基于西门子plc的自动冲床控制系统的设计.doc
《基于西门子plc的自动冲床控制系统的设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于西门子plc的自动冲床控制系统的设计.doc(54页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、摘 要本篇文章内容是基于西门子PLC的自动冲床控制系统的设计,针对冲床薄片自动控制系统在工艺系统中的应用,从工艺要求、控制方案拟定控制系统硬件设计和控制系统的软件设计进行了研究。首选通过对冲床系统的分析,确定了总体的设计方案;再根据冲床的特点和所需的功能,确定了系统的硬件构成采用了西门子S7-200可编程控制器作为冲床系统的核心控制器,使系统达到体积小、控制灵活、故障检测容易,并且提高了生产效率;采用西门子V80伺服驱动器作为执行元件,其位置控制精度远远地高于人工送料,使其整个系统的安全性大幅度提高;采用了西门子的人机界面,使系统更加人性化、便捷化。关键词:自动冲床 PLC 自动送料 冲压IA
2、bstractThis article is based on Siemens PLC punching machine automatic control system design, according to punch sheet automatic control system in the process of application, from the technical requirements, control programming control system hardware design and software design of control system of.
3、The preferred to punch through system analysis, determine the overall design plan; then according to punch characteristics and the desired function, the system hardware composition - adopts Siemens S7-200programmable controller as the core controller punch system, make the system achieves small volu
4、me, flexible control, fault detection, and improves the production efficiency; adopts Siemens V80 servo drive as the executive element, the position control precision is much higher than that of artificial feeding, the security of the whole system is greatly improved; the Siemens man-machine interfa
5、ce, making the system more user-friendly, convenient.Keywords: automatic punching machine; PLC; automatic feeding; stampingII南京工程学院毕业设计说明书(论文)目录第一章 绪论11.1 引言11.1.1 冲压在机械制造中的地位及特点11.1.2 现代冲压加工发展趋势21.2 可编程控制器在冲床系统中的应用概述21.3 我国冲床行业市场发展趋势31.4 我国冲床与国际水平的差距41.5 本文的主要研究内容5第二章 冲床自动控制系统方案设计62.1 冲床自动控制系统功能概述6
6、2.2 初步确定冲床自动控制系统的架构6第三章 冲床自动控制系统功能分析83.1 冲床自动控制系统各部分功能分析83.1.1 PLC功能分析83.1.2 伺服模块功能分析83.1.3人机界面功能分析83.2 系统总体功能分析9第四章 冲床自动控制系统功能硬件实现104.1 控制器PLC的选型104.1.1 PLC的选型原则104.1.2 本系统中可编程序控制器的选取及其特点114.2 伺服选型134.2.1 伺服电机的选型134.2.2 伺服驱动器的选型144.3 冲头切片气缸选型154.3.1 气液增压机的特点164.3.2 气液增压机的功能164.4 检测元器件选型174.5 人机界面选型
7、19第五章 冲床自动控制系统功能软件实现215.1 冲床自动控制系统的流程215.1.1 伺服系统控制流程225.1.2 冲头切片控制流程235.2 PLC的I/O地址分配255.3 PLC控制系统程序265.3.1 初始化程序265.3.2 数据运算程序285.3.3伺服系统控制程序325.5 人机界面的编制33第六章 总结和展望366.1论文工作总结366.2发展与展望37参考文献38致谢39附录一 PLC程序40附录二 电气原理图50IV南京工程学院毕业设计说明书(论文)第一章 绪论1.1 引言冲压是金属塑性成形加工的基本方法之一,它主要用于加工板料零件,所以也称为板料成形。冲压既能够制
8、造尺寸很小的仪表零件,又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件;既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件,又能够制造精密(公差在微米级)和复杂形状的零件。冲压具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点,因此在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等生产和发展具有十分重要的意义。1.1.1 冲压在机械制造中的地位及特点冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件,又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件;既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件,又能够制造精密(公差在微米级)和复杂形状的零件。占全世界钢产60%70%以上的板材、管材及其他型
9、材,其中大部分经过冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中,具有十分重要的地位。 冲压件重量轻、厚度薄、刚度好。它的尺寸公差是由模具保证的,所以质量稳定,一般不需再经机械切削即可使用。冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始坯料,表面光滑美观。冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。大批量的中、小型零件冲压生产一般是采用复合模或多工位的连续模。以现代高速多工位压力机为中心,配置带料开卷、矫正、成品收集、输送以及模具库和快速换模装置,并利用计算机程序控制,可组成生产率极高的全自动冲压生产线。采用新型模具材料和各种表面处理技术,改进模具结构,可得到高精度、高寿命的
10、冲压模具,从而提高冲压件的质量和降低冲压件的制造成本。 冲压生产的工艺和设备正在不断发展,除传统的使用压力机和钢制模具制造冲压件外,液压成形以及旋压成形、超塑成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形等各种特种冲压成形工艺亦迅速发展,把冲压的技术水平提高到了一个新的高度。特种冲压成形工艺尤其适合多品种的批量(甚至是数十件)零件的生产。对于普通冲压工艺,可采用简易模具、低熔点合金模具、成组模具和冲压柔性制造系统等,组织多品种的中小批量零件的冲压加工。 总之,冲压模具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点。采用冲压与焊接、胶接等复合工艺,使零件结构更趋合理,加工
11、更为方便,可以用较简单的工艺制造出更复杂的结构件。1.1.2 现代冲压加工发展趋势制造冲压件用的传统金属材料,正逐步被各种复合材料或高分子材料替代。 在模具设计与制造中,开发并应用CAD/CAM系统,发展高、新制造技术和模具、装置等,以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。推广应用数控冲压等设备,进行机械化与自动化的流水线冲压生产。 某些传统的冲压加工方法将被液压成形、旋压成形、爆炸成形等新颖的技术所取代,产品的冲压加工趋于更合理、更经济冲模的核心部分是工作零件,即凸模和凹模。其形状和尺寸是由冲压工序的性质决定的。冲裁冲孔落料模的凸、凹模之间间隙很校,并做成锋利的刃口,以便形成强大的剪切
12、力进行剪切,使坯件与板料分离在现代化的机加工过程中,消耗于送料的时间损失是组成零件单件加工时间的一部分,它属于辅助时间。要想提高生产率,减少生产中的辅助时间将是非常重要的一个环节。而要想减少辅助时间,就必须提高生产的自动化程度。利用PLC可以直接对伺服电机进行位置和速度控制,无需增加定位模块,节约成本。PLC的处理速度高,输出脉冲的频率也很高,而且指令也很简单,在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作。 本系统通过触摸屏进行调节控制,使操作简单,也减少了在运行过程中的故障查找环节,大大提高了工作效率。1.2 可编程控制器在冲床系统中的应用概述近年来,PLC在工业自动控制领域应用愈来愈
13、广,它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在冲床的实际设计和生产过程中,为了提高冲床加工的精度,对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。1.3 我国冲床行业市场发展趋势目前,整个冲床工具行业企业发展迅猛,对冲床附件的需求量激增,国内市场容量很大。尤其是近几年来,我国汽车工业发展迅速,使冲床厂各行业市场更加旺盛。目前,国内中低档数控冲床附件产品的市场,基本由国内产品占领,部分产品如数控分度头、刀杆还有一定的批量出口。但是,近几年来台湾地区的产品大量涌入,中档数控冲床附件产品的
14、市场竞争刀越来越激烈。高端技术水平的产品主要依靠进口,从工业发达国家如日本、德国、意大利等进口较多。一般机械类、传统类冲床附件大量出口国际市场。2004年虽有部分冲床附件出口量有所增加,但是各类冲床附件的出口总量并不大,说明国内市场的需求再变大。国外及台湾商为了进入我国大陆市场,产品价格逐步调低,其市场份额也在逐步扩大。目前由于国内产品在售前技术业务交流及售后服务比国外厂商有明显优势,使国产冲床厂的数控冲附件产品能够不断发展。但随着外商采用大陆本地化生产方式后,我们就会失去这些优势。近几年部分发展中国家的冲床工具行业发展速度加快,也逐步向大陆市场进口冲床附件等,并有一定的价格竞争优势。例如:印
15、度企业,正在快速发展各类冲床附件产品,各类卡盘、数控转台、数控刀架,在价格方面与其他进口商相比也有一定优势。就冲床附件的品种而言,大部分品种国内冲床附件企业都有,也基本属于专业化生产,能够满足主机的需要。但是,随着数控技术的发展,新技术、新工艺的不断应用,国外新品种、新结构数控冲床附件不断出现,例如伺服电机直接驱动的数控回转工作台(单轴高速数控转台或两轴联动高速可倾转台)已经有几家海外厂商在cimt2005中国国际机床展会上登场,完全改变了传统的的结构原理,回转速度远高于传统的机械结构。加工中心用角度转换镗铣头、数控龙门铣床用a-c轴双摆动数控铣头(包括机械式和伺服电机直接驱动式)、为车铣中心
16、配套的b轴或b、y两轴运动的铣镗滚齿用数控铣头,目前,国内只有个别研究机构或厂家处于研究阶段,没有形成生产能力,主机基本依赖进口配套。另外,高效数控冲床用动力卡盘、刀杆的高速特性及夹持精度均比国外有较大差距。数控冲床附件产品的水平比起前几年有一定提高。分度类数控附件、数控刀架、动力卡盘等产品,规格及品种不断完善,结构不断改进,主要性能和可靠性方面均有很大提高。目前,国产数控冲床附件应该说能够满足中档数控冲床的配套需要,但为某些高端水平数控冲床配套的冲床附件与国外相比仍有差距,主要差距的原因在于整体装备制造能力、协作配套能力、企业自身技术改造能力不足。这也是目前我国产品水平较国外产品水平低的主要
17、原因。近几年来,因市场订单猛增,新产品开发力度受到影响。从机床附件分会秘书处掌握的情况来看,行业企业新产品开发主要集中在骨干企业。大多数行业企业在保证大量的市场订单时,还应更加注意技术储备产品的研发工作,解决好订单产品与新产品开发的矛盾。既要保当前的市场,又要注意发展将来的市场竞争能力。1.4 我国冲床与国际水平的差距近几年,国产冲床总量增加很快,但市场占有率仍然不高(尤其是数控冲床),目前高档产品绝大部分依靠进口,中档产品市场中进口产品也占有很大份额。从行业总体来看,产业核心竞争力不强。我国虽然是冲床制造大国,但还不是冲床制造强国。主要差距是:第一技术创新能力不足1、企业基础研究、技术攻关和
18、新产品开发投入不足,直接影响了创新能力的提高。2、自主开发产品的能力差,关键零部件依赖进口,对引进国外先进技术的消化吸收、创新和提高工作不力。3、科技人才不能满足产业发展需求,特别是缺乏技术带头人。存在科研与生产、设计与制造、新产品开发与用户个性化需求三脱节现象,直接影响新产品的开发和企业技术创新能力的提高。第二产业化水平不高1、产业结构不尽合理。主要是专业化水平不高;高档产品开发缓慢,市场占有率低;中档产品有一定产量,但竞争力不强;数控冲床功能部件发展滞后,严重制约国产数控冲床的发展。2、经济规模、生产效率与发达国家相比尚有较大差距。生产厂点过多,生产效率低,赢利能力差。3、工艺装备陈旧,基
19、础制造技术落后。行业装备数控化率平均仅为23。原来生产普通冲床的设备用来批量生产数控冲床,在精度、效率和可靠件方面都难以满足使用要求,阻碍了产业化水平的提高。第三综合服务能力不强1、服务体系不健全,全方位服务能力不强,在市场开拓、成套服务等方面尚有较大差距。国内企业虽然已经重视了服务问题,但普遍缺乏对用户加工工艺的研究,往往是在被动应付局面。企业国际市场的售后服务更为薄弱,绝大部分企业还不具备国际市场的开拓和服务能力。2、旧的管理模式和管理机制不适应现代服务体系要求,快速反映能力差,运用信息化手段提高企业基础管理能力尚有较大差距。1.5 本文的主要研究内容利用PLC可以直接对伺服电机进行位置和
20、速度控制,无需增加定位模块,节约成本。PLC的处理速度高,输出脉冲的频率也很高,而且指令也很简单,在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作。 本系统通过触摸屏进行调节控制,使操作简单,也减少了在运行过程中的故障查找环节,大大提高了工作效率。第二章 冲床自动控制系统方案设计2.1 冲床自动控制系统功能概述本系统由PLC控制伺服驱动器,实现伺服电机转角的精确控制,利用皮带传动,从而实现水平方向的精确位移。通过人机界面上控制开关的选则,配备两种工作方式,以供选择。如自动加工、点动加工两种工作方式,工作过程分别为:自动加工方式:工作准备工作进给冲压剪切直到加工完毕停机。点动加工方式:工作准备
21、按一下动作开关工作进给冲压等待下一次动作按钮的按下。2.2 初步确定冲床自动控制系统的架构如图2.2.1,由人机界面将要求加工的数据传给PLC,并将PLC传送回来的信息显示出来;PLC作为核心控制器,进行数据的运算并发送指令脉冲给伺服驱动器,伺服驱动器通过编码线使伺服电机运转实现定位。传动结构由齿轮传动和皮带传动来实现,齿轮的传动比是3.5/1,皮带的传动比是1/1,所以系统的传动结构的总传动比是3.5/1。图2.2.1 系统结构框图如图2.2.2,图中的传感器的作用是确定工件初始位置,系统初始化时,向伺服发送脉冲,当传送带带动板材运动到传感器位置时,令PLC重新向伺服发送脉冲,脉冲距离为L1
22、脉冲送完后,板材位置初始化完成。其中L1=200mm,L2=400mm。图2.2.2 板材的初始定位第三章 冲床自动控制系统功能分析3.1 冲床自动控制系统各部分功能分析本系统的控制部分主要由PLC、伺服模块和人机界面组成。每个模块的功能个不相同,下面对各个模块的功能进行了简要的分析。3.1.1 PLC功能分析可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令并通过数字或模拟式输入/输出控制各类型的机械或生产过程。本系统以PLC作为系统的核心控制器,完成
23、系统所需的输入输出控制及内部的逻辑运算和信息传递。用PLC控制系统的启动、停止、复位、功能键的选择、主要的伺服定位控制和冲头与切片的动作;经过PLC内部的数字处理与逻辑运算,完成系统的顺序动作及其控制要求。3.1.2 伺服模块功能分析伺服控制是指对物体运动的有效控制,即对物体运动的速度、位置、加速度进行控制。本系统的伺服模块由伺服驱动器、伺服电动机和传感器组成。伺服模块是整个系统的运动核心,主要完成系统中工件的精确定位,使系统的运动可靠性加强。伺服驱动器通过PLC外部输出的脉冲频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,使速度控制和位置控制都能达到系统所需的控制要求。3.1.3人
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 西门子 plc 自动 冲床 控制系统 设计
