前言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的使用越來越普遍，型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品蘊藏著巨大的市場商機和發(fā)展前景。根據(jù)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的市場需求和技術(shù)發(fā)展方向，設(shè)計出一臺先進的全自動型鋼剪切機，替代原有的加工方法，將會成倍提高生產(chǎn)率，這便是我研究全自動型鋼剪切送料機構(gòu)的意義。

在我國和國外的生產(chǎn)和研究中，自動送料方式有很多種，但是在這些產(chǎn)品中，存在著一些問題。如機械手從橫向(側(cè)面)送料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配、制造、維修困難，價格昂貴，不適合于我國型鋼剪切機送料的要求。另有一套獨立驅(qū)動可移式輸送機，通過隔料機構(gòu)將工件輸送至預(yù)定位置，這樣一套機構(gòu)的配置有局限性，不能應(yīng)用于我國型鋼剪切機要求。

在工業(yè)生產(chǎn)中許多廠房采用鋼結(jié)構(gòu)或輕型鋼結(jié)構(gòu)，而在鋼結(jié)構(gòu)廠房的建造中，廠房的主框架和輔助架等都是由型鋼來架構(gòu)，用量非常大，市場需求非常高。而在型鋼的生產(chǎn)過程中，其生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平還處在一個初級階段，需要較多的人工去完成。為改變這一現(xiàn)狀，根據(jù)型鋼的生產(chǎn)特點，本文采用西門子公司的可編程序控制器設(shè)計一種型鋼成型機的控制系統(tǒng)，并利用觸摸屏作為上位機通過通信串口線纜直接控制PLC和變頻器，對國產(chǎn)型鋼成型機進行自動化改造。

1、型鋼成型機工作原理

目前的鋼材市場上，C型鋼成型機是一套軋輥可生產(chǎn)多種規(guī)格C型成品的單卷成型機組。該機主要由被動裝料架、整平裝置、沖孔裝置、成型后切斷裝置、液壓站、電腦控制系統(tǒng)等組成。本機采用自動飛鋸沖孔，操作簡便等特點。壓瓦機C型鋼成型機輥軋的C型鋼成品具有良好的拉彎壓性能平直度好，全自動定長切割，自動沖孔，自動化程度高，安裝快捷方便，產(chǎn)品可作為大中型工業(yè)民用建筑的主體受力結(jié)構(gòu)，如廠房、倉庫、機車庫、飛機庫、展覽館、影劇院、體育場館、集市花棚的屋面承重荷載和墻平支撐。

C型鋼械其應(yīng)用的工作原理主要是把鋼放在C型鋼上，與減速器帶動的滾輪接觸后，將壓緊手柄進給鎖緊，啟動電機油泵組，由電動油泵輸出的高壓油經(jīng)溢流閥，在此過程中可調(diào)整所需壓力，進入聚成塊到電液閥，有電液閥和點動開關(guān)控制油缸工作，工作油缸推進，將工字鋼與三個支撐滾輪壓緊并未發(fā)生彎曲變形時開始計算，油缸再推進的長度進程為每次10mm-15mm，開主電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，由主電機帶動工字鋼工作，反復(fù)操作，達到所需為止。圖1為型鋼成型機工作示意圖。

圖1型鋼成型機工作示意圖

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)采用觸摸屏與PLC相配合，使對設(shè)備的大量操作控制、運行信息通過對觸摸屏編程予以實現(xiàn)，PLC與觸摸屏之間通過串行接口通信且連線簡潔?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1硬件選擇

由于PLC用軟件替代了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計和調(diào)試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很??；而且PLC具有很強的自診斷功能，可根據(jù)PLC上指示的故障信息，迅速查明原因，維修方便。

PLC控制系統(tǒng)是有信號輸入元件（如：按鈕、開關(guān)、傳感器等）、輸出執(zhí)行元件（如：電磁閥、接觸器、信號燈等）和PLC構(gòu)成。輸入元件接在PLC的輸入端，向PLC輸入指令信號和被控對象的狀態(tài)信號。輸出執(zhí)行元件接著PLC的輸出端，控制被控對象工作。

本控制系統(tǒng)考慮到系統(tǒng)的可擴展性和維修的方便性選擇模塊式PLC。選用西門子s7-200PLC作為控制單元。

2.2I/O分配及外部接線

西門子S7-200作為整個控制系統(tǒng)的核心部分，它包括7點輸入、4點輸出，通過這些I/O對變頻器、沖孔機和剪斷機等進行控制，PLC通過端子對變頻器進行控制。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求和I/O分配表繪制了PLC外部接線圖，如圖3所示。

圖3PLC外部接線圖

3、軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的工作方式分為兩種：自動模式（AUTO）和手動模式（MANUAL）。兩種模式的選擇可以通過操作觸摸屏上的按鈕來完成，手動模式主要用于自動模式開始前的調(diào)試工作。PLC完成設(shè)備的狀態(tài)輸入采樣和輸出控制功能，主要工作過程集中在系統(tǒng)自動運行。

1）軋輥電動機起動，光電檢測器采集到帶鋼成型信息，啟動PLC的高速計數(shù)器。

2)PLC采集高速計數(shù)器發(fā)送的脈沖數(shù)，當(dāng)達到PLC內(nèi)部存儲器預(yù)先設(shè)定的固定脈沖值時，根據(jù)程序流程依次完成動作，完成一次生產(chǎn)。

3）當(dāng)設(shè)定的生產(chǎn)數(shù)目沒有完成時，PLC程序進行下一次循環(huán)，重復(fù)上一次的型鋼生產(chǎn)流程。

本設(shè)計采用的觸摸屏作為上位機，使用MCGS嵌入式組態(tài)軟件編輯，通過PLC提供的多種控制器件庫、圖形控件、功能控件，組態(tài)出各種動態(tài)功能和控制功能，并實現(xiàn)故障的可視化。

上位機組態(tài)通過RS232串口與PLC之間進行通信，采用Step7-Micro/Win在主機編制好系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集功能程序后，下載至PLC中。MCGS開發(fā)的人機界面驅(qū)動PLC程序運行，監(jiān)測并控制型鋼成型機系統(tǒng)運行狀況。

4、結(jié)論

本設(shè)對當(dāng)前國內(nèi)型鋼成型機生產(chǎn)技術(shù)進行改進，研究了基于PLC控制的型鋼成型機控制系統(tǒng)，控制精度達到設(shè)計要求范圍。該控制系統(tǒng)大大提高了型鋼成型機的自動化程度，改善了沖孔和剪切的精度，提高了生產(chǎn)效率，取得了很好的應(yīng)用效果。并且本系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、運行可靠和便于維修的特點。

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