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基于PLC的JHE21-160型高性能壓力機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王成瓊, 向六昭

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川內(nèi)江，641100)

摘要：為了提高壓力機(jī)工作的可靠性、安全性、快速性，采用西門子S7-300PLC和西門子觸摸屏組成的閉環(huán)控制方案，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主電路、控制電路，編制了系統(tǒng)的梯形圖，設(shè)計(jì)了觸摸屏操作畫面。系統(tǒng)運(yùn)行情況表明，該控制系統(tǒng)方案合理可行，穩(wěn)定性好，可靠性高，壓力機(jī)生產(chǎn)效率高，為壓力機(jī)的自動(dòng)控制提供了新的方法。

關(guān)鍵詞：高性能壓力機(jī)；PLC；觸摸屏；組態(tài)設(shè)計(jì)

隨著中國沖壓加工技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，對(duì)壓力機(jī)的控制要求也越來越高，特別是在自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線上要求壓力機(jī)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，從而對(duì)壓力機(jī)電氣控制系統(tǒng)提出了更高的要求。目前壓力機(jī)已廣泛采用了PLC控制，但是系統(tǒng)的操作、參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警仍然采用分離元件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)可靠性低、加工速度慢、故障率高。

筆者采用PLC和觸摸屏對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的操作按鈕、參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警等由觸摸屏組態(tài)完成，提高了系統(tǒng)的可靠性、沖壓加工的快速性，提高了產(chǎn)品的加工精度。

1　機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝要求

壓力機(jī)系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)三大部分組成。機(jī)械部分主要由機(jī)身、滑塊（主柱塞）等部分組成；電氣系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、控制、執(zhí)行等部分。高性能壓力機(jī)設(shè)有調(diào)整、寸動(dòng)、單次、連續(xù)（自動(dòng)）共四種不同的工作狀態(tài)，具有自動(dòng)潤滑、自動(dòng)沖裁、工件頂出與吹出、工件計(jì)數(shù)等功能，操作安全可靠。其工作壓力、打擊行程及速度可根據(jù)工藝需要，在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)工作過程如圖1所示。

本系統(tǒng)控制對(duì)象主要有主軸電動(dòng)機(jī)、封高調(diào)整電動(dòng)機(jī)、潤滑電動(dòng)機(jī)、吹氣閥、離合器閥等，要求通過旋轉(zhuǎn)編碼器、光電開關(guān)、氣壓檢測(cè)開關(guān)、潤滑檢測(cè)開關(guān)等檢測(cè)反饋信息保證系統(tǒng)的可靠性、安全性和加工精度。

2　控制方法與結(jié)構(gòu)

筆者提出的高性能壓力機(jī)控制方法是采用西門子S7-300PLC為控制核心和以西門子MP377為主要操作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)三部分的控制，主傳動(dòng)控制（離合器閥的控制）、封高調(diào)整控制、吹氣控制。離合器閥的控制通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)的主軸旋轉(zhuǎn)角度，輸入到電子凸輪控制器， 電子凸輪控制器輸出信號(hào)、系統(tǒng)潤滑檢測(cè)開關(guān)、光電檢測(cè)開關(guān)等信號(hào)作為PLC的輸入信號(hào)，經(jīng)PLC控制后來實(shí)現(xiàn)離合器閥的通斷，從而控制主柱塞的運(yùn)動(dòng)。封高調(diào)整時(shí)通過直線位移傳感器檢測(cè)封高和觸摸屏設(shè)置的封高值比較，形成閉環(huán)控制。封高控制越精準(zhǔn)，加工精度越高。PLC與觸摸屏之間采用以太網(wǎng)通信，傳感器采集的數(shù)據(jù)會(huì)通過PLC傳送到觸摸屏，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)與輸入的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行比較，使系統(tǒng)的可靠性、安全性、精確度得到提高?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1　系統(tǒng)工作過程圖

圖2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，將系統(tǒng)的數(shù)字輸入量和輸出量進(jìn)行PLC地址分配（見表1）。主柱塞上死點(diǎn)的位置和下死點(diǎn)的位置控制是確保加工精度的保證。通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)主軸的旋轉(zhuǎn)角度，輸入到電子凸輪，在電子凸輪上輸入相應(yīng)的參數(shù)，電子凸輪的數(shù)字量輸出信號(hào)輸入到PLC，PLC即可控制主柱塞的運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)利用以太網(wǎng)通信方式，將傳感器采集的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)故障、加工產(chǎn)品的信息等通過觸摸屏顯示，從而全面掌握系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)情況。

3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3　

系統(tǒng)軟件流程如圖3所示：

（1）PLC程序設(shè)計(jì)

當(dāng)模式選擇開關(guān)置于連續(xù)時(shí)，按下雙手按鈕系統(tǒng)將按設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)加工，當(dāng)模式選擇開關(guān)置于單次時(shí)，按下雙手按鈕或腳踏開關(guān)，主柱塞完成一次加工后自動(dòng)停在上死點(diǎn)。當(dāng)模式選擇開關(guān)置于寸動(dòng)時(shí)，按下雙手按鈕主柱塞運(yùn)行，松開雙手按鈕，主柱塞立即停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)模式選擇開關(guān)置于調(diào)整時(shí)，可進(jìn)行封閉高度調(diào)整。

（2）組態(tài)界面設(shè)計(jì)

應(yīng)用wincc flexible 組態(tài)軟件在觸摸屏上完成系統(tǒng)操作、壓力計(jì)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障報(bào)警等。組態(tài)包括畫面設(shè)計(jì)、通信參數(shù)設(shè)置。畫面設(shè)計(jì)主要考慮系統(tǒng)要求、界面風(fēng)格、高性能壓力機(jī)功能及操作規(guī)范分類設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的控制界面如圖4、5、6所示。

圖4　機(jī)床工作畫面

圖5　機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)

4　系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，將組態(tài)程序下載到觸摸屏，按照規(guī)范進(jìn)行調(diào)試，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，符合設(shè)計(jì)要求。

5　結(jié)束語

設(shè)計(jì)有PLC和觸摸屏完成高性能壓力機(jī)的控制代替原有的PLC加分離原件控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異步電機(jī)、離合器、電磁閥等的控制，不僅提高了壓力機(jī)的加工效率和加工精度，還增加了系統(tǒng)的報(bào)警功能，實(shí)時(shí)累加加工產(chǎn)品的數(shù)量等功能。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)的PLC控制系統(tǒng)方案合理，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，加工的產(chǎn)品能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1　PLC　輸入輸出點(diǎn)分配

圖6　系統(tǒng)故障查看畫面

參考文獻(xiàn)

[1] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第2版）.北京:北京航空航天出版社.

[2] 方承遠(yuǎn)，張振國.工廠電氣控制技術(shù)（第3版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社

[3] 鄧明國內(nèi)外精密沖裁技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展《CMET 鍛壓裝備與制造技術(shù)》2004年01期.

[4] 廖常初. 西門子人機(jī)界面（觸摸屏）組態(tài)與應(yīng)用技術(shù) 第2 版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2008.

[5] 西門子公司. S7-300PLC硬件和安裝手冊(cè) 第1版. 2004.

[6] 西門子公司. S7-300PLC編程手冊(cè) 第1版. 2004.

[7] 西門子公司. STEP7 V5.5軟件安裝及新功能介紹. 2006.

[8] 西門子公司. STEP7 V5.5編程使用手冊(cè). 2006

王成瓊.內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院.碩士.講師，研究方向 機(jī)床電氣控制

向六昭.內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院.碩士.教授，研究方向 機(jī)床電氣控制

Based on PLC control JH21E-160 high performance press electrical control system design

Wang Chengqiong,Xiang Liuzhao

(Neijaing Vocational&Technical College,Neijiang,641100)

Abstract：In order to improve the reliability,security,and speed of the press,with Siem ens S7-300PLC Siemens touch screensand closed-loop control scheme,designed a system for the main circuit and control circuit,compiling ladder diagram of the system,rouch-screen poeration menu was designed.System status indicates that the comtrol system is reas onable and feasible,good stability,high reliability,presses,high production efficiency,provides a new method of automatic control of the press.

Keywords：high performance press machine；PLC；Touch screen；configuration；Ladder diagra

作者簡介

項(xiàng)目基金：2012年內(nèi)江市人才開發(fā)項(xiàng)目（編號(hào)：2）

中圖分類號(hào)：TP273