自动剪板机控制系统的设计与实现【字数：9856】
摘 要在金属制造业中，金属材料的制造通常需要粗加工与细加工两道工序。剪板机就是一种对金属材料进行简单切割，以进行后续精加工的设备。该项目使用西门子S7-300 PLC控制剪板机，并通过面向机器的自动化概念的HMI软件WinCC Flexible 2008对系统进行组态仿真，针对项目具体功能设计梯形图后通过PLCSIM组件在电脑上呈现出组态效果并进行功能验证。系统分为自动模式与手动模式。按下自动模式后，按下开始按钮，系统启动，开始执行可循环的剪板机基本动作，包括送料、压紧物料、剪切、卸料。当按下手动模式时，依次按下对应的按键，系统按照步骤运行。
目 录
1. 引言 1
1.1 剪板机概述 1
1.2 剪板机的结构与特性 2
1.3 剪板机的发展前景 3
1.4 研究PLC控制自动剪板机系统的目的与意义 3
1.5 研究思路与技术方法 4
2. 项目具体要求与设计思路 5
2.1 项目要求 5
2.2 整体设计思路 6
3. 硬件部分设计与分析 7
3.1 西门子S7300 PLC简述 7
3.2 硬件接线 8
3.2.1 电源部分 8
3.2.2 输入模块 9
3.2.3 输出模块 10
4. 程序设计 12
4.1 STEP 7简介 12
4.2 硬件组态 13
4.3 程序基本功能的实现 14
4.3.1 I/O分配表 14
4.3.2 程序主要功能实现 14
5. WinCC组态部分 18
5.1 WinCC Flexible 2008简介 18
5.2 PLCSIM简介 18
5.3 组态与调试 19
5.3.1 HMI网络构建 19
5.3.2 仿真组态 20
5.3.3 PLCSIM设置 22
6. 仿真调试结果 23
7. 结语 30
8. 参考文献 31
9. 致谢 32
引言 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
1.1剪板机概述
剪板机（Plate Shearing Machine）是一种用一张切割板相对于另一张切割板来回作直线运动以切割物料的设备。它通过可位移的上刀片和静止的下刀片，通过适当的尺寸调节，对不同厚度的金属物料进行加工，使物料按所需要的长度断开分开。剪板机通常在金属加工领域使用，可归类为锻压机械。它多数应用于航空、轻工、冶金、化工、建筑、船舶、汽车、电力、电器、装潢等领域，以提供所需的专用器材和设备。它主要分为如下几类：
专用剪板机：包括冷弯成型线剪板机、钢结构生产线剪板机、板材开平线剪板机、
斜刃剪板机、平刃剪板机。其中，斜刃剪板机的上下两刀片成一个的角度，一般上刀片是倾斜的，其倾斜角一般为1°～6°，比平刃剪板机小，故电机功率及整机重量等大大减小，实际应用最多，剪板机厂家多生产此类剪板机[1]。该类剪板机按刀架运动形式分闸式剪板机和摆式剪板机；按主传动系统不同分为液压传动和机械传动两类。
多用途剪板机，例如联合冲剪机、板料折弯剪切机。
剪板机的结构特点有如下几个：
设备上安装有冲孔、剪切、折叠3个加工模块。母线的冲孔、剪切和折叠处理可以单独进行，也可以通过手动或脚踏开关同时进行。使用剪板机可以提高生产效率，操作更加简单。
2.可方便地调节各加工单元的工作行程，缩短加工时间，增加生产效率。通过更换模块还可以实现多种加工功能，譬如冲长圆孔、折立弯、折平弯、压花和压平。
3.弯曲单元为封闭式结构，采用水平加工，保证了弯曲单元的结构强度。平面弯曲、垂直弯曲、压花、压扁的工件可以通过改变弯曲模完成;总线与不同厚度弯曲时,相应的弯曲角可以通过调整感应开关的工作缸控制旅行距离,和水平位移滑台对应不同的数字。
4.冲、剪加工单元采用立式加工方式， 机器配有手动按钮和脚踏开关两种操作方式，操作简单，使用灵活方便，一般熟练工人可以很容易的进行使用操作。
剪板机是一种根据加工需求，在切下物料的同时进行物料计数的加工设备，在物料加工系统中得到了广泛的应用。板料长度测试、板料进给、压缩、进给、落料、长度调整等工序在剪板机中，必须按给定的步骤严格执行。而且不同长度、不同厚度、不同材质的物料以及对每个动作行程、顺序和刀具位置的要求也不同。因此，对剪板机控制系统的自动化、灵活性和可靠性提出了很高的要求。传统的继电接触器控制系统接线复杂，功能单一，可靠性低，不能满足如此高的要求。图11为剪板机。
图11 剪板机外观图
1.2剪板机的结构与特性
切板采用电阻键控混合器结构和开路齿轮转动，进一步使用先进的电子产品操作(脚部开关、手动开关)，噪音低，容易修理。采用全钢焊接结构，结构简单，操作简单，外观好看，耗电量低。应用在冶金、轻工、机械、金属、电器、汽车修理、金属加工板等金属加工行业。
机械剪板机由机体部分、后挡料部分、压料部分、制动部分、电器部分几部分构成。它们的具体信息如下。
机械剪板机：机体部分均为铸铁件，有两墙板和工作台用螺钉连接成一整体。
后挡料部分：松开锁紧手柄，即可移动后挡料装置向前向后，从而能控制被剪切板料的长度。
压料部分：剪板机压料装置是把被剪切板料紧固地压紧在工作台上，以免在剪切时产生移动和跳动，压板是套装在二螺钉上，在螺钉上装有螺母，由于弹簧的作用使压板紧紧地压向工作台，当上刀架向上运行时，在二个双头螺钉带动下使压板也向上运动，从而可进料进行再次剪切，在上刀架向下运行时，压板在剪切前首先压住板料，以便剪切[2]。
机械剪板机机床有如下几个性能特点：
1.采用全钢焊接结构，强度足够强，刚性强。
2.油压驱动系统，操作安全且可靠，外观也很美。
目 录
1. 引言 1
1.1 剪板机概述 1
1.2 剪板机的结构与特性 2
1.3 剪板机的发展前景 3
1.4 研究PLC控制自动剪板机系统的目的与意义 3
1.5 研究思路与技术方法 4
2. 项目具体要求与设计思路 5
2.1 项目要求 5
2.2 整体设计思路 6
3. 硬件部分设计与分析 7
3.1 西门子S7300 PLC简述 7
3.2 硬件接线 8
3.2.1 电源部分 8
3.2.2 输入模块 9
3.2.3 输出模块 10
4. 程序设计 12
4.1 STEP 7简介 12
4.2 硬件组态 13
4.3 程序基本功能的实现 14
4.3.1 I/O分配表 14
4.3.2 程序主要功能实现 14
5. WinCC组态部分 18
5.1 WinCC Flexible 2008简介 18
5.2 PLCSIM简介 18
5.3 组态与调试 19
5.3.1 HMI网络构建 19
5.3.2 仿真组态 20
5.3.3 PLCSIM设置 22
6. 仿真调试结果 23
7. 结语 30
8. 参考文献 31
9. 致谢 32
引言 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
1.1剪板机概述
剪板机（Plate Shearing Machine）是一种用一张切割板相对于另一张切割板来回作直线运动以切割物料的设备。它通过可位移的上刀片和静止的下刀片，通过适当的尺寸调节，对不同厚度的金属物料进行加工，使物料按所需要的长度断开分开。剪板机通常在金属加工领域使用，可归类为锻压机械。它多数应用于航空、轻工、冶金、化工、建筑、船舶、汽车、电力、电器、装潢等领域，以提供所需的专用器材和设备。它主要分为如下几类：
专用剪板机：包括冷弯成型线剪板机、钢结构生产线剪板机、板材开平线剪板机、
斜刃剪板机、平刃剪板机。其中，斜刃剪板机的上下两刀片成一个的角度，一般上刀片是倾斜的，其倾斜角一般为1°～6°，比平刃剪板机小，故电机功率及整机重量等大大减小，实际应用最多，剪板机厂家多生产此类剪板机[1]。该类剪板机按刀架运动形式分闸式剪板机和摆式剪板机；按主传动系统不同分为液压传动和机械传动两类。
多用途剪板机，例如联合冲剪机、板料折弯剪切机。
剪板机的结构特点有如下几个：
设备上安装有冲孔、剪切、折叠3个加工模块。母线的冲孔、剪切和折叠处理可以单独进行，也可以通过手动或脚踏开关同时进行。使用剪板机可以提高生产效率，操作更加简单。
2.可方便地调节各加工单元的工作行程，缩短加工时间，增加生产效率。通过更换模块还可以实现多种加工功能，譬如冲长圆孔、折立弯、折平弯、压花和压平。
3.弯曲单元为封闭式结构，采用水平加工，保证了弯曲单元的结构强度。平面弯曲、垂直弯曲、压花、压扁的工件可以通过改变弯曲模完成;总线与不同厚度弯曲时,相应的弯曲角可以通过调整感应开关的工作缸控制旅行距离,和水平位移滑台对应不同的数字。
4.冲、剪加工单元采用立式加工方式， 机器配有手动按钮和脚踏开关两种操作方式，操作简单，使用灵活方便，一般熟练工人可以很容易的进行使用操作。
剪板机是一种根据加工需求，在切下物料的同时进行物料计数的加工设备，在物料加工系统中得到了广泛的应用。板料长度测试、板料进给、压缩、进给、落料、长度调整等工序在剪板机中，必须按给定的步骤严格执行。而且不同长度、不同厚度、不同材质的物料以及对每个动作行程、顺序和刀具位置的要求也不同。因此，对剪板机控制系统的自动化、灵活性和可靠性提出了很高的要求。传统的继电接触器控制系统接线复杂，功能单一，可靠性低，不能满足如此高的要求。图11为剪板机。
图11 剪板机外观图
1.2剪板机的结构与特性
切板采用电阻键控混合器结构和开路齿轮转动，进一步使用先进的电子产品操作(脚部开关、手动开关)，噪音低，容易修理。采用全钢焊接结构，结构简单，操作简单，外观好看，耗电量低。应用在冶金、轻工、机械、金属、电器、汽车修理、金属加工板等金属加工行业。
机械剪板机由机体部分、后挡料部分、压料部分、制动部分、电器部分几部分构成。它们的具体信息如下。
机械剪板机：机体部分均为铸铁件，有两墙板和工作台用螺钉连接成一整体。
后挡料部分：松开锁紧手柄，即可移动后挡料装置向前向后，从而能控制被剪切板料的长度。
压料部分：剪板机压料装置是把被剪切板料紧固地压紧在工作台上，以免在剪切时产生移动和跳动，压板是套装在二螺钉上，在螺钉上装有螺母，由于弹簧的作用使压板紧紧地压向工作台，当上刀架向上运行时，在二个双头螺钉带动下使压板也向上运动，从而可进料进行再次剪切，在上刀架向下运行时，压板在剪切前首先压住板料，以便剪切[2]。
机械剪板机机床有如下几个性能特点：
1.采用全钢焊接结构，强度足够强，刚性强。
2.油压驱动系统，操作安全且可靠，外观也很美。
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