S7-300/400 PLC在剪板机控制系统中的应用

    一、剪板机介绍及分类    什么是剪板机？根据《中华人民共和国机械行业标准》，对剪板机的解释是“用一个刀片相对另一刀片做往复直线运动剪切板材的机器”。    1．剪板机工作原理及应用    剪板机工作时，运动的上刀片和固定的下刀片之间采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材进行剪切，以获得高质量的工件。剪板机属于锻压机械中的一种，其加工工艺方式在轻工、冶金、电器、船舶、航空、不锈钢制品、钢结构建筑及装潢行业得到广泛应用。    2．剪板机的分类    剪板机种类繁多，按控制方式可分为机械剪板机、数控剪板机、液压剪板机。    几种常见的剪板机有数控摆式剪板机、数控前送料摆式剪板机、液压摆式剪板机、超厚液压摆式剪板机、液压闸式剪板机、深喉口剪板机、脚踏剪板机、精密剪板机。    随着我国国民经济的快速发展，相关行业对各类板材的需求量持续增长，并且对板材提出了更高的精度要求。而由于竞争的日益加剧，各生产厂家也对剪板机提出了更高效率的要求。此时普通剪板机由于加工精度不高、操作复杂以及效率低、能耗大等缺点，已经无法满足当前社会的性能需求，必须有所改进。    二、全自动剪板机的PLC控制系统设计    由于普通剪板机存在的缺陷，现提出一种新型的全自动剪板机的系统设计方案。结合行业目前的需求，这种全自动剪板机必须是一种可按加工要求，将金属板材剪开、自动计数并由送料车送到下一工序的顺序控制的设备，并且要求其控制设备具有很强的抗干扰能力。    对全自动剪板机提出如下控制要求：    ◇ 通电以后，检测各个机构的工作状态，使其处于初始状态位置。    ◇ 剪板机启动，开始进料时，由控制系统控制进料机构，将待剪板料自动输送到位。    ◇ 由伺服电动机来控制挡料器的位置，以保证剪切尺寸的精确。板料的尺寸可由人工设定为固定值或循环变动值。    ◇ 待送入板料尺寸达到设定值后，由主电动机带动压料器和剪切刀，压紧板料，然后剪断。    ◇ 能够对送料小车进行控制，设定每车次的板料数日，卸料后自动返回接料位置。    ◇ 板料数目达到设定值后，送料和剪切暂停工作，待小车返回到接料位置后恢复工作。    ◇ 自动计数功能，通过光电开关实现。    在我国，PLC是近几年发展起来的一种新型工业控制器，其特点如下。    ◇ 可靠性高，抗干扰能力强。    ◇ 系统的设计、工作量小。    ◇ 易学易用。    ◇ 体积小，能耗低。    PLC的这些特点正好能够弥补普通剪板机的不足。普通剪板机系统采用继电器一接触器控制，控制系统较复杂，大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率。使用PLC控制后，能够较好地解决这一问题，因此用PLC对全自动剪板机进行控制的方案应运而生。    1．全自动剪板机的结构及工作原理    全自动剪板机的整个设备由送料、定位压紧、剪切、自动传送4个部分组成。各个部分协调工作，共同完成整个板材的剪切过程。为了对每个步骤进行自动控制，自动剪板机使用7个限位开关和1个光电开关检测各部分的工作状态，以便及时将反馈信息传送给PLC。送料机构E、压块B、剪切刀A、送料小车分别由4台电动机驱动。其工作原理如图9-8所示。
    图9-8    全自动剪板机的结构及工作原理    各限位开关功能如表9-3所示。    表9-3    限位开关功能
    2．全自动剪板机工作过程    全自动剪板机未工作时，压块的限位开关XK2、XK3和剪切刀的限位开关XK4均断开，行程开关XK1和光电接近开关XK7也是断开的。    全自动剪板机工作时，将板料尺寸、数量等参数输入给系统，按下“启动”开关，系统开始工作。具体工作步骤如下：    (1)系统首先会检查限位开关XK6的状态，如果确认送料小车空载，系统便开始工作，启动送料小车。小车运行到位后，限位开关XK5闭合，小车停到指定位置。    (2)送料机构E启动，带动板料C向剪切刀移动。当板料碰到行程开关XK1时，送料停止，同时制动器松开、电磁离合器结合，主电动机通过传动机构开始工作。    (3)压块电机启动，压块B压下，压块上限开关XK2闭合。当压块B将板料压紧后，压块下限开关XK3闭合。    (4)剪切刀电动机启动，控制剪切刀A下行，XK4闭合，直到把板料剪断，板料落入小车。    (5)当送料小车上的板料达到设定的数目后，小车控制电动机启动，带动小车右行，将切好的板料送至下一工序位置，然后卸料。    (6)当板料卸完以后，启动送料小车左行，到达指定位置后停止，进入下一个工作循环。    全自动剪扳机的送料由电动机驱动，而该电动机由接触器KM控制，压块F行和复位由液压电磁阀YV1和YV3控制，剪切刀下行和复位由液压电磁阀YV2和YV4控制，液压电磁阀YV5控制送料小车送料，液压电磁阀YV6控制送料小车空返。XK1～XK7为限位开关。当压块和剪切刀分别在原位（XK2和XK4处）时，按下启动按钮SB1，剪板机按照图9-8和表9-3所示的动作开始运行，电动机送料，板料右行，至XK1处停，压块下行至XK3处将板料压紧，剪切刀下行剪板，板料剪断至XK7触发C127计数器计数，压块和剪切刀同时上行复位至XK2和XK4处，如果计数器达到预设数值，则送料小车将料块送往下一工序，若计数器没达到预设值，则返回继续工作，如此完成一个循环。    在系统运行过程中，各个元件的状态如表9-4所示，整个工作过程就是通过控制这些元件的状态进而达到控制目的。    表9-4    执行元件状态
    确定了整个系统需要控制的元件后，建立如表9-5所示的I/O设备和PLC的I/O节点的对应关系。    表9-5    I/O设备和I/O节点编号
    根据前面叙述的整个工作流程，画出顺序功能流程图，如图9-9所示。
    图9-9    顺序功能流程图    根据前面介绍的工作流程以及绘制出的顺序功能流程图，在PLC编程器中编制出梯形图程序，如图9-10所示。





    图9-10    自控剪板机的梯形图程序