钣金生产线PLC控制系统设计
钣金生产线PLC控制系统设计[20200415200046]
摘 要
传统的钣金加工都是手工加工，效率低，成本高。本文阐述了一种PLC与触摸屏结合的消防箱钣金生产线的自动控制系统。PLC强大的数据处理功能与触摸屏简单直观的操作界面可大大促进我国钣金加工业的发展，随着自动控制技术的普及和改造成本的大大降低, 触摸屏与PLC在工业控制中的应用越来越广泛。本文首先对钣金加工国内外发展状况及趋势进行了介绍，并提出了本次设计的基本任务及所达到的要求。然后根据设计要求提出了此钣金生产线自动控制系统的整体方案，最后，以此展开，进行了硬件的选型及电路设计和触摸屏及控制程序的设计。
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关键字:钣金加工PLC触摸屏控制系统
目 录
1. 引言1
1.1国内外发展现状1
1.1.1国内发展状况及趋势1
1.1.2国外发展状况及趋势1
1.2设计任务与要求2
2. 钣金生产线控制系统总体设计方案3
2.1钣金加工生产流水线设计3
2.2控制系统结构4
3. 硬件选型6
3.1PLC选型6
3.1.1I/O估算6
3.1.2控制系统配置7
3.2触摸屏选型9
3.3 三相混合式步进电机驱动器选型10
3.4真空阀选型11
3.5继电器选型11
3.6接近开关选型13
3.6.1用于气缸T型槽的接近开关选型13
3.6.2用于限位的接近开关选型13
3.7其他元件选型14
3.8系统主要电气元件列表15
4. 触摸屏设计与PLC梯形图编写16
4.1PLC输入输出列表与触摸屏数据读取列表16
4.2触摸屏界面与参数设计20
4.3控制系统流程图26
4.4控制系统PLC接线原理图26
4.5PLC梯形图26
4.6.1脉冲与距离换算系数K(脉冲/毫秒)26
4.6.2CP1H-X40DT-D单元串行PLC通信28
4.6.3定位控制28
4.6.4工序步进指令控制30
总结31
参考文献32
附录33
1 引言
1.1 国内外发展现状
1.1.1 国内发展现状及趋势
随着现代制造业的发展，钣金加工在中国的机械制造行业中占有越来越大的比重，钣金加工也在汽车领域、机器设备、家用电器等行业的需求日益广泛。然而，在我国，钣金加工工艺和设备相对落后,很多企业仍停留在传统的手工操作中，效率低下的同时，也存在着较大的人工成本与安全隐患。
钣金生产已渗透到制造行业的各个方面，需求量大，涉及的方面广，形状和工艺千差万别。随着我国工业水平的不断上升以及国力的不断增强。制造业中占有重要地位的钣金加工业也得到长足发展，虽然其生产设备还较落后，但需求量已经有了长足进步。所以这一对矛盾促使我们必须将发展生产的现代化作为首要任务，尤其要提高钣金加工的集成化、规模化以及自动化。
将来我国冲压、钣金行业的发展必须要符合集成化、自动化的生产要求，同时也要兼备低碳、环保、节能节材的设计、生产和消费理念，生产也必须向精密、高效发展，企业则必须向集成化、规模化、自动化方向发展。
1.1.2 国外发展现状及趋势
如果选择钣金加工强国美国与中国对比的话。中美冲压、钣金行业的最大不同点便是自动化、集成化程度的差距。
第一，美国企业更加注重研发闭环的自动控制系统，其生产效率以及生产安全性都大大提高。在每一个生产工位都有大量的传感器来检测如冲孔是否完成、加工是否符合要求等，这些传感器的应用极大的提高了整条生产线的安全可靠性。自动控制系统的安全措施也表现的相当出色，当有工人靠近加工机器时，机器就会自动停止来保护工人的安全，这样可避免意外的发生。当出现加工异常时，系统会有相应的处理机制，比如机器出现故障，系统会停止机器的运行并提醒工人进行检修，如果可以的话，系统还会自我处理检测并处理出现的问题。
第二，美国企业也很注重信息化的生产方式，每一批加工板件都会有一个ID,并随着加工的进行进入到不同数据库，工作人员可随时查看每一批零件的加工情况，当用户反映产品问题时，可随时追踪是那一批货源出现了问题并及时纠正。
1.2 设计要求与任务
本次设计的钣金加工的生产线控制系统是针对消防箱钣金件的加工而设计的。如图1.1腰孔A1、腰孔A2、腰孔A3是通过J23-16B型160KN冲床A冲压而成，腰孔B1、腰孔B2、腰孔B3是通过J23-16B型160KN冲床B冲压而成。孔A是通过J23-10B型100KN冲床A冲压而成，孔B是通过J23-10B型100KN冲床B冲压而成。压印A是通过J21S-40开式固定台压力机A压印而成，压印B是通过J21S-40开式固定台压力机B压印而成。在每一边还有三次折弯，分别是通过WC67Y63T折弯机A与WC67Y63T折弯机B完成。此外在冲孔之前要对钣金进行剪裁，通过QC12Y液压摆式剪板机剪下多余材料。
图1.1 钣金件加工示意图
消防箱钣金加工商家的要求
（1）生产流水线取板直至最后的加工完成要实现完全的自动化。
（2）加工误差要控制在±1mm。
（3）孔A、孔B、压印A2、压印B2为选择加工，腰孔之间要求等距。
（4）各种加工参数可调，适用各种规格的消防箱钣金加工。
（5）控制系统有自动模式与手动模式两种。
（6）生产系统要实现可视化，即实时反应加工情况，如出现加工异常要报警。
（7）要考虑到加工安全，如出现意外，系统能实现机器急停。
2 钣金生产线控制系统总体设计方案
2.1 钣金加工生产流水线设计
图2.1钣金加工生产工艺示意图
此工艺流水线由四个工位组成。见图2.1与图2.2，在第一工位，QC12Y液压摆式剪板机剪下多余板材。原点1代表工位1处的Y方向零点，通过此零点来测量剪板距离。在第二位，J23-16B型160KN冲床与J23-10B型100KN冲床冲腰孔与圆孔，原点2是工位2处的X方向零点与Y方向零点的交汇处，通过此零点来控制冲孔在X、Y方向上的坐标位置。在工位三，J21S-40开式固定台压力机进行压印，原点3为工位2处的X方向零点与Y方向零点的交汇处，通过此零点来控制压印在X、Y方向上的坐标位置。在工位四，WC67Y63T折弯机完成六次折弯，原点4是工位4处X方向的零点，通过此零点来测量折弯距离。
见图2.2，各原点在控制系统中实际上是各工位的调零点，各加工距离的精确控制，都通过零点来实现，所以原点的布置至关重要，直接影响到加工各参数的确定。
图2.2钣金加工生产流水线示意图
钣金件在各工位的转移与取放都通过皮带带动的吸盘机构来实现，而皮带的运动是通过步进电机的转动实现的。所以各加工工位的精确定位归根结底是通过步进电机的旋转角度（旋转圈数）来控制的。
在工位一处设有一个整型气缸和剪板推进气缸，分别用来在吸盘放板时发生位置偏移的定位以及进料剪板。
此生产流水线工位一与工位二各有独立的运板机构，工位三与工位四公用一个运板机构。
在进行每一边的第三次折弯时，为了使板件在加工时得到加固，所以在每一边处都设有挡板气缸，当折弯时，气缸就会伸出，起到对钣金件加工的固定作用。
2.2控制系统结构
图2.3控制系统结构
见图2.3为了能够改变加工参数并且实时反应加工情况，所以要配备一个触摸屏。在触摸屏里可以输入加工参数，参数再传递给PLC进行处理并输出。此外PLC可以实时监测各开关量状态与各加工工位位置，然后再将监测数据传递给触摸屏，所以触摸屏可以显示各加工工位的位置与各开关状态，如出现加工异常，触摸屏也可以显示PLC监测到的异常情况。
摘 要
传统的钣金加工都是手工加工，效率低，成本高。本文阐述了一种PLC与触摸屏结合的消防箱钣金生产线的自动控制系统。PLC强大的数据处理功能与触摸屏简单直观的操作界面可大大促进我国钣金加工业的发展，随着自动控制技术的普及和改造成本的大大降低, 触摸屏与PLC在工业控制中的应用越来越广泛。本文首先对钣金加工国内外发展状况及趋势进行了介绍，并提出了本次设计的基本任务及所达到的要求。然后根据设计要求提出了此钣金生产线自动控制系统的整体方案，最后，以此展开，进行了硬件的选型及电路设计和触摸屏及控制程序的设计。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:钣金加工PLC触摸屏控制系统
目 录
1. 引言1
1.1国内外发展现状1
1.1.1国内发展状况及趋势1
1.1.2国外发展状况及趋势1
1.2设计任务与要求2
2. 钣金生产线控制系统总体设计方案3
2.1钣金加工生产流水线设计3
2.2控制系统结构4
3. 硬件选型6
3.1PLC选型6
3.1.1I/O估算6
3.1.2控制系统配置7
3.2触摸屏选型9
3.3 三相混合式步进电机驱动器选型10
3.4真空阀选型11
3.5继电器选型11
3.6接近开关选型13
3.6.1用于气缸T型槽的接近开关选型13
3.6.2用于限位的接近开关选型13
3.7其他元件选型14
3.8系统主要电气元件列表15
4. 触摸屏设计与PLC梯形图编写16
4.1PLC输入输出列表与触摸屏数据读取列表16
4.2触摸屏界面与参数设计20
4.3控制系统流程图26
4.4控制系统PLC接线原理图26
4.5PLC梯形图26
4.6.1脉冲与距离换算系数K(脉冲/毫秒)26
4.6.2CP1H-X40DT-D单元串行PLC通信28
4.6.3定位控制28
4.6.4工序步进指令控制30
总结31
参考文献32
附录33
1 引言
1.1 国内外发展现状
1.1.1 国内发展现状及趋势
随着现代制造业的发展，钣金加工在中国的机械制造行业中占有越来越大的比重，钣金加工也在汽车领域、机器设备、家用电器等行业的需求日益广泛。然而，在我国，钣金加工工艺和设备相对落后,很多企业仍停留在传统的手工操作中，效率低下的同时，也存在着较大的人工成本与安全隐患。
钣金生产已渗透到制造行业的各个方面，需求量大，涉及的方面广，形状和工艺千差万别。随着我国工业水平的不断上升以及国力的不断增强。制造业中占有重要地位的钣金加工业也得到长足发展，虽然其生产设备还较落后，但需求量已经有了长足进步。所以这一对矛盾促使我们必须将发展生产的现代化作为首要任务，尤其要提高钣金加工的集成化、规模化以及自动化。
将来我国冲压、钣金行业的发展必须要符合集成化、自动化的生产要求，同时也要兼备低碳、环保、节能节材的设计、生产和消费理念，生产也必须向精密、高效发展，企业则必须向集成化、规模化、自动化方向发展。
1.1.2 国外发展现状及趋势
如果选择钣金加工强国美国与中国对比的话。中美冲压、钣金行业的最大不同点便是自动化、集成化程度的差距。
第一，美国企业更加注重研发闭环的自动控制系统，其生产效率以及生产安全性都大大提高。在每一个生产工位都有大量的传感器来检测如冲孔是否完成、加工是否符合要求等，这些传感器的应用极大的提高了整条生产线的安全可靠性。自动控制系统的安全措施也表现的相当出色，当有工人靠近加工机器时，机器就会自动停止来保护工人的安全，这样可避免意外的发生。当出现加工异常时，系统会有相应的处理机制，比如机器出现故障，系统会停止机器的运行并提醒工人进行检修，如果可以的话，系统还会自我处理检测并处理出现的问题。
第二，美国企业也很注重信息化的生产方式，每一批加工板件都会有一个ID,并随着加工的进行进入到不同数据库，工作人员可随时查看每一批零件的加工情况，当用户反映产品问题时，可随时追踪是那一批货源出现了问题并及时纠正。
1.2 设计要求与任务
本次设计的钣金加工的生产线控制系统是针对消防箱钣金件的加工而设计的。如图1.1腰孔A1、腰孔A2、腰孔A3是通过J23-16B型160KN冲床A冲压而成，腰孔B1、腰孔B2、腰孔B3是通过J23-16B型160KN冲床B冲压而成。孔A是通过J23-10B型100KN冲床A冲压而成，孔B是通过J23-10B型100KN冲床B冲压而成。压印A是通过J21S-40开式固定台压力机A压印而成，压印B是通过J21S-40开式固定台压力机B压印而成。在每一边还有三次折弯，分别是通过WC67Y63T折弯机A与WC67Y63T折弯机B完成。此外在冲孔之前要对钣金进行剪裁，通过QC12Y液压摆式剪板机剪下多余材料。
图1.1 钣金件加工示意图
消防箱钣金加工商家的要求
（1）生产流水线取板直至最后的加工完成要实现完全的自动化。
（2）加工误差要控制在±1mm。
（3）孔A、孔B、压印A2、压印B2为选择加工，腰孔之间要求等距。
（4）各种加工参数可调，适用各种规格的消防箱钣金加工。
（5）控制系统有自动模式与手动模式两种。
（6）生产系统要实现可视化，即实时反应加工情况，如出现加工异常要报警。
（7）要考虑到加工安全，如出现意外，系统能实现机器急停。
2 钣金生产线控制系统总体设计方案
2.1 钣金加工生产流水线设计
图2.1钣金加工生产工艺示意图
此工艺流水线由四个工位组成。见图2.1与图2.2，在第一工位，QC12Y液压摆式剪板机剪下多余板材。原点1代表工位1处的Y方向零点，通过此零点来测量剪板距离。在第二位，J23-16B型160KN冲床与J23-10B型100KN冲床冲腰孔与圆孔，原点2是工位2处的X方向零点与Y方向零点的交汇处，通过此零点来控制冲孔在X、Y方向上的坐标位置。在工位三，J21S-40开式固定台压力机进行压印，原点3为工位2处的X方向零点与Y方向零点的交汇处，通过此零点来控制压印在X、Y方向上的坐标位置。在工位四，WC67Y63T折弯机完成六次折弯，原点4是工位4处X方向的零点，通过此零点来测量折弯距离。
见图2.2，各原点在控制系统中实际上是各工位的调零点，各加工距离的精确控制，都通过零点来实现，所以原点的布置至关重要，直接影响到加工各参数的确定。
图2.2钣金加工生产流水线示意图
钣金件在各工位的转移与取放都通过皮带带动的吸盘机构来实现，而皮带的运动是通过步进电机的转动实现的。所以各加工工位的精确定位归根结底是通过步进电机的旋转角度（旋转圈数）来控制的。
在工位一处设有一个整型气缸和剪板推进气缸，分别用来在吸盘放板时发生位置偏移的定位以及进料剪板。
此生产流水线工位一与工位二各有独立的运板机构，工位三与工位四公用一个运板机构。
在进行每一边的第三次折弯时，为了使板件在加工时得到加固，所以在每一边处都设有挡板气缸，当折弯时，气缸就会伸出，起到对钣金件加工的固定作用。
2.2控制系统结构
图2.3控制系统结构
见图2.3为了能够改变加工参数并且实时反应加工情况，所以要配备一个触摸屏。在触摸屏里可以输入加工参数，参数再传递给PLC进行处理并输出。此外PLC可以实时监测各开关量状态与各加工工位位置，然后再将监测数据传递给触摸屏，所以触摸屏可以显示各加工工位的位置与各开关状态，如出现加工异常，触摸屏也可以显示PLC监测到的异常情况。
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