前言

隨著經濟的快速發展，型鋼結構產品的使用越來越普遍，型鋼結構產品蘊藏著巨大的市場商機和發展前景。根據其結構產品的市場需求和技術發展方向，設計出一臺先進的全自動型鋼剪切機，替代原有的加工方法，將會成倍提高生產率，這便是我研究全自動型鋼剪切送料機構的意義。

在我國和國外的生產和研究中，自動送料方式有很多種，但是在這些產品中，存在著一些問題。如機械手從橫向(側面)送料，結構復雜，裝配、制造、維修困難，價格昂貴，不適合于我國型鋼剪切機送料的要求。另有一套獨立驅動可移式輸送機，通過隔料機構將工件輸送至預定位置，這樣一套機構的配置有局限性，不能應用于我國型鋼剪切機要求。

在工業生產中許多廠房采用鋼結構或輕型鋼結構，而在鋼結構廠房的建造中，廠房的主框架和輔助架等都是由型鋼來架構，用量非常大，市場需求非常高。而在型鋼的生產過程中，其生產設備的自動化水平還處在一個初級階段，需要較多的人工去完成。為改變這一現狀，根據型鋼的生產特點，本文采用西門子公司的可編程序控制器設計一種型鋼成型機的控制系統，并利用觸摸屏作為上位機通過通信串口線纜直接控制PLC和變頻器，對國產型鋼成型機進行自動化改造。

1、型鋼成型機工作原理

目前的鋼材市場上，C型鋼成型機是一套軋輥可生產多種規格C型成品的單卷成型機組。該機主要由被動裝料架、整平裝置、沖孔裝置、成型后切斷裝置、液壓站、電腦控制系統等組成。本機采用自動飛鋸沖孔，操作簡便等特點。壓瓦機C型鋼成型機輥軋的C型鋼成品具有良好的拉彎壓性能平直度好，全自動定長切割，自動沖孔，自動化程度高，安裝快捷方便，產品可作為大中型工業民用建筑的主體受力結構，如廠房、倉庫、機車庫、飛機庫、展覽館、影劇院、體育場館、集市花棚的屋面承重荷載和墻平支撐。

C型鋼械其應用的工作原理主要是把鋼放在C型鋼上，與減速器帶動的滾輪接觸后，將壓緊手柄進給鎖緊，啟動電機油泵組，由電動油泵輸出的高壓油經溢流閥，在此過程中可調整所需壓力，進入聚成塊到電液閥，有電液閥和點動開關控制油缸工作，工作油缸推進，將工字鋼與三個支撐滾輪壓緊并未發生彎曲變形時開始計算，油缸再推進的長度進程為每次10mm-15mm，開主電機正轉或反轉，由主電機帶動工字鋼工作，反復操作，達到所需為止。圖1為型鋼成型機工作示意圖。

圖1型鋼成型機工作示意圖

2、系統硬件設計

控制系統采用觸摸屏與PLC相配合，使對設備的大量操作控制、運行信息通過對觸摸屏編程予以實現，PLC與觸摸屏之間通過串行接口通信且連線簡潔。控制系統結構框圖如圖2所示。

圖2控制系統結構框圖

2.1硬件選擇

由于PLC用軟件替代了傳統電氣控制系統的硬件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調試，縮短了應用設計和調試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很小；而且PLC具有很強的自診斷功能，可根據PLC上指示的故障信息，迅速查明原因，維修方便。

PLC控制系統是有信號輸入元件（如：按鈕、開關、傳感器等）、輸出執行元件（如：電磁閥、接觸器、信號燈等）和PLC構成。輸入元件接在PLC的輸入端，向PLC輸入指令信號和被控對象的狀態信號。輸出執行元件接著PLC的輸出端，控制被控對象工作。

本控制系統考慮到系統的可擴展性和維修的方便性選擇模塊式PLC。選用西門子s7-200PLC作為控制單元。

2.2I/O分配及外部接線

西門子S7-200作為整個控制系統的核心部分，它包括7點輸入、4點輸出，通過這些I/O對變頻器、沖孔機和剪斷機等進行控制，PLC通過端子對變頻器進行控制。根據系統設計要求和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、軟件設計

控制系統的工作方式分為兩種：自動模式（AUTO）和手動模式（MANUAL）。兩種模式的選擇可以通過操作觸摸屏上的按鈕來完成，手動模式主要用于自動模式開始前的調試工作。PLC完成設備的狀態輸入采樣和輸出控制功能，主要工作過程集中在系統自動運行。

1）軋輥電動機起動，光電檢測器采集到帶鋼成型信息，啟動PLC的高速計數器。

2)PLC采集高速計數器發送的脈沖數，當達到PLC內部存儲器預先設定的固定脈沖值時，根據程序流程依次完成動作，完成一次生產。

3）當設定的生產數目沒有完成時，PLC程序進行下一次循環，重復上一次的型鋼生產流程。

本設計采用的觸摸屏作為上位機，使用MCGS嵌入式組態軟件編輯，通過PLC提供的多種控制器件庫、圖形控件、功能控件，組態出各種動態功能和控制功能，并實現故障的可視化。

上位機組態通過RS232串口與PLC之間進行通信，采用Step7-Micro/Win在主機編制好系統控制與數據采集功能程序后，下載至PLC中。MCGS開發的人機界面驅動PLC程序運行，監測并控制型鋼成型機系統運行狀況。

4、結論

本設對當前國內型鋼成型機生產技術進行改進，研究了基于PLC控制的型鋼成型機控制系統，控制精度達到設計要求范圍。該控制系統大大提高了型鋼成型機的自動化程度，改善了沖孔和剪切的精度，提高了生產效率，取得了很好的應用效果。并且本系統具有硬件結構緊湊、簡單、運行可靠和便于維修的特點。

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