前言
随着经济的快速发展，型钢结构产品的使用越来越普遍，型钢结构产品蕴藏着巨大的市场商机和发展前景。根据其结构产品的市场需求和技术发展方向，设计出一台先进的全自动型钢剪切机，替代原有的加工方法，将会成倍提高生产率，这便是我研究全自动型钢剪切送料机构的意义。
在我国和国外的生产和研究中，自动送料方式有很多种，但是在这些产品中，存在着一些问题。如机械手从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，不适合于我国型钢剪切机送料的要求。另有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有局限性，不能应用于我国型钢剪切机要求。
在工业生产中许多厂房采用钢结构或轻型钢结构，而在钢结构厂房的建造中，厂房的主框架和辅助架等都是由型钢来架构，用量非常大，市场需求非常高。而在型钢的生产过程中，其生产设备的自动化水平还处在一个初级阶段，需要较多的人工去完成。为改变这一现状，根据型钢的生产特点，本文采用西门子公司的可编程序控制器设计一种型钢成型机的控制系统，并利用触摸屏作为上位机通过通信串口线缆直接控制PLC和变频器，对国产型钢成型机进行自动化改造。
1、型钢成型机工作原理
目前的钢材市场上，C型钢成型机是一套轧辊可生产多种规格C型成品的单卷成型机组。该机主要由被动装料架、整平装置、冲孔装置、成型后切断装置、液压站、电脑控制系统等组成。本机采用自动飞锯冲孔，操作简便等特点。压瓦机C型钢成型机辊轧的C型钢成品具有良好的拉弯压性能平直度好，全自动定长切割，自动冲孔，自动化程度高，安装快捷方便，产品可作为大中型工业民用建筑的主体受力结构，如厂房、仓库、机车库、飞机库、展览馆、影剧院、体育场馆、集市花棚的屋面承重荷载和墙平支撑。
C型钢械其应用的工作原理主要是把钢放在C型钢上，与减速器带动的滚轮接触后，将压紧手柄进给锁紧，启动电机油泵组，由电动油泵输出的高压油经溢流阀，在此过程中可调整所需压力，进入聚成块到电液阀，有电液阀和点动开关控制油缸工作，工作油缸推进，将工字钢与三个支撑滚轮压紧并未发生弯曲变形时开始计算，油缸再推进的长度进程为每次10mm-15mm，开主电机正转或反转，由主电机带动工字钢工作，反复操作，达到所需为止。图1为型钢成型机工作示意图。
图1型钢成型机工作示意图
2、系统硬件设计
控制系统采用触摸屏与PLC相配合，使对设备的大量操作控制、运行信息通过对触摸屏编程予以实现，PLC与触摸屏之间通过串行接口通信且连线简洁。控制系统结构框图如图2所示。
图2控制系统结构框图
2.1硬件选择
由于PLC用软件替代了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，可根据PLC上指示的故障信息，迅速查明原因，维修方便。
PLC控制系统是有信号输入元件（如：按钮、开关、传感器等）、输出执行元件（如：电磁阀、接触器、信号灯等）和PLC构成。输入元件接在PLC的输入端，向PLC输入指令信号和被控对象的状态信号。输出执行元件接着PLC的输出端，控制被控对象工作。
本控制系统考虑到系统的可扩展性和维修的方便性选择模块式PLC。选用西门子s7-200PLC作为控制单元。
2.2I/O分配及外部接线
西门子S7-200作为整个控制系统的核心部分，它包括7点输入、4点输出，通过这些I/O对变频器、冲孔机和剪断机等进行控制，PLC通过端子对变频器进行控制。根据系统设计要求和I/O分配表绘制了PLC外部接线图，如图3所示。
图3PLC外部接线图
3、软件设计
控制系统的工作方式分为两种：自动模式（AUTO）和手动模式（MANUAL）。两种模式的选择可以通过操作触摸屏上的按钮来完成，手动模式主要用于自动模式开始前的调试工作。PLC完成设备的状态输入采样和输出控制功能，主要工作过程集中在系统自动运行。
1）轧辊电动机起动，光电检测器采集到带钢成型信息，启动PLC的高速计数器。
2)PLC采集高速计数器发送的脉冲数，当达到PLC内部存储器预先设定的固定脉冲值时，根据程序流程依次完成动作，完成一次生产。
3）当设定的生产数目没有完成时，PLC程序进行下一次循环，重复上一次的型钢生产流程。
本设计采用的触摸屏作为上位机，使用MCGS嵌入式组态软件编辑，通过PLC提供的多种控制器件库、图形控件、功能控件，组态出各种动态功能和控制功能，并实现故障的可视化。
上位机组态通过RS232串口与PLC之间进行通信，采用Step7-Micro/Win在主机编制好系统控制与数据采集功能程序后，下载至PLC中。MCGS开发的人机界面驱动PLC程序运行，监测并控制型钢成型机系统运行状况。
4、结论
本设对当前国内型钢成型机生产技术进行改进，研究了基于PLC控制的型钢成型机控制系统，控制精度达到设计要求范围。该控制系统大大提高了型钢成型机的自动化程度，改善了冲孔和剪切的精度，提高了生产效率，取得了很好的应用效果。并且本系统具有硬件结构紧凑、简单、运行可靠和便于维修的特点。
