基于PLC的沖壓成型自動化教學實驗系統設計

施喜平

摘 要 我國數控沖壓成型教學實踐過程中實驗設備條件差，數量嚴重不足，開發出適合我國國情的教學實驗設備顯得尤為重要。主要介紹一種基于PLC技術的沖壓成型自動化教學實驗系統的設計。

關鍵詞 PLC；沖壓成型自動化；教學實驗系統

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）21-0042-02

目前，隨著科學技術的不斷發展，國內的沖壓設備生產者的數量不斷增多，生產工藝不斷完善，但是其生產的產品都是以滿足工業生產為目的。這導致高校已有的沖壓實驗設備以及沖壓實驗裝置已經不能適合沖壓技術發展的要求，導致高校沖壓教學內容以及教學中的沖壓技術已經落后于沖壓技術的發展。因此，利用PLC技術在高校教學過程中建立起現代化的、先進的自動化教學系統，對于提高教學水平、培養大批高素質人才具有十分重要的意義。

1 實驗的總體方案

依據我國沖壓成型的教學現狀，在系統設計的過程中遵照知識傳授由淺入深、教學由易到難的教學方法，將實驗教學劃分成四個模塊：PLC技術學習模塊、模具的熟悉模塊、單一對象的控制實驗部分以及綜合實驗部分。

1）PLC學習部分。PLC學習部分一共包括三個方面，首先，學習使用PLC軟件。目前，市場上的PLC生產廠家很多，導致不同生產商生產的PLC無論是在硬件配置還是在程序風格上都有較大的差異，即使同一廠家生產的不同PLC之間，指令系統也有不同的特點。通過實驗教學可以使學生了解到實驗教學系統中的PLC特點以及使用方法。其次，梯形圖編程及程序的調試。通過本實驗可以使學生盡快掌握梯形圖形語言的編程以及測試方法。最后，PLC控制程序設計。通過具體分析，可以使學生設計并且調試PLC控制程序。

2）模具拆裝與學習。模具的拆裝與學習部分主要是通過軟件演示以及實際模具的操作完成的，首先要通過軟件演示使學生初步形成對模具的正確認識，在此基礎上讓學生自主完成對模具的拆裝，使其對模具形成全面認識。

3）對單一對象的控制以及機器實驗部分是由幾個各自獨立的實驗共同組成的，通過實驗主要要完成步進電機的參數設置、十字工作臺的電位控制等。本系統具有十分明顯的開放性以及模塊化特征。

4）綜合實驗部分是在以上三個步驟全部完成的基礎之上進行的，主要通過利用PC以及實驗臺的操作界面的控制，以達到不同模塊之間的相互協作，實現對工件的加工。其中，實驗過程既可以是人工完成的，也可以通過設計參數由程序自動完成。

2 教學實驗系統功能分析

基于PLC技術的沖壓成型自動化實驗教學系統是由諸多功能不同的模塊構成的，當確定進行實驗教學的目標之后，其實也是對各系統模塊的功能提出具體要求。實驗教學系統實際以實現沖壓成型自動化作為最基本的目標，其系統功能要求主要體現在：縱向以及橫向的定位功能；工作能夠按照要求實現正向、反向、暫停以及復位等功能；縱向以及橫向的進給是由兩條獨立的傳動鏈完成的，因而能夠保證沖壓成型的精度；系統能夠完成多種模具的沖壓和過程演示。

3 機械系統的設計方案

根據進行實驗教學的具體設計要求，將機械系統的功能參數整理如表1所示。

系統設計其他要求：在教學實驗系統機械結構設計部分應該給予裝配工藝以應有重視，在進行安裝的過程中應該按照安裝程序進行安裝，以方便機械裝置的安裝、調試、拆卸，以方便需經常調整的部位方便調整。在相同效果的前提下要盡可能簡化結構，降低系統設計成本。

按照自動化沖壓成型教學系統的設計要求，教學平臺機械設計的總體結構如圖1所示。教學實驗系統的壓力機主要采用福建省精藝機電制造有限公司的JB系列。

在進行工作設計時要分別使用兩臺能夠進行獨立控制的步進電機對橫向以及縱向進行進給，為了提高整個實驗教學系統的加工精度，可以采用滾動桿進行傳動。在利用實驗教學系統進行加工時，要根據不同的加工工藝選擇不同的加工模具。

4 控制系統設計方案

為了培養學生在實驗過程中的設計動手能力，控制系統具有開放性特征。控制系統的開放性主要體現在兩個方面。

首先，敞開式控制柜。只要在控制柜上安裝有機玻璃，就可以在進行實驗教學的過程中使學生透過玻璃窗口看到各元件的構造，進而激發出學生進行學習的積極性以及主動性。

其次，可重組的控制電路是整個控制系統應用開放性的核心。一般而言，控制面板主要由三個部分組成，將除強電回路以及保險之外的所有電器元件的接線端都引出并接到接線面板的彈孔插座上，這樣就可以使不同元件通過插線簡潔地形成控制電路。這樣的系統設計，只需要在系統設計的過程中使用必要的元件，就可以生產出滿足系統需求的實驗電路，可以根據實驗教學需求靈活地組成不同的實驗教學系統。在進行系統設計的過程中，實驗工作人員必須能夠親自將各種實驗元件利用導線相互連接起來，才能夠真正形成實際意義上的控制電路，才能使學生在進行實驗的過程中增強對實驗的理解，從而有效增加學生的實踐機會，提高學生的綜合實踐能力。

除此之外，也應當認識到系統設計過程中的可重組式電路也為沖壓成型自動化教學系統功能的進一步拓展留下廣闊的空間，可以滿足多樣性以及有針對性的教學實驗要求。

控制系統的硬件電路主要由模塊化組成，可以分為以下幾個有機組成部分。

1）PLC模塊是整個沖壓自動化實驗教學控制系統的核心，在系統設計中主要采用FX2n-48MT型號的PLC。

2）工作臺以及步進電機的控制模塊。實驗系統工作臺的驅動采用四通57BYG250步進電機，并且選用型號是SH-20403的驅動控制器。

3）夾具控制模塊。對夾具的控制主要是由兩個電磁換向閥對兩個做直線運動的液壓缸進行控制，在此基礎上固定夾以及移動夾可以順利完成工作任務。

4）沖壓床控制模塊。主要利用床身以及實驗平臺面板控制兩套控制電路，以實現壓力機單行程以及連續行程的沖壓工作。

5）在實驗系統的電流模塊，實驗系統主要使用三個額定電壓電流，分別是24V/5A、5V/2A、24V/15A的直流電源。

基于PLC的沖壓成型自動化實驗教學系統的設計主要采用“PC+PLC”的開放式數控結構，在本系統之中，PLC主要負責對系統內部電氣線路中的電源通斷以及步進電機的脈沖輸出。在本系統的設計中，上位機主要利用PLC串口通訊讀取數據。除此之外，PLC還要對整個系統的工作狀態進行監控，確保實驗數據的輸出。

5 結語

根據我國高校目前的教學特點，本文主要設計了一套由淺入深、由易到難的基于PLC技術的沖壓成型自動化實驗教學系統，并對本系統的功能做了深入研究，對系統構成做了理論上的分析，并在此基礎上提出系統的總體設計方案。

參考文獻

[1]譚超，任根寬，朱登磊，等.基于PLC和MCGS的化工自動化實驗教學系統的設計[J].計算機與應用化學，2010（11）.

[2]蒙啟泳.基于PLC的自動化夾具教學實驗臺的設計與實現[J].機械工程師，2014（11）.

[3]陳世輝.淺談機床夾具實驗教學模型的設計[J].質量技術監督研究，2011（3）.

[4]顧萬強.基于PLC的沖壓自動化教學實驗系統的開發[D].武漢：華中科技大學，2008.

[5]陳建剛.機床夾具中圓偏心夾緊裝置的設計與研究[J].煤礦機械，2012（5）.endprint