压系统由泵站和相应的液压控制系统1构成，相应的油缸通过对应的泵站进行控制，将原动机的机械能转换成液体的压力能，完成压紧松开功能。2.1.4电气控制系统通过对板材切割系统的功能要求进行分析，可以看到该切割系统的电气控制2相对比较复杂，需要检测较多的输入信号，控制较多的输出量，而且还要保证切割系统按步运行，因此就要设置每个设备启动和停止标志，在编程时需要有清晰的
14、逻辑控制时序。2.2板材切割系统的工作原理该系统的工作过程包括以下几个方面。（1）首先大车携带工件前进，使工件达到切割枪所在的位置下方，可通过切割枪下方的限位开关进行检测。（2）大车到位后，启动压紧装置，经过延时后，压紧结束。（3）延时结束后，切割枪下降到位。（4）下降到位后，依次启动乙炔、切割氧、高压氧阀门，点燃火焰。（5）待预热一段时间后，启动切割枪左右移动电动机，开始切割过程。（6）切割结束后，切割枪复位。（7）松开压紧机构，传送带在步进电动机的驱动下移动固定的长度。（8）再次启用切割枪，切割过程循环进行。板材切割系统原理图如图图2-1所示。带有传送带的小车压块切割枪运料车板材图2-1板
15、材切割系统原理图板材切割系统工作主要过程示意图如图2-2所示。大车移动到位压紧装置压紧工件延时后切割枪下降切割枪依次打开各阀门开始切割切割结束切割枪到位压紧装置松开工件传送带步进设定的距离图2-2板材切割系统工作主要过程示意图3硬件系统配置如何设计板材切割系统的控制系统和所需的各硬件设备。如图3-1所示的是板材切割系统的硬件连接示意图。此控制系统的核心处理器是PLC，主要输入和输出量多为数字量。PLC操作面板限位开关人机界面驱动电磁阀驱动电动机图3-1板材切割系统的硬件连接示意图3.1 PLC选型根据控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7-200系列PLC作为板材切割控制系统的主机。此控制系统的控制过程比较简单，算法也不复杂，因此选用的CPU总共有19个数字量输入和11个数字量输出，共需30个数字量I/O点数，以与程序容量和控制的要求，选择CPU226
