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2 0 1 4年 1 0月 第 4 2卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Oc t ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 2 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 2 0 ． 0 2 4 基于 F l u i d S I M H的剪板机液压系统设计及控制 郭联金 ，宋成艳 1 ．东莞职业技术学院，广东东莞 5 2 3 8 0 8 ； 2 ．中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈 尔滨 1 5 0 0 0 1 摘要利用 F l u i d S I M． H软件对液压剪板机的油路及 P L C控制进行了设计和仿真，并在 P L C控制的液压实验台上进行了 模拟实验。通过仿真和实验，验证了所设计系统的可行性。采用这种方法可让设计人员预先了解 回路的动态特性 ，从而正 确地估计回路实际运行时的工作状态，为系统的设计、分析、研究及优化方案提供支持。 关键词 液压剪板机；F l u i d S I M仿真 ；P L C控制 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 0 0 7 7 4 De s i g n a nd Co nt r o l o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r S he a r s Ba s e d o n Fl l l i d SI M - H G U O L i a n j i n ，S O N G C h e n y a n 1 ． D o n g g u a n V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ， D o n g g u a n G u a n g d o n g 5 2 3 8 0 8 ， C h i n a ；2 ． T h e F o a y n i n t h R e s e a r c h I n s t i t u t e ，C h i n a E l e c t r o n i c s T e c h n o l o g y G r o u p C o r p o r a t i o n ，H a e r b i n H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n F l u i d S I M s o f t wa r e ，d e s i g n a n d s i mu l a t i o n f o r o i 1 c i r c u i t a n d P L C c o n t r o l o f h y d r a u l i c s h e a r s w e r e c a r r i e d o u t ， a n d t h e P L C c o n t r o l l e d h y d r a u l i c t e s t rig wa s u s e d t o d o s i mu l a t i o n e x p e ri me n t ． T h r o u g h s i mu l a t i o n a n d e x p e rime n t s ， t h e s y s t e m f e a s i b i l i t y wa s v a l i d a t e d ．Us i n g t h i s a p p r o a c h，d e s i g n i r s c a n u n d e r s t a n d t h e d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s o f l o o p i n a d v a n c e ，c a n c o r r e c t l y e s t i - ma t e t h e a c t u a l l o o p wo r k i n g c o n d i t i o n ．I t p r o v i d e s a s s i s t a n c e for s y s t e m d e s i g n，a n aly s i s ，r e s e a r c h a n d o p t i mi z a t i o n s o l u t i o n s ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c s h e a r s ；F l u i d S I M s i mu l a t i o n；P L C c o n t r o l 剪板机用于剪切各种厚度的钢板材料 ，是机加工 中应用较为广泛 的一 种剪切设备 。某液压剪板机设 备 用于剪切 自动生产线上下料的薄型金属板材 ，它能按 加工要求将金属薄板剪切开，并由料车收集 ，自动输 送 至下一工序 。 1 系统主机功能结构 液压剪板机的结构原理图如图 1 所示 ，其中，板 料 的压 紧和剪切 由液压缸驱动 。启动 系统 ，液压系统 升压到工作压力 ，电动机驱动送料带将板料向右传 送 ，当板料 达到 规定 的剪 切 长度 时 ，碰 到行 程 开关 S Q 1 ，送料停止 。同时压块 由压紧缸带动下落 ，压 块上 限开 关 S Q 2接 通 。当板 料 压 紧 、压 块 到位 时 ， 压块 下 限开关 S Q 3接通 ，3 S 后 ，剪 刀 由剪 切 缸 带 动下落。此时 ，S Q 4接通 ，板料落入料架 ，行程开 关 S Q 1 复 位断 开 。光 电开关 S Q 5对落 人小 车 的板 料 进行检测计数。与此同时 ，压紧缸 、剪切缸分别 回 程复位 ，送料电机重新启动 ，继续进入下一次 自动 工 作循环 ，直 至料架上 的板 料 达 到设定 数 时 ，系 统 停止工作 。 压块 Q 送 料 关 料 架 图 1 自动剪板机原理示意图 2液压回路设计 在 F l u i d S I M． H软件上设计 的剪板机液压 回路如 图2所示，液压系统采用变量泵 1 供油，先导式溢流 收稿 日期 2 0 1 30 8 2 1 基金项目2 0 1 3年度广东省高职教育机电类专业教育教学改革项目 作者简介郭联金 1 9 8 1 一 ，女，硕士，讲师，研究方向为机电一体化技术。Em a i l 2 7 8 1 6 9 3 9 7 q q ． c o n。 7 8 机床与液压 第 4 2卷 阀 2 用于设定系统的工作压力 由压力表及其开关 4 显示 。二位二通 电磁 换 向阀 3用于控 制液压 系统 的 卸荷。压紧缸 l 3和剪切缸 1 4的运动方向分别由二位 四通电磁阀8和 9控制。压紧缸工作压力较低，由减 压阀6设定并由压力表及其开关 7显示。单向顺序阀 l 0作平衡 阀，用于防止释压时压紧缸 l 3因 自重下 落。单向节流阀 1 2用于剪切缸 1 4下降时的回油节 流调速。液 控单 向阀 1 1用 于剪 切缸 上位 时 的锁 紧 。蓄能器 l 5作为能量贮存元件 ，用于系统 的 辅助油源。 图 2 剪板机液压系统控制原理 图 3 P L C控制设计 3 ． 1 硬 件设 计 根据液压剪板机的控制要求 ，所设计的液压控制 系统需要 1 5个输入信号、8个输出信号，且都为开 关量 。考虑到 系统维 护、功能扩展 、系统改造和经济 性等因素，选用西门子 7 - 2 0 0 C P U 2 2 6型 P L C作为 控制器 ，它具有 2 4个输入点和 1 6 个输出点，可满足 控制要求。系统 I ／ 0分配及 P L C外 围接线如图 3所 示。 第 2 0期 郭联金 等基于 F l u i d S I M． H的剪板机液压系统设计及控制 7 9 1 0 ． 0 S M 2 Mo0 ． 0 1 0 ． S Q0 ． S 1 0 ． 2 QO ． 2 1 0 ． 3 Q0 ． 3 1 0 ． 4 Q0 ． 4 1 0 ． 5 鎏 Q0 ． 5 1 0 ． 6 Q o ． 6 S 0 ． 7 Qo ． 7 、| 1 S ． 0 I 1 ． 1 S I S ． 2 1 1 ． 3 I 1 ． 4 I I _ 5 I S ． 6 l L 2L 3L 图 3 P L C I ／ O接线图 3 ． 2软 件 设计 P L C控制程序的流程图如图 4所示。 厂 系统 初始 化 了一 ／ ／ 、 ＼ 久 自动 启 动 液压 泵 电机 启动 传动带电机启动 夹紧 剪切 系统加压 自动指 示 灯 手动指示灯 泵工作指示灯 复位 程序 手动程序 传送 带 启动 达送 料 长度 N 传送带停，压块下降 紧 压紧 ＼／ 刀具下切 I 板料计数 f 刀 具、 压块 回 原 预置数 义 停机 卸压 I 泵停 l 结束 l 图 4 P L C程序流程图 由于系统有 自动、手动、复位 3种工作方式，采 用模块化的程序 结构使程序具有结构简单、清晰、 编写方便 的优点 。主程序中包括系统初始化程序、 复位程序、手动控制程序和 自动控制程序 4个子程 序 。其中手动／ 自动的选择由手动选择开关 S A来 实现 。 初始化程序主要完成泵的启动、系统升压、板料 剪切数的预设。这部分程序为系统的正常工作作好准 备。复位程序主要完成夹紧液压缸、剪切刀具液压缸 回复到初始工作位置。手动控制程序主要包括急停 按钮 S B 0 ，用于切断系统总 电源 以实现 多地控制 和系 统安全；泵启动按钮 S B 1 ，用于启动液压泵电机；加 压按钮 S B 2 ，用于将系统压力升至正常工作压力 ；泵 卸载按钮 S B 3既可作为正常的停止按钮，又可作为 急停按钮；手动按钮 S 1 M实现传送带送料；手动按 钮 S B 5实现板料压紧；手动按钮 S B 6实现板料剪切； S B 7实现回原位状态 ；S B 8实现停止剪切。 自动控制 程序分别 由各种 限位 开关、行 程开关、光 电开关 S Q 1 ～ S Q 5进行信号采集 ，由P L C读入这些信号，从 而实现板料 剪 切过 程 的 自动控 制 。根 据 I ／ O端子 分 配 、程序流程 图，在 P L C的编程软件 S T E P7 M i c r o W I N中编写梯形 图，便可得到液压剪板机的 P L C控制 程序 梯形图略 。 4 F l u i d S I M仿真与实验台模拟 1 F l u i d S I M仿真 为了降低硬件设备在线调试运行的未知性 ，提高 程序的可靠性 ，缩短系统开发时间，先用 P L C S I M仿 真软件对编辑好 的梯形 图进行 离线模拟。因 F l u i d - S I M H无法与 P L C S I M进行直接通信 ，在此选用 F E S T O公司开发的 V s w i t c h软件，借助 F l u i d S I M提供 的 D D E元 件 ，通过 动态 数据 交换 技术 ，实现 F l u i d S I M． H与 P L C S I M的联合仿真 。其步骤为 先在 F l u i d - S I M中，进行 D D E通信设置；再进入 P L C S I M，仿真 运行液压剪板 机 的 P L C控 制程序 ；最 后进 入 V s w i t c h 软件 ，并启动 V s w i t c h 软件的数据交换 。D D E输入 口从外部读取按钮、行程开关等数据到 F l u i d S I M- H 中，控制液压回路的动作；D D E输出口将液压 回路 的继电器线圈、电磁线圈等状态信号输出到 P L C S I M 中，从而完成仿真控制过程。仿真步长设置为 1 s ， 图 5为液压剪 板机仿 真效果 图 ，图中模拟 了液压 剪板 机自动运行一个周期内各元件顺序动作状态的变化。 当板料长度达到设定值 S Q 1 1 ，压紧缸下行 行 程 2 0 0 m m ，压块到达下 限 S Q 3 1 3 s 后 ，剪 切 缸下行 S Q 41 ，行程 2 0 0 m m ，2 s 后，压 紧缸、 剪切缸 回程复位。从仿真结果可见，液压剪板机的动 作控制符合设计要求。 0 一 l 一 2 3 4 5 6 7 8 一 一 硷 一 M 一 一 A 一 一 一 吾 } 一 一 一 一 一 一 吾} 一 言} 一 一 一 一 8 0 机床与液压 第 4 2卷 元件描述 标识 O 2 4 8 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 O 1 接近开关 S 0 1 1 常开- 女 点 8 Q 3 1 常开 女 点 S C H 2∞ 压紫缸 1 o 0 } m m ．删 | l 剪 切 缸 1 o 0 f m m | 图 5 剪板机单周期运行仿真效果 2 实验台模拟 在 P L C控 制 的液压 实验 台上 ，按 图 2搭 建 剪板 机液压 回路 ，按 图 3对 P L C的输 入 输 出端进 行硬 件 接线，并将仿真调试好的梯形图程序下载到 s 7 - 2 0 0 P L C中并进行模拟 调试与 运行。调 整各行程 开关 S Q 2 、S Q 3 、S Q 4的位置 ，并以按钮开关或行程开关 模拟送料到位 S Q 1 、光电计数 S Q 5等信号的动作 ，观 测两个 液压缸及各输 出元件 的动作 、指示灯 的状态 。 实验结果与仿真结果基本吻合。 5 结束语 对液压剪板机的油路及 P L C的控制进行了设计。 通过 F l u i d S I M软件仿真与实验台模拟实验 ，验证 了 设计方案的可行性与有效性。该法可降低系统设计与 开发的未知性 ，提高系统运行的可靠性 ，节省设计时 间，为科研以及学校实验教学的项 目设计与开发搭建 了很好的平台，也可为类似的机电液 气 一体化 系统的研究和设计提供借鉴。 参考文献 [ 1 ]张利平． 现代液压技术应用 2 2 0例[ M] ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 9 1 61 8 ． [ 2 ]丁时锋， 李清香． 基于 P L C的板料液压剪切机系统设计 改造[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 7 7 7 0 7 2 ． [ 3 ]王守城， 段俊勇． 液压系统 P L C控制实例精解 [ M] ． 北 京 中国电力 出版社 ， 2 0 1 1 5 3 ． [ 4 ]岳玉环． 基于 F l u i d S I M与P L C S I M液压控制系统的联合 仿真[ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 1 2 6 2 7 2 9 ． [ 5 ]梁云峰， 谷凤民， 李湘伟． 基于 F l u i d S I M的仿真方法在 液压动力头控制系统 中的应用 [ J ] ． 煤矿机械， 2 0 1 2 1 0 2 2 1 2 2 3． 珠三角成国内 “ 机器换人”引领者 “ 机器换人”正在引领新一轮产业浪潮，那么 ，珠三角的机器人产业发展现状到底如何 日前 ， 珠三角机器人产业报 告正式发布， 报告数据显示 今年 ，珠三角地区机器人销量将突破 7 0 0 0台，珠三角地区已经成为国内 “ 机器换人”引 领者。 珠三角机器人产业增速高于全 国 报告提供的数据显示 ，2 0 1 3 年中国工业机器人 仅统计机器人本体销量 比 2 0 1 2年增长 6 0 ． 4 ％ ，2 0 1 4年全国机器 人销量将 比2 0 1 3 年增长近三成。珠三角地区的机器人产业增 速要 明显高于全 国。2 0 1 3年 ，珠三角地区的机器人销量 突破 5 0 0 0 台，比2 0 1 2年增长 1 2 8 ． 5 ％，增速是 2 0 1 3年整个中国内地地区工业机器人增速的 2 倍多，销售额 已突破 1 0 亿元。今年 ， 珠三角地区机器人销量将突破 7 0 0 0台，销量将 比去年增长四成多。 机器人上游核心技术受制于国外 报告指出，目前 国内机器人企业能做的包括核心零部件，本体制造 ，系统集成。“ 短期 内，中国本土机器人产业的机 会仍然来 自于系统集成 ，如博实、李群 自动化、雷柏科技等公司，均是通过开发专注于某一行业或应用领域的工业机器人解 决方案，把某一行业的工业机器人系统集成能力做深做强。 ” 对于珠三角机器人产业的发展现状 ， 报告提到 ，作为中国工业 自动化领域的重要科研及应用基地，珠三角汇集了众多 国内机器人上游核心配件领域的制造厂商 ，但受制于国内整体技术水平的限制 ，目前在技术难度最高、附加值最大的两个产 品伺服系统和减速机上，仍处于发展初期阶段，与欧美及 日系厂商相比，无论在产品性能、应用范围和客户名牌认知方面， 仍有较大差距。 莞企在多项机器人核心零部件研发上获突破 记者梳理发现 ， 珠三角机器人产业报告 多处提到了东莞的企业 ，业内专家认为 ，东莞机器人产业 已经初具规模 ，一些 企业在核心技术上取得了重大突破 ，可以说，东莞已经成为珠三角机器人产业的一支重要力量。 报告 中提到，在机器人的 控制器领域 ，固高科技已经在技术含量最高的 6轴控制 系统上有所突破 ，预计未来 3～ 5年，珠三角地区机器人零部件产业 中，伺服系统和控制器将脱颖而出，预计年增速将超过 5 0 ％ 。记者了解到 ，固高科技已经进驻东莞。 内容 来源东莞 E 1 报
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