基于GEPLC的剪切机自动控制系统设计.pdf

第 3期 总第 1 8 4期 2 0 1 4年 O 6月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NE ERI NG＆ AUTOMATI ON No． 3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 3 0 1 4 9 0 2 基于 GE P L C的剪切机 自动控制系统设计 王 丹 丹 武 汉工程 大学 电气信息学院 ，湖北 武 汉4 3 0 0 7 0 摘要 介绍 了液压 剪切 机的工作过程 、主机结构及液压传 动系统 ，提 出 了基于 GE F a n u c 9 0 3 0系列 P L C和 触摸屏 的剪切 机 自动控制系统 的设计方 案。重点阐述 了 P L C 自动控 制系统和 上位机 监控 系统的硬件 结构和 软件设计 ，经 现场生产应用系统工作性 能稳定 。 关键词 液压 剪切 机；GE F ANu c 9 0 3 0系列 P I C； 自动控制 中图分类号 TP 2 7 3 TG 3 3 3 ． 2 1 文献标识码 A 0 引言 液 压剪 切 机是 一种 对废 旧钢 材进 行处 理 的重要 机 器 ， 整机由剪切机部分、 液压传动系统和控制台 3 部分 组成。用液压 传动系统 作为能 源来剪切大 型废 旧钢 材 ， 相对于机械传动来说不仅能够传 递更 大的动力而 且磨损较小 。剪切机 日常使用时是以操作 台手动控制 为 主 ， 为避 免剪 切 能力 不足 、 油压 过极 限等意 外情 况 的 发生 ， 操作人员必须随时密切注视现场的机器操作 ， 通 常需要熟练的操作人员才能胜任 ， 无法提高工作效率 。 为此本文设计 了一套基 于 P I C和触摸屏 的剪切机 自 动控制系统 ， 用触摸屏来显示整个系统的操作 ， 以 GE 公司 P L C作为控制器 ， 并备有报警提示以提醒操作员 设 备 当前 的运 行状 况 ， 从 而 减少 机器 的磨 损 和损坏 ， 提 高工作效率 。 1废 旧钢 材 液压 剪切 机 自动控 制 系统 本系统使用的剪切机能力为 4 1 0 N～1 0 N， 剪 切宽度 1 0 0 0 0 mm， 剪切速度 4 ． 3次／ mi n ， 操作控制采 用逻辑控制。剪切机 的主要动作为送 料、 横推、 前推 、 顶部翻盖闭合 、 压紧、 切断并重复循环动作 。 具体工作过程 如下 首先将原 料送入机器 中间 的槽床 中， 先横推压 紧， 再顶部翻盖闭合 ， 然后前推 至 接 近剪 刃 ， 接着 剪 刃前 的重 锤落 下将 原料 压 紧 ， 重 锤拉 起 ， 再 前推 一个 单位 量 大 约为重 锤 一次 能压 紧 的原料 的长度 ， 剪刃剪切 ， 之后重复各项操作直至前 推至接 近压紧锤可 以准备开始下一次剪切 。 一 台金属液压剪切机要完成一次完整的剪切动作 需要 8台主电机分别带动 2台液压泵以促进油路循环 产生强大液压来推动 。手动操作方式 中， 控制人员在 操作台利用控制按钮对 系统 中的液压泵进行启 停控 制， 由液压泵运行向油管中注入或者抽出油液 ， 利用液 压产 生 的压 力 变化转 化 为动能 来推 动剪 切机 的主要 部 件完成指定动作。 剪切机 自动工作方式即在 P L C和触摸屏 的监控 下， 在满足相应启动条件时按顺序启动 电机和液压泵 以及 电磁阀， 向油管 中注入 抽出 液压油带动油路循 环产生液压力 ， 再以此为动力推动剪切机完成规定动 作。液压剪切机的控制系统包括各设备故障报警及复 位、 手动与 自动方式切换 、 循环泵控制、 加热器控制 、 冷 却风机控制、 8台主电机启动控制、 1 6台电磁阀和液压 泵控制、 2台油循环电机和 2台冷却用电机控制 、 剪切 各 动作极 限控 制 、 液 压 油和润 滑油 温度 和油 面位 置 、 压 力参数的检测和调节等等。 2控制 方案 的设计 2 ． 1 硬 件 系统框 架 硬件系统设计基于 P L C的监控系统 ， 在保持操作 台原控制方式的基础上 ， 增 加一套 触摸屏 HMI 监控 系统 ， 与原模式互备操作。设计 的硬件系统框架如图 1所示 ， 由上位机和下位机两层框架组成 。下位机 以 GE F a n u c 9 0 3 0系列 P L C为核 心 ， 其 位 于 P I C柜 中 ， 配 有 2台循 环 泵 、 2台冷 却 泵 和 加 热 器 控 制 柜 以及 8 台主 电机 控 制柜 ； 上位 机选用 触 摸屏 ， 以实 现对 系统 的 组态监测和控制。触摸屏 和 P L C采用工业 以太 网连 接 ， P L C和操作 台之间采用 GE NI US总线 即远程 I ／ o模 块 连接 。 2 ． 2 硬 件 结构 组成 上位机是带控制功能的触摸屏 简称 Qu i c k P a n e l 收稿 E l 期 2 0 1 3 0 9 2 2 ；修 回 日期2 0 1 3 1 2 2 1 作者简介 王丹丹 1 9 7 7 一 ，女 ，湖北枝江人 ，讲师 ，硕士 ，主要研究方 向为检测技术与 自动化装置。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 第 3期 机 械 工 程 与 自 动 化 手臂最短 ，手最松 ， 并且停在加工位 X2 5 。 4 结束 语 本文阐述 了以三菱 F X 2 N可编程 控制器 为控制 核心的工业机械臂控制系统 ， 该系统结构紧凑 ， 简单又 实用 ， 在某企业的生产线 上 2 4 h连续运行 ， 运行平稳 可靠 。与原有的人工工作方式相 比， 极大地提 高了生 产效 率 。 参考文献 E 1 ] 钟肇新． 可 编程序 控制 器原 理及 应用 E M] ． 广 州 华南 理 工 大学出版社 ， 2 0 0 2 ． E 2 3 郝 晓弘 ， 张 萍． F X 2 N 系列 P L C在 电梯变频调 速控制 系统 中的应用[ J ] ． P L CF A， 2 0 0 5 1 2 5 O 一 5 3 ． [ 3 3 魏志强 ， 孙 旭光 ， 王益群 ， 等． 可编程控 制器在 气动机械 手 控 制中的应用[ J ] ． 液压 与气动 ， 2 0 0 9 6 1 8 2 0 ． [ 4 3 蒋少茵． P L C控制 的机械手E J -I ． 测控 自动化， 2 0 0 4 6 17 18 ． [ 5 3 史国生， 崔洪斌． P L C在机械手步进控制中的应用[ J ] ． 组 合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 1 8 2 5 2 7 ． [ 6 ] 杨存智． P L C在自动化生产机械手中的应用[ J ] ． 机床电 器 ， 2 0 0 6， 3 3 1 3 8 4 0 ． [ 7 ] 彭坚． 气动机械手 P L C控制 系统 设计 [ J ] ． 电工技术 ， 2 0 0 4 6 2 3 - 2 4 ． [ 8 3 张建 民． 机 电一 体化 系统设 计[ M] ． 北 京 高等教 育 出版 社 ， 2 0 0 9 ． [ 9 ] 高勤． 可编程控制器原理及应用 三菱机型 [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 1 0 3 章文浩． 可编程序控制 器原理及试 验[ M] ． 北京 国防工 业 出版社 ， 2 0 0 3 ． M a n i p u l a t o r Co nt r o l S y s t e m Ba s e d o n Pr o g r a m ma b l e Lo g i c Co nt r o l l e r FX2 N CUI Che n g - c he n De p a r t m e nt o f Co n t r o l Sc i e n c e a n d En g i n e e r i n g， S c h o o l o f Op t i c a l El e c t r i c a l a n d Co mp u t e r En g i n e e r ing，Uni v e r s i t y of S h a n g h a i f o r S c i e n c e a n d Te c hn o l o g y，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 3，Chi n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ， a k i n d o f ma n i p u l a t o r c o n t r o l s y s t e m u s i n g M i t s u b i s h i F X2 N P LC f o r t h e c o n t r o l l e r wa s d e s i g n e d ， t h e f e a t u r e s a n d c o n t r o l r e q u i r e me n t s o f t h e ma n i p u l a t o r we r e i n t r o d u c e d， t h e h a r d wa r e c o n f i g u r a t i o n o f t h e c o n t r o l s y s t e m wa s p r e s e n t e d ，a n d t h e l a d d e r d i a g r a m p r o g r a m wa s d e s i g n e d ． F i e l d o p e r a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n t r o l s y s t e m s t r u c t u r e i s s i mp l e ， c o m p a c t ，s a f e a n d r e l i a b l e ． Ke y wo r d s PLC；ma n i p u l a t o r ；c o n t r o l ；h a r d wa r e 上 接 第 1 5 0页 4 结 论 采 用触 摸 屏 和 G E P L C构 建 了 废 钢 剪 切 机 的 自 动监控系统 。该系统实现了剪切机在现场和上位机上 的 自动控制 ， 从而避免了剪切机的误操作 ， 提高了剪切 效率 。该系统已经在某金属资源公司废旧钢材剪切机 工程改造中得 到 了应用 ， 其操作 简单 、 灵 活、 直 观、 可 靠 ， 可以很好地满足液压剪切过程的自控要求 。 参考文献 [ 1 3 王玉英． 微 型剪 切机动 作原 理及 应用 [ J ] ． 吉林 工 学院学 报 ， 1 9 9 0， 1 1 1 8 1 8 3 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 万波 ， 王新鹏 ， 张明． 工控组态 软件 C I MP uC I TY及应 用 [ J ] ． 电力 自动化设备 ， 2 0 0 2 ， 2 2 8 1 9 2 1 ． 韩志超 ， 桑斌修． P L C与触摸屏 的实现和运用 [ J ] ． 国内外 机 电一体化技术 ， 2 0 0 6 ， 9 3 5 3 - 5 5 ． 马国华 ． 监 控组 态软件 及其 应用 [ M] ． 北京 清华 大学 出 版社 ， 2 0 0 1 ． 邹进 ， 甘永 梅 ， 肖煦嫒 ， 等． 触摸屏 控制系统组 态软件设计 与实现[ J ] ． 工业控制计算机 ， 2 0 0 5 ， 1 8 1 3 8 4 1 ． 丁时锋 ， 李清 香． 基于 P L C的板料 液压 剪切 机系 统设 计 改造 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 7 ， 7 7 7 0 7 2 ． De s i g n o f Au t o m a t i c M o n i t o r i n g S y s t e m Ba s e d o n GE PLC f o r S he a r i n g M a c hi n e W ANG Da n- da n S c h o o l o f El e c t r i c a l a nd I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g，W u h a n I ns t i t u t e o f Te c hn o l o g y，W u h a n 4 3 00 7 0，Ch i na Ab s t r a c t Th e wo r k i n g p r o c e s s o f h y d r a u l i c s h e a r i n g ma c h i n e ，t h e h o s t s t r u c t u r e a n d t h e h y d r a u l i c d r i v e s y s t e m a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ．Th e d e s i g n o f a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m i s g i v e n b a s e d o n GE PL C a n d t o u c h s c r e e n ． I t ma i n l y d e s c r i b e s t h e h a r d wa r e a r c h i t e c t u r e a n d s o f t wa r e d e s i g n o f t h e PL C c o n t r o l s y s t e m．Th i s s y s t e m h a s h a d a s t a b l e p e r f o r ma n c e o n s i t e p r o d u c t i o n ． Ke y wo r dshy dr au l i c s h e a r i ng mac hi ne；GE Fa nuc 9 0 3 0 s e r i e s PLC；au t omat i c c ont r ol 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m