基于PLC控制的冲压机的研究

蔡彬

摘要：传统冲压机大多是人工操作，满足不了大型机床设备，不利于机床的加工和装配。引用PLC控制系统进行设计冲压机床，可以取代传统机床的人工操作以及纯机械的加工过程。另外还可以数字化加工出的产品，使其几何信息和工艺信息明确展现出来。人机交互的实现通过触摸屏。

关键词：冲压机；PLC；数字化；人机交互

1.引言

在人工智能发展以前，冲压机床的运用基本是人工操作，通过手动实现冲压机床的各种功能。加工零件的過程费时费力，其加工结也不理想，产品往往较粗糙。

纯机械式和完全由人工操作流程对小型机床可以使用，但是当遇到大型、重型机床，其功能往往难以实现，带来诸多不便。引用PLC控制系统来取代人工控制和纯机械式转动，实现了人机操作，对加工产品识别度高，适应性强，产品质量优，更适用于现代化的生产管理。并且PLC控制器具有可编程性，其编程难度低，系有更强的可维护性，执行操作能力稳定和抗干扰能力强。引用PLC系统以后，其开发周期短，易于扩展，使用起来非常的方便，也不容易发生故障，这种优点还来源于采用PLC系统的冲压机的外部资源丰富，多数的接口，波形发生器以及计数器等。人机交互通过触摸屏界面来实现。

2.国内外研究现状

目前关于冲压机床的研究其主流趋势主要有以下几个方面。

2.1机械结构模块化。目前冲压机的机械结构趋于模块化发展，进而进行重新配置。

2.2向开放式控制方向发展。目前冲压机控制及系统在基于PC端开放性控制的方向发展，更加具有目的性，更加标准化，其电子芯片规模越来越小，网络设备集成。

2.3传感器功能愈加全面。冲压机在传感器上的功能愈加全面，除了具备老式传感器的基本功能，目前可以定位，测速，测量加速度，行程，装备等。通常主要集中在两个方面的发展。首先是智能化冲压机，传感器，控制器，采用先进的算法进行编写程序。另外，将这种智能化运用到实际生产当中，满足生产智能化。

3.基于PLC在冲压机中的流程

3.1输入采样。输入采样，就是在基于PLC控制系统的情况下，按顺序扫描信息，读取端口所扫描信息并进行传达到印象寄存器当中。信号状态通常情况下不会发生变化，当扫描信号状态发生变化，并且生成一个新的扫面周期，信号状态才会发生变化。

3.2程序执行。程序执行的时候在基于PLC控制系统的情况下，按顺序扫描信息，读取端口所扫描信息并进行传达到印象寄存器当中。这时印象寄存器读取扫描的信息，进行相关的程序运算，输出结果，并保存在印象寄存器当中，以便下次使用。

3.3出刷新阶段。印象寄存器读取扫描的信息，进行相关的程序运算，输出结果，并保存在印象寄存器当中，输出信息和电源状态相关，在电源关闭的情况下保存到输出锁存器。

4.冲压机床控制系统

4.1控制系统原理。冲压机床控制系统主要是基于PLC为基础，加上触摸屏的一整套控制系统的方案。为了实现冲压机成规模控制，该系统主要有四个部分组成。第一是PLC控制单元，其二是伺服定位单元，其三是触摸屏人机交互部分，其四是执行部分。所设计的该系统的核心控制器是西门子的s7系列，CPU224XPCN，PLC作为一种专门应用于工业环境的数字运算操作电子装置，由于它采用的内部存储器可以进行编写程序，顾在其存储时，可以进行逻辑或者顺序运算，还可以进行核算时间，核算数据，进行算数运算。通过导入和导出控制各种生产过程主要是数字式或者模型式。西门子S7系列的高速脉冲输出功能主要是基于PLC特定的位置实现高速脉冲。

4.2冲压机床人机交互界面。冲压机的人机交互的界面自然是触摸屏，作为人机交互控制系统最主要的上位机，对程序进行参数设定，加工图形，起到了重要的作用。其主要贡献是将冲压机面对的各种对象实现图形化，主要是将元素和部件图形化，形成简洁明了，通俗易懂，更加直观的人机交互界面。触摸屏是输入界面，输入的参数经过内部程序的解读，进行图形化，这步主要在PLC完成。

4.3报警系统。报警系统能够起到提前预防，保证系统安全运行，危险发生即使报告，及时处理的保障。没有报警系统的存在，系统运行很难正常维持下去。在维纶触摸屏中，显示条元件来完成报警显示的功能。当发生报警事件时，冲压机的报警过程主要有以下几个方面：（1）冲压机启动，在冲压机启动前，气缸需要置于规定的安全位置。若没有处于安全的位置，报警系统就会执行操作进行报警，并且提示将气缸置于安全位置。（2）X轴，Y轴进行运动，则Z轴就会停止运动。（3）安全罩可以保证机床工作过程中不发生意外，若安全罩处于打开状态，则系统就会报警。

5.PLC自身故障及故障解决对策

5.1PLC故障。PLC自身比较稳定，不易出故障，当出现故障时，主要从几个方面考虑：输入故障，即操作人员的操作失误；传感器故障；执行器故障；PLC软件故障。上述三种故障都是属于输入故障，都可以提前进行检测，分析，预防，进行实时的检测和控制。提前对故障进行预报和处理。

5.2 PLC控制系统的故障诊断方法

PLC控制系统故障的宏观诊断

首先进行的就是故障的宏观诊断，该诊断方法无非就是采用中医里面的望、闻、问、也就是根据经验进行诊断，参照以往发生故障的环境和现象来判断原因，进而确定当前故障的部位和原因。

PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：

第一步就是考虑是否是使用过程中造成的故障，就是说不正确的操作造成的，比如说电源短路问题，接线口连接问题，安装问题，一系列的操作不当问题。如果是属于这类问题，首先是确定了问题的类型，进而再去检查发生问题的具体部位，进行修检。故障问题通常是较为简单的问题。

如果并没有检查出是使用不当造成的问题，就要考虑内部问题。是不是系统问题引起的故障。对此需要对PLC进行检查，依次检查，逐步判断。首先检查连接线，

然后检查PLC的I/O模板是否有故障：最后检查PLC的CPU是否有故障。LC的CPU模板上指示灯，电源模板上的指示灯都是故障的参考标志。

运行故障诊断

如果电源线连接正常，并且在通电的情况下，指示灯不亮，说明系统问题。

6.小结

调试整个冲压机，最终实现了冲压功能并且效果显著，产品精度高。在人机交互的触摸屏和PLC电子控制器的结合下，实现了结构简单，可维护性，更加智能化，更加现代化的功能，人机交互界面操作简单，直观化，调试过程中参数修改简单易执行，带来了极大的方便，满足了现代化生产的要求。

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