冲床自动送料系统.docx
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冲床自动送料系统
冲床自动送料系统
09春
题目:
PLC控制冲床自动送料机床系统的设计
专业:
北京市工贸技师学院09春
班级:
09春（机电）
姓名:
李寅川学号:
20097110630255
实验地点:
实习楼三层PLC实习教室
指导老师:
成绩:
（2009.2）
第1节引言………………………………………11.1冲床自动送料机的介绍………………………1
1.2设计任务………………………………2
第2节PLC的简介……………………………………22.1PLC的结构及各部分的作用…………………32.2PLC的工作原理………………………………42.3PLC的编程语言………………………………5
第3节结构设计与图纸……………………………6
3.1系统的组成…………………………………73.2PLC的控制…………………………………8
3.3自动操作流程图……………………………93（4梯形图…………………………………10-12
第4节结论…………………………………………13
参考文献……………………………………………13附录…………………………………………………14
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北京市工贸技师学院
PLC控制冲床自动送料机床系统的设计
北京市工贸技师学院09春李寅川
指导教师:
第1节引言
本文介绍的冲床自动送料机是一种用于冷挤压套圈类零件的送料机器，是冲床进行技术改造的理想附机。
该送料机克服了国内外有关冲床送料机的不足。
如日本的RF20SD—0R11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向（侧面）送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。
RF20SD—0R11的结构由冲床上的曲轴输出轴，通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。
国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。
但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，
易产生叠料，推料机构没有将料夹紧，定位不正，废品率较高，使用也不安全。
结合国产冲床工作特点，采用机械手与输送机构配合为主要装置，再配合采用自动卸料安全保护，设计了具有较大应用价值和推广意义的自动送料机。
PLC控制冲床自动送料机床系统的设计
1.1智能抢答器的介绍
该冲压机械包含两个执行机构，即冲压机构和送料机构。
冲压机构的主动件是曲柄，从动件（执行构件）为滑块（上模），行程中有等速运动段（称工作段），并具有急回特性;机构还应有较好的动力特性。
要满足这些要求，用单一的基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现的。
因此，需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。
送料机构要求作间歇送进，比较简单。
实现上述要求的机构组合方案可以有许多种。
1.2本设计任务
任务:
以PLC为控制核心的自动送料机床。
设计冲制薄壁零件冲床的冲压机构、送料机构及其传动系统，上模先以比较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，此后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。
上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。
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第2节PLC简介
可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和被控对象连接方便。
随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。
由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。
目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用
2.1PLC的结构及各部分的作用
2.1.1中央处理单元（CPU）
CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。
CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。
这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。
CPU的功能有以下一些:
从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
随着微电子技术的迅速发展，弹片机以体积小、可靠性和性能价格比高等优
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势受到了人们的特别关注，目前大多数小型PLC都用8位或者16位单片机作CPU。
2.1.2存储器（RAM,ROM）
系统存储器的存储分为系统程序存储器和用户存储器两种。
系统存储器用来存储制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他各种管理程序。
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
存放系统软件的存
储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器;存放
工作数据的存储器称为数据存储器。
常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。
RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存
放在RAM中的用户程序可方便地修改。
RAM存储器是一种高密度、低功耗、价
格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。
掉电时，可有效地保持存储
的信息。
EPROM、EEPROM都是只读存储器。
用这些类型存储器固化系统管理程
序和应用程序。
2.1.3输入输出单元（I/O）单元
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。
I/O
单元有良好的电隔离和滤波作用。
接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、
按钮、传感器等。
PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，
而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
可编程控制器的一大优点是抗干扰能力强。
它可以承受1500V以上的高
压而不被击穿。
采用光电耦合的开关量接入口电路原理图如图（2.1）
图（2.1）
2.1.4电源
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PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。
PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
（1）能有效控制、消除电网电源带来的各种噪声
（2）不会因电源发生故障而导致其他部分产生故障
（3）能在较宽的电压波动范围内保持输出电压稳定
（4）电源本身的功耗应尽可能低，以降低整机的温度
（5）内部电源及PLC向外提供的电源与外部电源间应完全隔离（6）有较强自保护能力
2.2PLC的工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。
PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作
2.2.1输入处理
输入处理也叫输入采样。
在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。
在此输入映象寄存器被刷新。
接着进入程序执行阶段。
在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
程序执行2.2.2
根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。
遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。
对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
2.2.3输出处理
程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
2.3PLC的编程语言
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2.3.1梯形图编程语言
梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继
电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。
梯形图的设计应注意以下三点:
（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。
每一逻辑行起始于左母线，
然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。
（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流
向右，其两端没有电源。
这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中
应满足线圈接通的条件。
（三）输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的
触点来驱动。
因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。
输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线
圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的
继电器、晶体管或晶闸管才能实现。
输出继电器的触点可供内部编程使用。
2.3.2语句表编程语言
指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。
一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。
2.3.3控制系统流程图编程图
控制系统流程图是一种较新的编程方法。
它是用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程，目前国际电工协会（IEC）正在实施发展这种新式的编程标准。
第3节结构设计
3.1系统的组成
该送料机主要配备于3150kN冲床，也可配备于1600kN或1250kN等冲床。
它主要由机架（包括撑脚、电器箱、角铁架）、输送机（包括电机、变速箱、滚筒、输送带、料台、料道、隔料机构、挡料机构等）、机械手（包括提升缸、夹紧缸、滑
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板、支架、连杆铰链等）、供油装置（包括油箱、液压泵等）、卸料机构和安全保护装置等部分组成（如图2.2）。
图2.2冲床自动送料机结构简图
1.机架2.输送带3.机械手4.隔料盘5.冲床工作台
6.料仓7.挡料板8.工件9.电机10.模具
机架主要联接冲床，装置机械手并使其在一定轨道上滑行，装置输送机构、电气元件。
输送机是通过一台电机驱动，通过皮带、减速器的传动至主动轴，使输送带以一定线速度输送工作。
工作经料台进入料道（人工），再通过隔料机构输送至预定位置。
3.2PLC的控制
机械手需要完成将工件由A移向B的动作，机械手示意图如图2.3所示。
它的动作过程如图2.4所示。
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图2.3机械手示意图
图2.4机械手动作过程
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机械手每个工作臂上都有上、下限位开关和左、右限位开关，而其夹持装置不带限位开关。
一旦夹持开始，控制PLC内的定时器启动，定时约束，夹持动作随即完成。
机械手到达B点后，将工件松开的时间也是由定时器控制的，定时结束时，表示工件已松开。
有关输入、输出点在PLC内的分配，如图2.5所示
图2.5PLC内I/O点分配图
该机械手的动作过程如下:
当按下启动按钮时，机械手从原点开始下降，下降到底时，碰到下限位开关（X401接通），下降停止。
同时接通定时器，机械手开始夹紧工件，定时结束，夹持完成。
机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关（X402接通），上升停止。
机械手右移，右移碰到右限位开关（X403接通）时，右移停止。
机械手下降，下降到底，碰到下限位开关（X401接通）时，下降停止。
同时接通定时器，机械手放松工件，定时结束，工件已松开。
机械手上升，上升到顶碰到上限位开关（X402接通）时，上升停止。
机械手左移，左移到原点碰到左限位开关（X404接通）时，左移停止。
于是机械手动作的一个周期结束。
3.3自动操作流程图
械手自动操作流程图如图2.6所示。
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图2.6自动操作流程图
3（4小车自动往返的梯形图
如图2.7、2.8、2.9都是可以完成操作功能的梯形图
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图2.7机械手自动操作的梯形图
图2.8经验设计法设计的
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图2.9置位/复位指令设计的梯形图
。
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第4节结论
冲床自动送料机实质上即机械手，能自动上料和卸料，提高生产效率，保证产品质量，改善工作劳动强度，确保人身安全。
在冷挤压加工行业中有较大的应用前景。
采用PLC来控制机构，并以微机为人机界面，较好地满足了控制及系统的要求。
并且测试精确，运行高速、可靠，使用寿命长。
是一种实时监控系统，对相关系统的控制和设计有一定的参考价值。
我结合所学的PLC的知识，实现系统的功能要求，虽然还存一些问题但产品基本上达到了设计的要求。
在设计过程中，通过大量的查阅资料，认真研究教材，并向指导老师请教很多问题，使自己对PLC有了更为深刻的理解，也培养了我的耐性和刻苦钻研的精神。
参考文献
1,普杰信,陈家新,谢敬佩文献来自:
现代电子技术1999年第05期CAJ下载PDF下
载
2,龚根华文献来自:
南京航空航天大学2004年硕士论文CAJ下载在线阅读分章下
载分页下载
3,卢冬华文献来自:
上海交通大学2006年硕士论文CAJ下载在线阅读分章下载
分页下载
4,袁锐波文献来自:
昆明理工大学2001年硕士论文CAJ下载在线阅读分章下载
分页下载
5,贺鹏文献来自:
昆明理工大学2002年硕士论文CAJ下载在线阅读分章下载分
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附录:
1、主程序
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