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专业冲床控制自动化设计plc编程

冲床控制自动化设计 

1 冲床PLC 控制中的几个关键技术问题的确定1. 1 冲床工作对控制系统的要求对于任何装置的控制, 首当其冲的就是确定其控制任务。对于冲床所完成的工艺流程及动作对控制系统全部功能的要求应完全掌握,只有这样,才能使设计完成的PLC 控制方案达到预期的目的。

  1. 2 PLC 输入点的确定及最小化因为冲床的控制系统输入量通常都为大量的开关量,例如各种按钮、行程开关、脚踏开关、气压继电器及热继电器的动断、动合触点等。从这一角度来讲,冲床很适合于用PLC 进行控制。众所周知,输入点和输出点的数量可衡量PLC 规格的大小,特别对冲床而言,一般规律都是输入信号多(可达十几或二十几甚至三十、四十个) , 而输出信号少, 往往仅有3~8 ,通常小型PLC 输入/ 输出点数之比为3/ 2。这样, 若按照输出点数选择PLC 时, 常遇到所选PLC的输入点不够用等问题。若按所需输入点的多少来选择PLC 时,所选用的PLC 的输出量过多,从而造成PLC 资源的浪费,加之通常情况下冲床的控制较简单, 所以实际编制的控制程序往往只用了其容许存储量的很少一部分, 例如国内某锻压机床厂生产的带气动摩擦离合器与制动器的新型获奖的J 23 -40 型冲床, 当采用PLC 控制时, 所需输入开关量数量达16 个,而实际所需输出量数量为5 个。这样,当以16 个输入点选择德国西门子公司的PLC 产品时,选择的产品只能是S7 - 200 CPU216。该产品总的点数为40 点, 其中输入点为24 个, 输出点为16个, 该产品价格达4050 元, 加上配套的编程光盘以及微机和PLC 的连接电缆,总价格达4500 元。这样的价格对于该冲床来说实在是太高, 而所编制的控制程序所需的存储量为0. 66K ,而该PLC 允许的存储量为8K ,所以内存浪费严重。

  该PLC 依据该40t 冲床控制所需的输出点5个来选用德国西门子公司的PLC 产品时, 应选用SIMATIC S7 - 200 中的CPU212 , 该PLC 程序量1K 满足要求, 8 个输入点, 6 个输出点。很显然,输出点满足需要, 但输入点远远不够, 该PLC 价格仅为1828. 75 元,仅是CPU216 的1/ 3 多一点。这样的价格, 作为冲床用户勉强能够接受。但输入点不够, 简单考虑就是采用输入模块扩展该PLC , 况且S7 - 200 CPU212 允许扩展, 最大扩展输入点可达30 个,选用西门子公司的EM221 数字输入模块,型号为6ES7221 - IBFOO - OXAO , 该模块8 个直流24V 输入,正好满足要求。其价格为641. 25 元,这样总的PLC 控制器的价格为1828 + 641. 25≈ 2470元, 用户反映这样的价格还是太高。所以采用增加输入模块的方法在实际中还是存在一定的困难。

冲床控制自动化设计

  综上所述, 在对冲床实现PLC 控制时, 确定了输入点数的多少后, 如何低成本方便地使选用的PLC 输入点尽可能的少, 是PLC 能否成功地应用于工业实际中的关键因素。

  1. 3 合理地选择PLC 的输出方式及输出负载对PLC 而言, 为了满足工业实践中执行元件的不同要求, 其输出方式有直流、继电器和交流3 种不同形式, 直流方式价格最低, 交流方式价格最高, 继电器方式价格居中。例如西门子公司S7 - 200 ,CPU212 直流输出单价为$1733. 75 元, 继电器输出为$1828. 75 元,价格相差95 元,而这一价格比市面上允许电流为2A 的一个直流电源24VDC 低十几元。加之西门子S7 - 200 系列PLC 继电器输出方式的电源电压允许240V , 而冲床控制电路的控制电压通常为110VAC、127VAC、220VAC , 因此, PLC 输出端可以直接用来驱动冲床电路的负载。而要实际确定PLC 的输出方式,首先必须确定PLC 的输出负载,因为负载的类型就决定了PLC 的输出方式。

  1. 4 控制方案更简捷可靠根据可靠性理论, 一个系统的可靠性很大程度上取决于所使用的元器件本身的可靠性、数量及连接方式。总的来讲, 元器件的数量越多, 可靠性就越差。特别对PLC 来讲,其PLC 在执行控制程序的过程中, 是按梯形图自上而下逐行扫描每个逻辑行, 在同一逻辑行内, 先由上而下处理并联的物理行, 再自左至右处理串联的物理行, 以END 指令作为循环扫描的返回标志, 然后程序又重新从第一逻辑行开始执行。这种循环扫描程序结构是PLC 特点之一, 而小型PLC 执行每条用户指令平均按10靤计算,则每千条指令约需10ms , 通常总的循环周期需时15~20ms ,这个时间会造成PLC 在I/ O 控制中有一个固定的滞后。所以,尽量精简用户程序有利于缩短这个时间滞后,保证控制系统的正确工作。对行程次数较高的冲床,这一问题应引起足够重视。例如我国原第一机械部标准JB1395 - 74 规定4、6、3、10、16、25t 开式压力机行程次数分别不小于200、160、135、115、100 次/ 分,这样按上述最小行程次数计算,曲轴每转过1 度所用时间分别为0. 83、1. 04、1. 23、1. 45、1. 67ms ,很显然该时间差是很大的。由此可看出尽量简化PLC 程序,减少时间滞后性的重要性。

  综上所述, 上述4 个关键技术问题对冲床的PLC 控制来讲是至关重要的, 下面就以某厂生产的J 23 - 40 型冲床来讨论如何很好地解决这4 个关键技术问题。

  2 解决4 个关键技术问题的途径2. 1 熟练掌握冲床原有继电器---接触器控制电路的工作原理对于工厂中使用的冲床而言, 其继电器---接触器控制电路通常都经过生产实践的长期考验和生产冲床的企业不断改造完善,所以,目前工业生产中所使用的继电器---接触器电路绝大多数都完全满足了冲床工作对控制系统的所有要求,加之PLC 控制时的梯形图在结构上和继电器---接触器方式存在很大的相似性, 所以, 要明确冲床工作对PLC 控制系统要求的最简捷的途径就是要熟练掌握冲床原有继电器---接触器控制电路的工作原理, 这就会使所设计的PLC 控制方案成功的几率大大提高。

  对单台无自动送料要求的冲床来讲, 其控制系统通常都是由电动机开、停模块, 冲床工作状态监测显示信号灯模块, 滑块不同运动方式的操作规范模块组成,而冲床控制的要求都包含在这3 大模块内。

  为了更深入地掌握冲床的控制要求, 便于后面PLC控制方案的梯形图的设计, 通常应将这3 大模块, 特别是不同操作规范下的继电器---接触器电路图分模块分别画出, 当然在每个操作规范的模块中都应去掉操作规范选择的万能开关(或称主令转换开关) , 以便等效电路图更一目了然。如图1 所示为J 23 - 40 型冲床继电器---接触器控制方式的电器原理图。

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  这一电气原理图已经过工业生产30 多年的考核,是能圆满完成冲床工作要求的。现将图1 分为3 大模块画出其等效电路图。鉴于电动机开、停模块及信号灯模块等效电路图和图1 极为相像, 所以图2中仅画出了4 种不同操作规范下的等效电路图。

  因该冲床采用气动摩擦离合与制动器, 离合器与制动器采用刚性连锁方式, 只要控制离合器的气缸进排气用空气分配阀通电或断电, 就可同时完成制动器脱开和离合器接合;或离合器脱开,制动器制动。所以,图1 和图2 中的空气分配阀的得失电方式也就相应地决定了冲床的3 个操作规范。

  2. 2 采取各种方法减少PLC 输入点数量从图1 可看出, J 23 - 40 型冲床的输入开关量包括了控制电路限流保险管RD , 钥匙开关YA , 压缩空气的压力经电器开关YLJ , 热继电器开关RJ ,照明灯开关D K ,紧急停车按钮SA ,电动机开、停按钮QA 、TA , 连续操作规范停止钮按3A , 双手连续按钮1KA 、2KA (其中2KA兼作单手寸动操作规范按钮) , 脚踏开关J K , 曲柄下行150°人身安全保护凸轮开关2XK , 制动凸轮开关1XK , 脚动、双手单次、连续及寸动4个操作规范的选择开关, 以上开关共计18 个输入量。该冲床仅是一个单台无送料机构的冲床,图1 所示的控制电路所能达到的仅仅冲床必须完成的基本动作, 就这样输入点高达17 个, 若该冲床再添加其它控制功能, 如电动机进行冲床封闭高度的自动调节需要电动机进行正、反转, 装模高度上、下限位需要两个行程开关。

 

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