基于PLC的冲压成型自动化教学实验系统设计

施喜平

摘 要 我国数控冲压成型教学实践过程中实验设备条件差，数量严重不足，开发出适合我国国情的教学实验设备显得尤为重要。主要介绍一种基于PLC技术的冲压成型自动化教学实验系统的设计。

关键词 PLC；冲压成型自动化；教学实验系统

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）21-0042-02

目前，随着科学技术的不断发展，国内的冲压设备生产者的数量不断增多，生产工艺不断完善，但是其生产的产品都是以满足工业生产为目的。这导致高校已有的冲压实验设备以及冲压实验装置已经不能适合冲压技术发展的要求，导致高校冲压教学内容以及教学中的冲压技术已经落后于冲压技术的发展。因此，利用PLC技术在高校教学过程中建立起现代化的、先进的自动化教学系统，对于提高教学水平、培养大批高素质人才具有十分重要的意义。

1 实验的总体方案

依据我国冲压成型的教学现状，在系统设计的过程中遵照知识传授由浅入深、教学由易到难的教学方法，将实验教学划分成四个模块：PLC技术学习模块、模具的熟悉模块、单一对象的控制实验部分以及综合实验部分。

1）PLC学习部分。PLC学习部分一共包括三个方面，首先，学习使用PLC软件。目前，市场上的PLC生产厂家很多，导致不同生产商生产的PLC无论是在硬件配置还是在程序风格上都有较大的差异，即使同一厂家生产的不同PLC之间，指令系统也有不同的特点。通过实验教学可以使学生了解到实验教学系统中的PLC特点以及使用方法。其次，梯形图编程及程序的调试。通过本实验可以使学生尽快掌握梯形图形语言的编程以及测试方法。最后，PLC控制程序设计。通过具体分析，可以使学生设计并且调试PLC控制程序。

2）模具拆装与学习。模具的拆装与学习部分主要是通过软件演示以及实际模具的操作完成的，首先要通过软件演示使学生初步形成对模具的正确认识，在此基础上让学生自主完成对模具的拆装，使其对模具形成全面认识。

3）对单一对象的控制以及机器实验部分是由几个各自独立的实验共同组成的，通过实验主要要完成步进电机的参数设置、十字工作台的电位控制等。本系统具有十分明显的开放性以及模块化特征。

4）综合实验部分是在以上三个步骤全部完成的基础之上进行的，主要通过利用PC以及实验台的操作界面的控制，以达到不同模块之间的相互协作，实现对工件的加工。其中，实验过程既可以是人工完成的，也可以通过设计参数由程序自动完成。

2 教学实验系统功能分析

基于PLC技术的冲压成型自动化实验教学系统是由诸多功能不同的模块构成的，当确定进行实验教学的目标之后，其实也是对各系统模块的功能提出具体要求。实验教学系统实际以实现冲压成型自动化作为最基本的目标，其系统功能要求主要体现在：纵向以及横向的定位功能；工作能够按照要求实现正向、反向、暂停以及复位等功能；纵向以及横向的进给是由两条独立的传动链完成的，因而能够保证冲压成型的精度；系统能够完成多种模具的冲压和过程演示。

3 机械系统的设计方案

根据进行实验教学的具体设计要求，将机械系统的功能参数整理如表1所示。

系统设计其他要求：在教学实验系统机械结构设计部分应该给予装配工艺以应有重视，在进行安装的过程中应该按照安装程序进行安装，以方便机械装置的安装、调试、拆卸，以方便需经常调整的部位方便调整。在相同效果的前提下要尽可能简化结构，降低系统设计成本。

按照自动化冲压成型教学系统的设计要求，教学平台机械设计的总体结构如图1所示。教学实验系统的压力机主要采用福建省精艺机电制造有限公司的JB系列。

在进行工作设计时要分别使用两台能够进行独立控制的步进电机对横向以及纵向进行进给，为了提高整个实验教学系统的加工精度，可以采用滚动杆进行传动。在利用实验教学系统进行加工时，要根据不同的加工工艺选择不同的加工模具。

4 控制系统设计方案

为了培养学生在实验过程中的设计动手能力，控制系统具有开放性特征。控制系统的开放性主要体现在两个方面。

首先，敞开式控制柜。只要在控制柜上安装有机玻璃，就可以在进行实验教学的过程中使学生透过玻璃窗口看到各元件的构造，进而激发出学生进行学习的积极性以及主动性。

其次，可重组的控制电路是整个控制系统应用开放性的核心。一般而言，控制面板主要由三个部分组成，将除强电回路以及保险之外的所有电器元件的接线端都引出并接到接线面板的弹孔插座上，这样就可以使不同元件通过插线简洁地形成控制电路。这样的系统设计，只需要在系统设计的过程中使用必要的元件，就可以生产出满足系统需求的实验电路，可以根据实验教学需求灵活地组成不同的实验教学系统。在进行系统设计的过程中，实验工作人员必须能够亲自将各种实验元件利用导线相互连接起来，才能够真正形成实际意义上的控制电路，才能使学生在进行实验的过程中增强对实验的理解，从而有效增加学生的实践机会，提高学生的综合实践能力。

除此之外，也应当认识到系统设计过程中的可重组式电路也为冲压成型自动化教学系统功能的进一步拓展留下广阔的空间，可以满足多样性以及有针对性的教学实验要求。

控制系统的硬件电路主要由模块化组成，可以分为以下几个有机组成部分。

1）PLC模块是整个冲压自动化实验教学控制系统的核心，在系统设计中主要采用FX2n-48MT型号的PLC。

2）工作台以及步进电机的控制模块。实验系统工作台的驱动采用四通57BYG250步进电机，并且选用型号是SH-20403的驱动控制器。

3）夹具控制模块。对夹具的控制主要是由两个电磁换向阀对两个做直线运动的液压缸进行控制，在此基础上固定夹以及移动夹可以顺利完成工作任务。

4）冲压床控制模块。主要利用床身以及实验平台面板控制两套控制电路，以实现压力机单行程以及连续行程的冲压工作。

5）在实验系统的电流模块，实验系统主要使用三个额定电压电流，分别是24V/5A、5V/2A、24V/15A的直流电源。

基于PLC的冲压成型自动化实验教学系统的设计主要采用“PC+PLC”的开放式数控结构，在本系统之中，PLC主要负责对系统内部电气线路中的电源通断以及步进电机的脉冲输出。在本系统的设计中，上位机主要利用PLC串口通讯读取数据。除此之外，PLC还要对整个系统的工作状态进行监控，确保实验数据的输出。

5 结语

根据我国高校目前的教学特点，本文主要设计了一套由浅入深、由易到难的基于PLC技术的冲压成型自动化实验教学系统，并对本系统的功能做了深入研究，对系统构成做了理论上的分析，并在此基础上提出系统的总体设计方案。

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