前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的使用越來(lái)越普遍，型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)商機(jī)和發(fā)展前景。根據(jù)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展方向，設(shè)計(jì)出一臺(tái)先進(jìn)的全自動(dòng)型鋼剪切機(jī)，替代原有的加工方法，將會(huì)成倍提高生產(chǎn)率，這便是我研究全自動(dòng)型鋼剪切送料機(jī)構(gòu)的意義。

在我國(guó)和國(guó)外的生產(chǎn)和研究中，自動(dòng)送料方式有很多種，但是在這些產(chǎn)品中，存在著一些問(wèn)題。如機(jī)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(jià)格昂貴，不適合于我國(guó)型鋼剪切機(jī)送料的要求。另有一套獨(dú)立驅(qū)動(dòng)可移式輸送機(jī)，通過(guò)隔料機(jī)構(gòu)將工件輸送至預(yù)定位置，這樣一套機(jī)構(gòu)的配置有局限性，不能應(yīng)用于我國(guó)型鋼剪切機(jī)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(lái)架構(gòu)，用量非常大，市場(chǎng)需求非常高。而在型鋼的生產(chǎn)過(guò)程中，其生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平還處在一個(gè)初級(jí)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(diǎn)，本文采用西門(mén)子公司的可編程序控制器設(shè)計(jì)一種型鋼成型機(jī)的控制系統(tǒng)，并利用觸摸屏作為上位機(jī)通過(guò)通信串口線纜直接控制PLC和變頻器，對(duì)國(guó)產(chǎn)型鋼成型機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造。

1、型鋼成型機(jī)工作原理

目前的鋼材市場(chǎng)上，C型鋼成型機(jī)是一套軋輥可生產(chǎn)多種規(guī)格C型成品的單卷成型機(jī)組。該機(jī)主要由被動(dòng)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(jī)采用自動(dòng)飛鋸沖孔，操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。壓瓦機(jī)C型鋼成型機(jī)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(dòng)定長(zhǎng)切割，自動(dòng)沖孔，自動(dòng)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(cāng)庫(kù)、機(jī)車(chē)庫(kù)、飛機(jī)庫(kù)、展覽館、影劇院、體育場(chǎng)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(dòng)的滾輪接觸后，將壓緊手柄進(jìn)給鎖緊，啟動(dòng)電機(jī)油泵組，由電動(dòng)油泵輸出的高壓油經(jīng)溢流閥，在此過(guò)程中可調(diào)整所需壓力，進(jìn)入聚成塊到電液閥，有電液閥和點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)控制油缸工作，工作油缸推進(jìn)，將工字鋼與三個(gè)支撐滾輪壓緊并未發(fā)生彎曲變形時(shí)開(kāi)始計(jì)算，油缸再推進(jìn)的長(zhǎng)度進(jìn)程為每次10mm-15mm，開(kāi)主電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，由主電機(jī)帶動(dòng)工字鋼工作，反復(fù)操作，達(dá)到所需為止。圖1為型鋼成型機(jī)工作示意圖。

圖1型鋼成型機(jī)工作示意圖

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用觸摸屏與PLC相配合，使對(duì)設(shè)備的大量操作控制、運(yùn)行信息通過(guò)對(duì)觸摸屏編程予以實(shí)現(xiàn)，PLC與觸摸屏之間通過(guò)串行接口通信且連線簡(jiǎn)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(jì)安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶(hù)程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)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(qiáng)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(hào)輸入元件（如：按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器等）、輸出執(zhí)行元件（如：電磁閥、接觸器、信號(hào)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(hào)和被控對(duì)象的狀態(tài)信號(hào)。輸出執(zhí)行元件接著PLC的輸出端，控制被控對(duì)象工作。

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

2.2I/O分配及外部接線

西門(mén)子S7-200作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，它包括7點(diǎn)輸入、4點(diǎn)輸出，通過(guò)這些I/O對(duì)變頻器、沖孔機(jī)和剪斷機(jī)等進(jìn)行控制，PLC通過(guò)端子對(duì)變頻器進(jìn)行控制。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)

控制系統(tǒng)的工作方式分為兩種：自動(dòng)模式（AUTO）和手動(dòng)模式（MANUAL）。兩種模式的選擇可以通過(guò)操作觸摸屏上的按鈕來(lái)完成，手動(dòng)模式主要用于自動(dòng)模式開(kāi)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(guò)程集中在系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

1）軋輥電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，光電檢測(cè)器采集到帶鋼成型信息，啟動(dòng)PLC的高速計(jì)數(shù)器。

2)PLC采集高速計(jì)數(shù)器發(fā)送的脈沖數(shù)，當(dāng)達(dá)到PLC內(nèi)部存儲(chǔ)器預(yù)先設(shè)定的固定脈沖值時(shí)，根據(jù)程序流程依次完成動(dòng)作，完成一次生產(chǎn)。

3）當(dāng)設(shè)定的生產(chǎn)數(shù)目沒(méi)有完成時(shí)，PLC程序進(jìn)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(jì)采用的觸摸屏作為上位機(jī)，使用MCGS嵌入式組態(tài)軟件編輯，通過(guò)PLC提供的多種控制器件庫(kù)、圖形控件、功能控件，組態(tài)出各種動(dòng)態(tài)功能和控制功能，并實(shí)現(xiàn)故障的可視化。

上位機(jī)組態(tài)通過(guò)RS232串口與PLC之間進(jìn)行通信，采用Step7-Micro/Win在主機(jī)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(kāi)發(fā)的人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)PLC程序運(yùn)行，監(jiān)測(cè)并控制型鋼成型機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

4、結(jié)論

本設(shè)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)型鋼成型機(jī)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，研究了基于PLC控制的型鋼成型機(jī)控制系統(tǒng)，控制精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求范圍。該控制系統(tǒng)大大提高了型鋼成型機(jī)的自動(dòng)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(jiǎn)單、運(yùn)行可靠和便于維修的特點(diǎn)。

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