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1、 摘 要 本篇文章內(nèi)容是基于西門子PLC的自動(dòng)沖床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，針對(duì)沖床薄片自動(dòng)控制系統(tǒng)在工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用，從工藝要求、控制方案擬定控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。 首選通過對(duì)沖床系統(tǒng)的分析，確定了總體的設(shè)計(jì)方案；再根據(jù)沖床的特點(diǎn)和所需的功能，確定了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成——采用了西門子S7-200可編程控制器作為沖床系統(tǒng)的核心控制器，使系統(tǒng)達(dá)到體積小、控制靈活、故障檢測(cè)容易，并且提高了生產(chǎn)效率；采用西門子V80伺服驅(qū)動(dòng)器作為執(zhí)行元件，其位置控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高于人工送料，使其整個(gè)系統(tǒng)的安全性大幅度提高；采用了西門子的人機(jī)界面，使系統(tǒng)更加人性化、便捷化。

2、 關(guān)鍵詞：自動(dòng)沖床 PLC 自動(dòng)送料 沖壓 I Abstract This 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 a

3、nd software design of control system of. 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

4、system, make the system achieves small volume, 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 greatl

5、y improved; the Siemens man-machine interface, making the system more user-friendly, convenient. Keywords： automatic punching machine; PLC; automatic feeding; stamping II 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 目錄 第一章 緒論 1 1.1 引言 1 1.1.1 沖壓在機(jī)械制造中的地位及特點(diǎn) 1 1.1.2 現(xiàn)代沖壓加工發(fā)展趨勢(shì) 2 1.2 可編程控制器在沖床系統(tǒng)中的應(yīng)用概述 2 1.3 我國

6、沖床行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 3 1.4 我國沖床與國際水平的差距 4 1.5 本文的主要研究內(nèi)容 5 第二章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 2.1 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能概述 6 2.2 初步確定沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)的架構(gòu) 6 第三章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能分析 8 3.1 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)各部分功能分析 8 3.1.1 PLC功能分析 8 3.1.2 伺服模塊功能分析 8 3.1.3人機(jī)界面功能分析 8 3.2 系統(tǒng)總體功能分析 9 第四章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能硬件實(shí)現(xiàn) 10 4.1 控制器PLC的選型 10 4.1.1 PLC的選型原則 10 4.1.2 本系統(tǒng)中可編程序控

7、制器的選取及其特點(diǎn) 11 4.2 伺服選型 13 4.2.1 伺服電機(jī)的選型 13 4.2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器的選型 14 4.3 沖頭切片氣缸選型 15 4.3.1 氣液增壓機(jī)的特點(diǎn) 16 4.3.2 氣液增壓機(jī)的功能 16 4.4 檢測(cè)元器件選型 17 4.5 人機(jī)界面選型 19 第五章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能軟件實(shí)現(xiàn) 21 5.1 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)的流程 21 5.1.1 伺服系統(tǒng)控制流程 22 5.1.2 沖頭切片控制流程 23 5.2 PLC的I/O地址分配 25 5.3 PLC控制系統(tǒng)程序 26 5.3.1 初始化程序 26 5.3.2 數(shù)據(jù)運(yùn)算程序 28

8、 5.3.3伺服系統(tǒng)控制程序 32 5.5 人機(jī)界面的編制 33 第六章 總結(jié)和展望 36 6.1論文工作總結(jié) 36 6.2發(fā)展與展望 37 參考文獻(xiàn) 38 致謝 39 附錄一 PLC程序 40 附錄二 電氣原理圖 50 IV 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第一章 緒論 1.1 引言 沖壓是金屬塑性成形加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以也稱為板料成形。沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件；既能夠制造一般尺寸公差等級(jí)和形狀的零件，又能夠制造精密（公差在微米級(jí)）和復(fù)雜形狀的零件。沖壓具有生產(chǎn)率高、加

9、工成本低、材料利用率高、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車、機(jī)械、家用電器、電機(jī)、儀表、航空航天、兵器等生產(chǎn)和發(fā)展具有十分重要的意義。 1.1.1 沖壓在機(jī)械制造中的地位及特點(diǎn) 沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件；既能夠制造一般尺寸公差等級(jí)和形狀的零件，又能夠制造精密（公差在微米級(jí)）和復(fù)雜形狀的零件。占全世界鋼產(chǎn)60%～70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分經(jīng)過沖壓制成成品。沖壓在汽車、機(jī)械、家用電器、電機(jī)、儀表、航空航天、兵器等制造中，具有十分重要的地位。 沖壓件重量輕、厚度薄、剛度好。它

10、的尺寸公差是由模具保證的，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需再經(jīng)機(jī)械切削即可使用。冷沖壓件的金屬組織與力學(xué)性能優(yōu)于原始坯料，表面光滑美觀。冷沖壓件的公差等級(jí)和表面狀態(tài)優(yōu)于熱沖壓件。大批量的中、小型零件沖壓生產(chǎn)一般是采用復(fù)合模或多工位的連續(xù)模。以現(xiàn)代高速多工位壓力機(jī)為中心，配置帶料開卷、矯正、成品收集、輸送以及模具庫和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成生產(chǎn)率極高的全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。采用新型模具材料和各種表面處理技術(shù)，改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，可得到高精度、高壽命的沖壓模具，從而提高沖壓件的質(zhì)量和降低沖壓件的制造成本。 沖壓生產(chǎn)的工藝和設(shè)備正在不斷發(fā)展，除傳統(tǒng)的使用壓力機(jī)和鋼制模具制造沖壓件

11、外，液壓成形以及旋壓成形、超塑成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形等各種特種沖壓成形工藝亦迅速發(fā)展，把沖壓的技術(shù)水平提高到了一個(gè)新的高度。特種沖壓成形工藝尤其適合多品種的批量（甚至是數(shù)十件）零件的生產(chǎn)。對(duì)于普通沖壓工藝，可采用簡(jiǎn)易模具、低熔點(diǎn)合金模具、成組模具和沖壓柔性制造系統(tǒng)等，組織多品種的中小批量零件的沖壓加工。 總之，沖壓模具有生產(chǎn)率高、加工成本低、材料利用率高、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)。采用沖壓與焊接、膠接等復(fù)合工藝，使零件結(jié)構(gòu)更趨合理，加工更為方便，可以用較簡(jiǎn)單的工藝制造出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。 1.1.2 現(xiàn)代沖壓加工發(fā)展趨勢(shì) 制造沖壓件用的傳

12、統(tǒng)金屬材料，正逐步被各種復(fù)合材料或高分子材料替代。 在模具設(shè)計(jì)與制造中，開發(fā)并應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)，發(fā)展高、新制造技術(shù)和模具、裝置等，以適應(yīng)沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的要求。 推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓等設(shè)備，進(jìn)行機(jī)械化與自動(dòng)化的流水線沖壓生產(chǎn)。 某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被液壓成形、旋壓成形、爆炸成形等新穎的技術(shù)所取代，產(chǎn)品的沖壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟(jì) 沖模的核心部分是工作零件，即凸模和凹模。其形狀和尺寸是由沖壓工序的性質(zhì)決定的。沖裁沖孔落料模的凸、凹模之間間隙很校，并做成鋒利的刃口，以便形成強(qiáng)大的剪切力進(jìn)行剪切，使坯件與板料分離 在現(xiàn)代化的機(jī)加工過程中，消耗于送

13、料的時(shí)間損失是組成零件單件加工時(shí)間的一部分，它屬于輔助時(shí)間。要想提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)中的輔助時(shí)間將是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而要想減少輔助時(shí)間，就必須提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。 利用PLC可以直接對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置和速度控制，無需增加定位模塊，節(jié)約成本。PLC的處理速度高，輸出脈沖的頻率也很高，而且指令也很簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)聯(lián)機(jī)的情況下也可方便地進(jìn)行所有指令的修改工作。 本系統(tǒng)通過觸摸屏進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,使操作簡(jiǎn)單,也減少了在運(yùn)行過程中的故障查找環(huán)節(jié)，大大提高了工作效率。 1.2 可編程控制器在沖床系統(tǒng)中的應(yīng)用概述 近年來，PLC在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等

14、方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展, 它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。在沖床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，為了提高沖床加工的精度，對(duì)其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。 1.3 我國沖床行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 目前，整個(gè)沖床工具行業(yè)企業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)沖床附件的需求量激增，國內(nèi)市場(chǎng)容量很大。尤其是近幾年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，使沖床廠各行業(yè)市場(chǎng)更加旺盛。目前，國內(nèi)中低檔數(shù)控沖床附件產(chǎn)品的市場(chǎng)，基本由國內(nèi)產(chǎn)品占領(lǐng)，部分產(chǎn)品如數(shù)控分度頭、刀桿還有一定的批量出口。但是，近幾年來臺(tái)灣地區(qū)的產(chǎn)品大量涌入，中檔數(shù)控沖床附件產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)刀越來越激烈。高端技術(shù)

15、水平的產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口，從工業(yè)發(fā)達(dá)國家如日本、德國、意大利等進(jìn)口較多。一般機(jī)械類、傳統(tǒng)類沖床附件大量出口國際市場(chǎng)。2004年雖有部分沖床附件出口量有所增加，但是各類沖床附件的出口總量并不大，說明國內(nèi)市場(chǎng)的需求再變大。 　　國外及臺(tái)灣商為了進(jìn)入我國大陸市場(chǎng)，產(chǎn)品價(jià)格逐步調(diào)低，其市場(chǎng)份額也在逐步擴(kuò)大。目前由于國內(nèi)產(chǎn)品在售前技術(shù)業(yè)務(wù)交流及售后服務(wù)比國外廠商有明顯優(yōu)勢(shì)，使國產(chǎn)沖床廠的數(shù)控沖附件產(chǎn)品能夠不斷發(fā)展。但隨著外商采用大陸本地化生產(chǎn)方式后，我們就會(huì)失去這些優(yōu)勢(shì)。近幾年部分發(fā)展中國家的沖床工具行業(yè)發(fā)展速度加快，也逐步向大陸市場(chǎng)進(jìn)口沖床附件等，并有一定的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。例如：印度企業(yè)，正在快速發(fā)展各

16、類沖床附件產(chǎn)品，各類卡盤、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控刀架，在價(jià)格方面與其他進(jìn)口商相比也有一定優(yōu)勢(shì)。 　　就沖床附件的品種而言，大部分品種國內(nèi)沖床附件企業(yè)都有，也基本屬于專業(yè)化生產(chǎn)，能夠滿足主機(jī)的需要。但是，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝的不斷應(yīng)用，國外新品種、新結(jié)構(gòu)數(shù)控沖床附件不斷出現(xiàn)，例如伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(單軸高速數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或兩軸聯(lián)動(dòng)高速可傾轉(zhuǎn)臺(tái))已經(jīng)有幾家海外廠商在cimt2005中國國際機(jī)床展會(huì)上登場(chǎng)，完全改變了傳統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)原理，回轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。加工中心用角度轉(zhuǎn)換鏜銑頭、數(shù)控龍門銑床用a-c軸雙擺動(dòng)數(shù)控銑頭(包括機(jī)械式和伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式)、為車銑中心配套的b軸或b

17、、y兩軸運(yùn)動(dòng)的銑鏜滾齒用數(shù)控銑頭，目前，國內(nèi)只有個(gè)別研究機(jī)構(gòu)或廠家處于研究階段，沒有形成生產(chǎn)能力，主機(jī)基本依賴進(jìn)口配套。另外，高效數(shù)控沖床用動(dòng)力卡盤、刀桿的高速特性及夾持精度均比國外有較大差距。 　　數(shù)控沖床附件產(chǎn)品的水平比起前幾年有一定提高。分度類數(shù)控附件、數(shù)控刀架、動(dòng)力卡盤等產(chǎn)品，規(guī)格及品種不斷完善，結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，主要性能和可靠性方面均有很大提高。目前，國產(chǎn)數(shù)控沖床附件應(yīng)該說能夠滿足中檔數(shù)控沖床的配套需要，但為某些高端水平數(shù)控沖床配套的沖床附件與國外相比仍有差距，主要差距的原因在于整體裝備制造能力、協(xié)作配套能力、企業(yè)自身技術(shù)改造能力不足。這也是目前我國產(chǎn)品水平較國外產(chǎn)品水平低的主要原因。

18、 　　近幾年來，因市場(chǎng)訂單猛增，新產(chǎn)品開發(fā)力度受到影響。從機(jī)床附件分會(huì)秘書處掌握的情況來看，行業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)主要集中在骨干企業(yè)。大多數(shù)行業(yè)企業(yè)在保證大量的市場(chǎng)訂單時(shí)，還應(yīng)更加注意技術(shù)儲(chǔ)備產(chǎn)品的研發(fā)工作，解決好訂單產(chǎn)品與新產(chǎn)品開發(fā)的矛盾。既要保當(dāng)前的市場(chǎng)，又要注意發(fā)展將來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 1.4 我國沖床與國際水平的差距 近幾年，國產(chǎn)沖床總量增加很快，但市場(chǎng)占有率仍然不高(尤其是數(shù)控沖床)，目前高檔產(chǎn)品絕大部分依靠進(jìn)口，中檔產(chǎn)品市場(chǎng)中進(jìn)口產(chǎn)品也占有很大份額。從行業(yè)總體來看，產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。我國雖然是沖床制造大國，但還不是沖床制造強(qiáng)國。主要差距是： 第一．技術(shù)創(chuàng)新能力不足 1、企業(yè)

19、基礎(chǔ)研究、技術(shù)攻關(guān)和新產(chǎn)品開發(fā)投入不足，直接影響了創(chuàng)新能力的提高。 2、自主開發(fā)產(chǎn)品的能力差，關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口，對(duì)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收、創(chuàng)新和提高工作不力。 3、科技人才不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，特別是缺乏技術(shù)帶頭人。存在科研與生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造、新產(chǎn)品開發(fā)與用戶個(gè)性化需求三脫節(jié)現(xiàn)象，直接影響新產(chǎn)品的開發(fā)和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力的提高?！　? 第二．產(chǎn)業(yè)化水平不高 1、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理。主要是專業(yè)化水平不高；高檔產(chǎn)品開發(fā)緩慢，市場(chǎng)占有率低；中檔產(chǎn)品有一定產(chǎn)量，但競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)；數(shù)控沖床功能部件發(fā)展滯后，嚴(yán)重制約國產(chǎn)數(shù)控沖床的發(fā)展。　　 2、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、生產(chǎn)效率與發(fā)達(dá)國家相比尚有較大差距。生產(chǎn)廠點(diǎn)

20、過多，生產(chǎn)效率低，贏利能力差?！　? 3、工藝裝備陳舊，基礎(chǔ)制造技術(shù)落后。行業(yè)裝備數(shù)控化率平均僅為2～3％。原來生產(chǎn)普通沖床的設(shè)備用來批量生產(chǎn)數(shù)控沖床，在精度、效率和可靠件方面都難以滿足使用要求，阻礙了產(chǎn)業(yè)化水平的提高。 第三．綜合服務(wù)能力不強(qiáng) 1、服務(wù)體系不健全，全方位服務(wù)能力不強(qiáng)，在市場(chǎng)開拓、成套服務(wù)等方面尚有較大差距。國內(nèi)企業(yè)雖然已經(jīng)重視了服務(wù)問題，但普遍缺乏對(duì)用戶加工工藝的研究，往往是在被動(dòng)應(yīng)付局面。企業(yè)國際市場(chǎng)的售后服務(wù)更為薄弱，絕大部分企業(yè)還不具備國際市場(chǎng)的開拓和服務(wù)能力。　　 2、舊的管理模式和管理機(jī)制不適應(yīng)現(xiàn)代服務(wù)體系要求，快速反映能力差，運(yùn)用信息化手段提高企業(yè)基礎(chǔ)管理能

21、力尚有較大差距。 1.5 本文的主要研究內(nèi)容 利用PLC可以直接對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置和速度控制，無需增加定位模塊，節(jié)約成本。PLC的處理速度高，輸出脈沖的頻率也很高，而且指令也很簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)聯(lián)機(jī)的情況下也可方便地進(jìn)行所有指令的修改工作。 本系統(tǒng)通過觸摸屏進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,使操作簡(jiǎn)單,也減少了在運(yùn)行過程中的故障查找環(huán)節(jié)，大大提高了工作效率。 第二章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能概述 本系統(tǒng)由PLC控制伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角的精確控制，利用皮帶傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)水平方向的精確位移。通過人機(jī)界面上控制開關(guān)的選則，配備兩種工作方式，以供選擇。如自動(dòng)加工、點(diǎn)動(dòng)

22、加工兩種工作方式，工作過程分別為： 自動(dòng)加工方式：工作準(zhǔn)備工作進(jìn)給沖壓剪切直到加工完畢停機(jī)。 點(diǎn)動(dòng)加工方式：工作準(zhǔn)備按一下動(dòng)作開關(guān)工作進(jìn)給沖壓等待下一次動(dòng)作按鈕的按下。 2.2 初步確定沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)的架構(gòu) 如圖2.2.1，由人機(jī)界面將要求加工的數(shù)據(jù)傳給PLC，并將PLC傳送回來的信息顯示出來；PLC作為核心控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算并發(fā)送指令脈沖給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器通過編碼線使伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)定位。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，齒輪的傳動(dòng)比是3.5/1，皮帶的傳動(dòng)比是1/1，所以系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的總傳動(dòng)比是3.5/1。 圖2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖2.2.2，圖中的

23、傳感器的作用是確定工件初始位置，系統(tǒng)初始化時(shí)，向伺服發(fā)送脈沖，當(dāng)傳送帶帶動(dòng)板材運(yùn)動(dòng)到傳感器位置時(shí)，令PLC重新向伺服發(fā)送脈沖，脈沖距離為L1。脈沖送完后，板材位置初始化完成。 其中L1=200mm，L2=400mm。 圖2.2.2 板材的初始定位 第三章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能分析 3.1 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)各部分功能分析 本系統(tǒng)的控制部分主要由PLC、伺服模塊和人機(jī)界面組成。每個(gè)模塊的功能個(gè)不相同，下面對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。 3.1.1 PLC功能分析 可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器

24、，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 本系統(tǒng)以PLC作為系統(tǒng)的核心控制器，完成系統(tǒng)所需的輸入輸出控制及內(nèi)部的邏輯運(yùn)算和信息傳遞。用PLC控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、功能鍵的選擇、主要的伺服定位控制和沖頭與切片的動(dòng)作；經(jīng)過PLC內(nèi)部的數(shù)字處理與邏輯運(yùn)算，完成系統(tǒng)的順序動(dòng)作及其控制要求。 3.1.2 伺服模塊功能分析 伺服控制是指對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的有效控制，即對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的速度、位置、加速度進(jìn)行控制。本系統(tǒng)的伺服模塊由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)和傳感器組成。 伺服模塊是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)核心，主要完成系統(tǒng)中工

25、件的精確定位，使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)可靠性加強(qiáng)。伺服驅(qū)動(dòng)器通過PLC外部輸出的脈沖頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，使速度控制和位置控制都能達(dá)到系統(tǒng)所需的控制要求。 3.1.3人機(jī)界面功能分析 人機(jī)界面（Human Machine Interaction，簡(jiǎn)稱HMI），是系統(tǒng)和用戶進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。 人機(jī)界面在本系統(tǒng)中主要的功能是使系統(tǒng)的操作變得簡(jiǎn)單明了，數(shù)據(jù)的編程變得容易，整體實(shí)現(xiàn)美觀化和人性化的設(shè)計(jì)。與PLC一起構(gòu)成系統(tǒng)的控制部分，節(jié)省了PLC的輸入接口，完成與PLC的數(shù)據(jù)交換，將系統(tǒng)所需要顯示的內(nèi)顯示在界面上，

26、讓用戶第一時(shí)間了解所需信息，并根據(jù)信息做出正確的操作。 3.2 系統(tǒng)總體功能分析 如圖3.2.1所示，本系統(tǒng)主要由PLC、人機(jī)界面、伺服系統(tǒng)、氣缸組成，主要完成的內(nèi)容是沖床加工的自動(dòng)控制，沖頭和切片采用氣缸沖壓方式，利用PLC控制其電磁閥的吸合，完成沖頭、切片氣缸的伸縮，即完成沖壓動(dòng)作。沖床的自動(dòng)送料及定位控制由PLC和伺服模塊實(shí)現(xiàn)，根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，算出接受多少的脈沖伺服電動(dòng)機(jī)走多遠(yuǎn)的距離，然后根據(jù)人機(jī)界面上輸入的移動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，再利用PLC內(nèi)部自帶的脈沖發(fā)生器，將指定的脈沖數(shù)目發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，完成系統(tǒng)所要求的移動(dòng)位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料和定位控制。 圖

27、3.2.1 系統(tǒng)總體控制框圖第四章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能硬件實(shí)現(xiàn) 4.1 控制器PLC的選型 因?yàn)樗欧姍C(jī)的位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以我們需要對(duì)電機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率進(jìn)行精確控制。且由于伺服電機(jī)具有無累計(jì)誤差、跟蹤性能好的優(yōu)點(diǎn)，伺服電機(jī)的控制主要采用開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，通常在使用時(shí)要搭配伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，而伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用了大規(guī)模集成電路，具有高抗干擾性及快速的響應(yīng)性。在使用伺服驅(qū)動(dòng)器時(shí)，往往需要較高頻率的脈沖，所以就要求所使用的PLC能產(chǎn)生高頻率脈沖。 選擇合適的機(jī)型是PLC控制系統(tǒng)的硬件配置的關(guān)鍵問題，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)PLC的廠家很多，如西

28、門子、三菱、松下、歐姆龍、LG、ABB公司等，不同的廠家的PLC產(chǎn)品雖然基本功能相似，但有些特殊功能、價(jià)格、服務(wù)及使用的編程指令和編程軟件都不相同。而同一個(gè)廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品又有不同的系列，同一系列又有不同的CPU型號(hào)，不同系列、不同型號(hào)的產(chǎn)品在功能上有較大的差別。因此如何學(xué)用合適的機(jī)型至關(guān)重要。 4.1.1 PLC的選型原則 在滿足控制要求的前提下選型時(shí)應(yīng)選最佳的性價(jià)比，一般可以從以下幾個(gè)方面考慮： 1.I/O點(diǎn)數(shù)估算 I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求有可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出點(diǎn)總數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象的模擬量、開關(guān)量、輸入/輸

29、出設(shè)備狀況（包括模擬量、開關(guān)量、輸出類型）來確定，一般一個(gè)輸入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)。考慮到今后的擴(kuò)充，一般應(yīng)估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)再加上15%～20%的備用量。 本設(shè)計(jì)所占用的I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)算： 輸入信號(hào)：停止按鈕，需要一個(gè)輸入點(diǎn)；定位傳感器信號(hào)，需一個(gè)輸入點(diǎn)；氣缸上下限位信號(hào)，需要四個(gè)輸入點(diǎn)。以上共需要6個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，考慮以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有20%的備用點(diǎn)，即用620%=2，取2個(gè)點(diǎn)，這樣共用8個(gè)輸入點(diǎn)。 輸出信號(hào)：一共要用三個(gè)指示燈，需要三個(gè)輸出點(diǎn)；伺服驅(qū)動(dòng)器需要三個(gè)輸出點(diǎn)；電磁閥的控制需要兩個(gè)輸出點(diǎn)；以上共需要8個(gè)輸出點(diǎn)考慮以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有20%的備用點(diǎn)，即820%=2

30、.6，取2個(gè)點(diǎn)，這樣共用10個(gè)輸出點(diǎn)。 2、用戶存儲(chǔ)容量估算 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、量程結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)I/O點(diǎn)及有關(guān)功能器占用內(nèi)存大致如下： 開關(guān)量輸入元件：10～20B/點(diǎn)； 開關(guān)量輸出元件：5～10B/點(diǎn)； 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2B/個(gè)； 模擬量：100～150B/點(diǎn)； 通信接口：一個(gè)接口一般需要300B以上； 根據(jù)上面算出總字?jǐn)?shù)再加上25%左右的備用量，就可以估算出程序所需要的內(nèi)存量，從而選擇合適的PLC內(nèi)存。 本設(shè)計(jì)所需CPU內(nèi)存的計(jì)算： 開關(guān)量輸入元件8點(diǎn)10～20B/點(diǎn)≈

31、80～160B； 開關(guān)量輸出元件：10點(diǎn)5～10B/點(diǎn)≈50～100B； 總需內(nèi)存量：130～260B； 4.1.2 本系統(tǒng)中可編程序控制器的選取及其特點(diǎn) 目前PLC使用性能較好的SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的AB公司，根據(jù)性價(jià)比的選擇，根據(jù)被控對(duì)象的I/0點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，本設(shè)計(jì)采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。 1.Siemens S7-200系列PLC特性 一、Siemens S7-200主要功能模塊介紹 （1）CPU模塊 S7-200的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)

32、緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。從CPU模塊的功能來看，CPU模塊為CPU22*，它具有如下五種不同的結(jié)構(gòu)配置的CPU單元。 ①CPU224它有14輸入/10輸出，I/0共計(jì)24點(diǎn)。和前兩者相比，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，它可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用得最多S7-200產(chǎn)品。 ②CPU226它有24輸入/16輸出，I/0共計(jì)40點(diǎn)，和CPU224相比，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)。它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 （2）開關(guān)量I/O擴(kuò)展模塊 當(dāng)C

33、PU的I/0點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行I/O擴(kuò)展，I/O擴(kuò)展包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。通常開關(guān)量I/O模塊產(chǎn)品分3種類型:輸入模塊、輸出模塊以及輸入/輸出模塊。典型的數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊有:輸入擴(kuò)展模塊EM221有兩種:8點(diǎn)DC、8點(diǎn)AC輸入;輸出擴(kuò)展模塊EM222有三種:8點(diǎn)DC晶體管輸出，8點(diǎn)AC輸出、8點(diǎn)繼電器輸出。輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223有六種:分別為4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸出、4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))繼電器輸出。 2.本設(shè)計(jì)PLC的配置 本設(shè)計(jì)選用S7-200系列PLC的CPU的型號(hào)

34、為CPU224。本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 圖4.1 S7-224型PLC 4.2 伺服選型 4.2.1 伺服電機(jī)的選型 伺服電機(jī)選型應(yīng)考慮的問題 （1）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 電機(jī)選擇首先依據(jù)沖床快速行程速度?？焖傩谐痰碾姍C(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)

35、嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 式中，為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（rpm）；n為快速行程時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（rpm）；為直線運(yùn)行速度（m/min）；u為系統(tǒng)傳動(dòng)比，u=n電機(jī)/n絲杠；絲杠導(dǎo)程（mm）。 在本系統(tǒng)中大約為10 m/min，為1/3.5，則n大約為2.86，所以取電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000rpm。 （2）慣量匹配問題及計(jì)算負(fù)載慣量 為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求, 負(fù)載慣量JL應(yīng)限制在2.5倍電機(jī)慣量JM之內(nèi)，即。 式中，為各轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2；為各轉(zhuǎn)動(dòng)件角速度，rad/min；為各移動(dòng)件的質(zhì)量，kg；為各移動(dòng)件的速度，m/min；為伺服電機(jī)

36、的角速度，rad/min。 3）空載加速轉(zhuǎn)矩 空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到快速時(shí)。一般應(yīng)限定在變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩的80% 以內(nèi)。 式中，為與電機(jī)匹配的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）；為空載時(shí)加速轉(zhuǎn)矩（N.m）；為快速行程時(shí)轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的載荷轉(zhuǎn)矩（N.m）；為快速行程時(shí)加減速時(shí)間常數(shù)（ms）。 （4）切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 在正常工作狀態(tài)下，切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不超過電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%。 式中，為最大切削轉(zhuǎn)矩（N.m）；D為最大負(fù)載比。 （5）連續(xù)過載時(shí)間 連續(xù)過載時(shí)間應(yīng)限制在電機(jī)規(guī)定過載時(shí)間之內(nèi)。 根據(jù)以上要求系統(tǒng)選用SINAMIC V80專用伺

37、服電機(jī)做為系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部分。如下是伺服電機(jī)的一些典型技術(shù)數(shù)據(jù)： 表4.2.1 伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 1F4033-0AF21-0AA0 參數(shù) 單位 數(shù)據(jù) 額定功率 0.4 額定扭矩 1.27 額定電流 2.0 額定速度 3000 扭矩常數(shù) 0.682 轉(zhuǎn)子慣量 0.603 額定角加速度 21100 4.2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器的選型 西門子的經(jīng)濟(jì)型伺服包括V80系列，V80 的功率范圍為0.1 kW~0.75 kW,并與S7-200一起構(gòu)成簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)型伺服控制系統(tǒng)。 圖4.2.2 SINAMICS V80伺服系統(tǒng) SINA

38、MICS V80伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)兩部分，伺服驅(qū)動(dòng)器總是與其對(duì)應(yīng)的同等功率的伺服電機(jī)一起配套使用。SINAMICS V80伺服驅(qū)動(dòng)器通過脈沖輸入接口來接受從上位控制器發(fā)來的脈沖序列，進(jìn)行速度和位置的控制，通過數(shù)字量接口信號(hào)來完成驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行的控制和實(shí)時(shí)狀態(tài)的輸出。 SINAMICS V80的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 1、硬件系統(tǒng) 最小化的尺寸，節(jié)省安裝空間； 優(yōu)化的散熱和通風(fēng)設(shè)計(jì)，無需散熱風(fēng)扇； 標(biāo)準(zhǔn)化的接口與端子，簡(jiǎn)化安裝與維護(hù)； 速度設(shè)定直接為脈沖輸入，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)配套設(shè)計(jì)，配合完美。 2、技術(shù)功能 無需參數(shù)調(diào)試，簡(jiǎn)單易用； 高精度

39、的控制脈沖，更好的滿足控制的要求； 集成的編碼器接口，可直接實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 3、通訊連接 標(biāo)準(zhǔn)的連接電纜，與 PLC 實(shí)現(xiàn)順暢、可靠的連接； 全面的實(shí)現(xiàn)全集成的自動(dòng)化（TIA）。 4.3 沖頭切片氣缸選型 圖4.3 氣液增壓機(jī) 由于本系統(tǒng)的沖壓力矩要求很大，所以使用氣液增壓機(jī)結(jié)構(gòu)。如圖4.3所示為氣液增加缸工作原理，采用氣缸與液壓缸以及氣控電控閥組作為動(dòng)力執(zhí)行元件。 最大6bar或10bar壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，無需液壓系統(tǒng)，即可產(chǎn)生2kN - 2000kN的沖壓力，沖壓力可在額定最大值以下無級(jí)調(diào)節(jié)。三行程全新沖壓設(shè)備 針對(duì)實(shí)際沖壓加工的不同階段科學(xué)定點(diǎn)地施加不同的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了最

40、經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量沖壓加工，能耗極低 。 氣液增壓機(jī)有四種工作方式 1.靜止?fàn)顟B(tài)。 2.快進(jìn)行程——主閥（a）動(dòng)作，工作活塞桿（1）純氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)外伸，推動(dòng)上模具快速小力接觸工件。 3.力行程——上模具遇到外阻（工件），力行程轉(zhuǎn)換閥（b）自動(dòng)動(dòng)作，增力活塞桿（2）封閉高壓油，開始?xì)庖涸鰤旱牧π谐獭? 4.返回行程——主閥換向，內(nèi)置式力行程轉(zhuǎn)換閥自動(dòng)排氣，工作活塞桿返回，完成一個(gè)工作循環(huán)。 4.3.1 氣液增壓機(jī)的特點(diǎn) 1、先進(jìn)的“軟到位”沖壓技術(shù) 在空行程，沖壓模具由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，快還小力接觸工件，無沖擊、無噪聲，極大地提高了沖壓加工質(zhì)量及模具壽命，改善了沖壓加工環(huán)境。 2、

41、獨(dú)特的“增力自適應(yīng)”沖壓技術(shù) 在總行程范圍內(nèi)，無論在任何位置，只要模具一碰到工件，氣液增壓機(jī)即自動(dòng)地由快進(jìn)行程轉(zhuǎn)換為力行程，進(jìn)行全力沖壓加工，無需任何附件的調(diào)節(jié)控制。更換不同模具，不同工作，無需進(jìn)行設(shè)備形成調(diào)節(jié)。 4.3.2 氣液增壓機(jī)的功能 氣缸與液壓缸專利密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集氣缸與液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)于一體，完善的結(jié)構(gòu)是高效率、高質(zhì)量、長壽命和運(yùn)行成本低的可靠保證。我們還設(shè)立了感應(yīng)開關(guān)，在預(yù)壓氣驅(qū)動(dòng)的行程中，它只要在任何位置點(diǎn)感應(yīng)到工件，就會(huì)立即轉(zhuǎn)換成液壓，無需走完全部行程，同時(shí)在增壓的液壓行程中壓力穩(wěn)定，誤差極小。同時(shí)我們采用多種控制方式，加入壓力控制表,如果您需要壓力為3.2T那么可以設(shè)

42、定此壓力，那么它輸出的壓力僅為3.2T，超過此值即自動(dòng)回程.。采用氣驅(qū)動(dòng)液壓油來完成作為動(dòng)力執(zhí)行元件，與氣壓或液壓式?jīng)_壓設(shè)備相比最高節(jié)能可達(dá)90%。 工作過程無沖擊、無噪聲，可極大地提高工件加工質(zhì)量及模具壽命。更換不同的模具即可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，可最佳的進(jìn)行板件連接及完成板件成形、彎曲、沖壓、沖裁、矯正、剪切、鉚接、沖壓印字等工作。 氣液增壓機(jī)產(chǎn)品因?yàn)槠洫?dú)特的五大特點(diǎn)---功耗小僅為220V 3W，輸出力大---液壓輸出力最大可達(dá)200T，效率高--是普通液壓機(jī)速度的三~四倍，可調(diào)節(jié)方式多，便于調(diào)節(jié)，壓力，速度，時(shí)間，位移等，體積小---很容易組裝成生產(chǎn)線，很小的體積完成大設(shè)備的功能。動(dòng)作過

43、程自動(dòng)分成兩段，第一段快進(jìn)行程，軟到位保護(hù)模具，第二步為液壓，穩(wěn)定地輸出液壓壓力。所以氣液增壓機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車零部件制造業(yè)，軸承裝配業(yè)，壓鉚螺柱螺母行業(yè)，無鉚釘鉚接的鈑金行業(yè)等等。 4.4 檢測(cè)元器件選型 光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。 光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等

44、；也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。 圖4.4 光電傳感器 光電傳感器的特點(diǎn)： 1、檢測(cè)距離長 如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測(cè)距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段（磁性、超聲波等） 無法離檢測(cè)。 2、對(duì)檢測(cè)物體的限制少 由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物體

45、限定 在金屬，它可對(duì)玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。 3、響應(yīng)時(shí)間短 光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。 4、分辨率高 能通過高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。 5、可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè) 可以無須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。 6、可實(shí)現(xiàn)顏色判別 通過檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)

46、，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。 7、便于調(diào)整 在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。 4.5 人機(jī)界面選型 沖床一般來說工作環(huán)境惡劣，常常要在露天和強(qiáng)光照射下工作，灰塵、油污很多，因此要求此類機(jī)械設(shè)備具有很強(qiáng)的抗沖擊、抗振動(dòng)的能力。 K-TP178micro是西門子專門針對(duì)中國中小型自動(dòng)化產(chǎn)品用戶需求而設(shè)計(jì)的全新5.7in S7-200專用觸摸屏。它集中了同類產(chǎn)品的眾多優(yōu)點(diǎn)，功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越、高可靠性、外表美觀、同時(shí)價(jià)格低廉，適合使用在眾多的自動(dòng)化設(shè)備上。K-TP178micro傾注了全球領(lǐng)先的設(shè)計(jì)理念、采用最先進(jìn)的HMI技術(shù)，選用最可靠的

47、電子元器件，以及本地化的生產(chǎn)策略。 圖4.5 K-TP178micro人機(jī)界面 采用K-TP178micro的理由： (1) 沖床設(shè)備一般都在野外作業(yè)，工作地點(diǎn)環(huán)境惡劣，首先要求的是所有的部件都要具有較強(qiáng)的抗沖擊和抗振動(dòng)的能力，KTP-178 micro擁有先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)，所以具有很強(qiáng)的抗振能力，能勝任工程機(jī)械設(shè)備在野外惡劣環(huán)境下作業(yè)的要求。 (2) 沖床設(shè)備一般在野外作業(yè)的時(shí)候，往往有很多的灰塵和油污，這就要求所有的部件都要具有較強(qiáng)的防塵、防水和防油污能力，KTP-178 micro的前面板采用一體式無縫設(shè)計(jì)，能很好的防塵、防水和防油污。 (3) 沖床設(shè)備在野外作業(yè)，白

48、天強(qiáng)光照射下，普通觸摸屏?xí)床磺?，KTP-178 micro選用了高亮度液晶顯示屏，即使在強(qiáng)光線照射下，也能很輕松地看清屏幕，進(jìn)行準(zhǔn)確的操作。 (4) 沖床行業(yè)有一些設(shè)備需要有很高的可靠性，如起重機(jī)等，這就要求控制系統(tǒng)要有很高的可靠性，而西門子的產(chǎn)品以可靠性能著稱，不管是S7-200PLC還是KTP-178 micro觸摸屏都具有無與倫比的可靠性，可以解決用戶在安全性能上的后顧之憂。 (5) 同時(shí)，KTP-178 micro還具有高性能的32位ARM7CPU處理芯片，8M的超大內(nèi)存，使沖床設(shè)備擁有快速的操作響應(yīng)時(shí)間。 第五章 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能軟件實(shí)現(xiàn) 5.1 沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)的

49、流程 首先，在編寫軟件之前需要根據(jù)系統(tǒng)所需要求制定軟件流程圖，當(dāng)軟件流程圖繪制成功了，那么對(duì)自己所要編寫的程序就有了一個(gè)大致的編寫內(nèi)容和編寫方向。如圖5.1.1所示，是系統(tǒng)的總體軟件流程圖。系統(tǒng)總共有兩種操作方式，根據(jù)人機(jī)界面的操作選擇加工方式，其加工方式的編程可逐一編制。 手動(dòng)加工方式需按下“下一步”按鈕，沖床才會(huì)根據(jù)所編寫的程序，進(jìn)行加工一次的步驟。 自動(dòng)加工方式需按下“啟動(dòng)”按鈕，沖床才會(huì)根據(jù)所編寫的程序，進(jìn)行整板的全部加工，指導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或操作停止。 由于總體軟件流程圖，不能夠使軟件準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，所以又將伺服系統(tǒng)和沖頭切片的控制流程進(jìn)行的分析。 圖5.1 沖床系統(tǒng)軟件

50、流程圖 5.1.1 伺服系統(tǒng)控制流程 伺服是沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要部分，它完成工件沖孔位置的確定。如圖5.1.1是伺服系統(tǒng)的控制流程圖。 圖5.1.1 伺服系統(tǒng)控制流程圖 其中將移位數(shù)據(jù)傳送給伺服驅(qū)動(dòng)器是關(guān)鍵，所以要解決移位數(shù)據(jù)的計(jì)算。因?yàn)殡姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)速是3000轉(zhuǎn)每分，即50轉(zhuǎn)每秒，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈需要1000個(gè)脈沖。且伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，皮帶位移100mm，即PLC送給伺服1000個(gè)脈沖，皮帶帶動(dòng)工件移動(dòng)了100mm。 脈沖的傳送可以用PLS指令來完成。脈沖輸出指令（PLS）用于在高速輸出（Q0.0和Q0.1）上控制脈沖輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。S7-200有兩個(gè)

51、PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個(gè)高速脈沖串或者一個(gè)脈寬調(diào)制波形，分別是Q0.0、Q0.1。一個(gè)指定的特殊寄存器（SM）位置為每個(gè)發(fā)生器存儲(chǔ)下列數(shù)據(jù)：一個(gè)控制字節(jié)（8位），一個(gè)計(jì)數(shù)值（32無符號(hào)數(shù)）和一個(gè)周期或脈寬值（16位無符號(hào)數(shù)）。 PLS指令會(huì)從特殊存儲(chǔ)器SM中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲(chǔ)值控制PTO/PWM發(fā)生器，SMB67控制PTO0或者PWM0，SMB77控制PTO1或者PWM1。表5.1.2為PTO/PWM控制寄存器SM標(biāo)志數(shù)據(jù)，通過改變其數(shù)據(jù)就可以改變其控制方式。 編程軟件時(shí)，我們使用Q0.0高速脈沖輸出口，采用脈寬調(diào)制（PWM）控制方式，所以SM67的存儲(chǔ)內(nèi)容為“16#

52、DB”。將輸出脈沖周期數(shù)（距離）送給SMW68，將PWM脈沖寬度值（速度）送給SMW70。 表5.1.2 PTO/PWM控制寄存器的SM標(biāo)志 Q0.0 Q0.1 控制字節(jié) SM67.0 SM77.0 PTO/PWM更新周期值 0=不更新； 1=更新周期值 SM67.1 SM77.1 PWM更新脈沖寬度值 0=不更新； 1=脈沖寬度值 SM67.2 SM77.2 PTO更新脈沖數(shù) 0=不更新； 1=更新脈沖數(shù) SM67.3 SM77.3 PTO/PWM時(shí)間基準(zhǔn)選擇 0=1/格； 1=1ms/格 SM67.4 SM77.4 PWM更

53、新方法 0=異步更新； 1=同步更新 SM67.5 SM77.5 PTO操作 0=單端操作； 1=多段操作 SM67.6 SM77.6 PTO/PWM模式選擇 0=選擇PTO； 1=選擇PWM SM67.7 SM77.7 PTO/PWM允許 0=禁止； 1=允許 SMW68 SMW78 PTO/PWM周期值（2到65535） SMW70 SMW80 PWM脈沖寬度值（0到65535） SMD72 SMD82 PTO脈沖計(jì)數(shù)值（1到4，294，967，295） SMB166 SMB176 進(jìn)行中的段數(shù)（僅在多段PTO操作中） SMW16

54、8 SMB178 包絡(luò)表的起始位置，用從V0開始的字節(jié)偏移表示 SMB170 SMB176 線性包絡(luò)狀態(tài)字節(jié) SMB171 SMB181 線性包絡(luò)結(jié)果寄存器 SMD172 SMD182 手動(dòng)模式頻率寄存器 5.1.2 沖頭切片控制流程 沖床的沖頭和切片動(dòng)作是沖床對(duì)板材的加工過程。如圖5.1.2所示是沖頭和切片動(dòng)作的流程圖。 圖5.1.2 沖頭切片控制流程圖 如圖5.1.3所示是零件的樣品圖。伺服定位完成后，使其POS_OK置數(shù)，然后執(zhí)行沖頭的動(dòng)作。在沖孔動(dòng)作中，要判斷板材是否已經(jīng)沖孔完畢，即Dn沒有設(shè)置距離，若沒沖完且切片不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，則沖頭氣缸繼續(xù)進(jìn)行沖孔加

55、工工藝；若板材已經(jīng)沖孔完畢且切片不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，那么沖頭就不需要?jiǎng)幼?，繼續(xù)讓伺服運(yùn)動(dòng)到此次加工零件長度距離的結(jié)束，然后重新進(jìn)行下一個(gè)零件的加工，此距離的計(jì)算是，就是伺服需要移動(dòng)的距離。 圖5.1.3 零件樣品圖 在切片動(dòng)作中，若首次運(yùn)行時(shí)，要考慮沖頭與切片之間的距離L2（見圖2.2.2），要將伺服所移動(dòng)的脈沖數(shù)減去L2距離的脈沖數(shù)等于板長時(shí)，切片氣缸才動(dòng)作；若不是首次運(yùn)行，那么就不要考慮L2。 圖5.1.4 切片加工時(shí)沖頭位置圖 根據(jù)圖5.1.4，伺服所需移動(dòng)距離計(jì)算為： 若是首次運(yùn)行時(shí)，，若不是首次運(yùn)行，那么時(shí)（是切片動(dòng)作后伺服所移動(dòng)的距離，是切片動(dòng)作后伺服下一步將要移動(dòng)的距離和

56、伺服先前移動(dòng)的距離之和），將的距離脈沖送給伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)切片動(dòng)作的定位，切片加工完成后再將距離送給伺服，完成本次沖孔的動(dòng)作，并將加入寄存器中以待下次板材長度的計(jì)算。和的值由寄存器進(jìn)行累加得來。 5.2 PLC的I/O地址分配 根據(jù)沖床系統(tǒng)要求，PLC輸入需要HMI和硬件急停、開始、初始化；又因?yàn)橄到y(tǒng)具有兩種工作方式，所以需要“手動(dòng)”、“自動(dòng)”按鍵的選擇，還有一個(gè)定位傳感器和兩個(gè)氣缸限位開關(guān)，以及伺服系統(tǒng)的定位完成信號(hào)。所以需要11個(gè)輸入口。 伺服系統(tǒng)需要三個(gè)PLC輸出口——脈沖輸出、清除脈沖、伺服使能；示燈需要三個(gè)PLC輸出口——紅、黃、綠；以及沖頭、切片氣缸電磁閥的控制，分別需要一個(gè)

57、PLC輸出口。所以需要8個(gè)PLC輸出口。 表5.2 PLC 的I/O地址表 輸入 輸出 I0.0 HMI急停 Q0.0 脈沖輸出 I0.1 下一步 Q0.1 清除脈沖 I0.2 急停復(fù)位 Q0.2 使能 I0.3 手動(dòng) Q0.3 綠燈 I0.4 自動(dòng) Q0.4 黃燈 I0.5 啟動(dòng) Q0.5 紅燈 I0.6 定位傳感器 Q0.6 沖頭氣缸電磁閥 I0.7 沖頭氣缸下限位 Q0.7 切片氣缸電磁閥 I1.0 切片氣缸下限位 I1.1 POS_OK I1.2 初始化 5.3 PLC控制系統(tǒng)程

58、序 5.3.1 初始化程序 設(shè)置PWM/PTO控制寄存器的SM標(biāo)志位的控制字節(jié)。SMB67設(shè)置為16#DB，采用PWM脈沖輸出方式。SMW68為脈沖周期設(shè)置，即輸出距離的設(shè)置。 SWM70為脈沖寬度值，即輸出速度的設(shè)置，設(shè)置成1000，即為轉(zhuǎn)速為1r/s，速度為100mm/s。PLS設(shè)置脈沖輸5出為Q0.0輸出口。 將VB100的地址存入AC1，將-4000存入VW204，4000為沖頭與切片之間的距離，以備后面數(shù)據(jù)運(yùn)算的應(yīng)用。 將VW208清零，存放的內(nèi)容為伺服已經(jīng)移動(dòng)的脈沖總和，是循環(huán)沖板的關(guān)鍵。 將VW100的值移入VW206，VW206存放的內(nèi)容為伺服移動(dòng)下

59、一步將要運(yùn)動(dòng)的脈沖總數(shù)，是為了數(shù)據(jù)運(yùn)算中切片是否動(dòng)作的關(guān)鍵。 網(wǎng)絡(luò)3：當(dāng)伺服運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)板材運(yùn)動(dòng)到定位傳感器時(shí)，將2000移入SMW70，意思是定位傳感器到?jīng)_頭的距離是200mm。 5.3.2 數(shù)據(jù)運(yùn)算程序 當(dāng)脈沖傳送完畢，即整板沖孔完畢，重新將VB100的地址送給AC1。將VW202將去VW208內(nèi)的值送給AC0，即最后一個(gè)孔沖完后，將整板距離移動(dòng)完成。 將AC0送給VW200，完成整板沖孔。再將AC0的值移送給VW206，同樣將移動(dòng)的總脈沖送給VW206。置數(shù)整板沖完寄存器。 因?yàn)橐苿?dòng)脈沖數(shù)與距離數(shù)的比例是10/1，所以講沖孔的距離乘以10移給VW200，完成脈沖的計(jì)

60、算。 同樣，將板長得脈沖移給VW202。 將當(dāng)前要移動(dòng)的脈沖數(shù)加上VW208移給VW208，VW208存放的為當(dāng)前伺服移動(dòng)的總脈沖數(shù)。將AC1加2，意思是將指針指向下一個(gè)要沖孔的距離。 將下一步要移動(dòng)的脈沖和總共移動(dòng)的脈沖數(shù)累加起來存入VW206。 網(wǎng)絡(luò)3：當(dāng)VW206小于VW202時(shí)，運(yùn)行“伺服移動(dòng)”子程序。即當(dāng)下一步伺服移動(dòng)的脈沖數(shù)加上總共移動(dòng)的脈沖數(shù)小于板長脈沖時(shí)，也就是切片氣缸不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)。 當(dāng)下一步伺服移動(dòng)的脈沖數(shù)加上總共移動(dòng)的脈沖數(shù)大板長脈沖時(shí)，也就是切片氣缸需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，將切片氣缸電磁閥置數(shù)，將VW202減去VW208得到切片氣缸動(dòng)作，切掉板材，完成一

61、個(gè)板材的沖孔。當(dāng)VW206剛好等于VW202時(shí)，沖頭氣缸電磁閥也置數(shù)。 當(dāng)整個(gè)板材切片后，確定下一步需要沖孔的脈沖。 重新將VW200賦值給VW206，即重新裝載板長比較的初始值。 5.3.3伺服系統(tǒng)控制程序 網(wǎng)絡(luò)1：需要移動(dòng)的脈沖數(shù)VW200移給SMW68，確定伺服移動(dòng)脈沖數(shù)。 5.5 人機(jī)界面的編制 按下“編程”鍵進(jìn)入程序編輯界面；按下“加工”鍵進(jìn)入加工選擇方界面。 D0~D17是工件沖孔的距離，可以直接進(jìn)行編輯，最多可以編程18個(gè)孔。編輯完成后按下“加工”鍵進(jìn)入加工選擇界面。 在進(jìn)行加工時(shí)必須按下“動(dòng)作前準(zhǔn)備”鍵，才能進(jìn)行“手動(dòng)”和“自

62、動(dòng)”界面，進(jìn)行加工。 手動(dòng)加工界面，按下“下一步”鍵，沖床做一次加工運(yùn)動(dòng)。 自動(dòng)加工界面，按下“啟動(dòng)”鍵，沖床完成程序的全部動(dòng)作。第六章 總結(jié)和展望 6.1論文工作總結(jié) 2012年2月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 3月初，我的畢業(yè)論文題目定了下來，是：基于西門子PLC的沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)選題報(bào)告，開題

63、報(bào)告定下來的時(shí)候，我當(dāng)時(shí)便立刻著手資料的收集工作中。在搜集資料的過程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個(gè)筆記本。我在學(xué)校圖書館，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，以便對(duì)論文的編寫。在此過程中老師還主動(dòng)詢問了搜集資料的進(jìn)度和資料的正確性。 　　為了畫出自己滿意的電路圖，流程圖等，且由于沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，覺得無從下手，空有很多設(shè)計(jì)思想，卻不知道應(yīng)該選哪個(gè)，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計(jì)漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。方案中伺服定位和系統(tǒng)的判斷比較的設(shè)計(jì)是個(gè)比較頭疼的問題，在反復(fù)推敲，對(duì)比的過程

64、中，終于將程序編制完成。 　　當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對(duì)的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。 　　我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對(duì)無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時(shí)的激動(dòng)和興奮；親手設(shè)計(jì)電路圖的時(shí)間里，記憶最深的是每一步小小思路實(shí)現(xiàn)時(shí)那幸福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)

65、藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、人積極面的知識(shí)，讓我對(duì)我所學(xué)過的知識(shí)有所鞏固和提高，并且讓我對(duì)當(dāng)今PLC的最新發(fā)展技術(shù)有所了解。在整個(gè)過程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長了見識(shí)。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭(zhēng)取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 　　腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知

66、識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 　　在此更要感謝我的導(dǎo)師和專業(yè)老師，是你們的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 6.2發(fā)展與展望 21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（D