系统总体设计方案.docx

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第1章绪论

1.1课题研究的目的意义

随着制造业的转型升级，工业自动化程度不断提高。铝型材料加工行业作为制造业的重要组成部分，对切割机控制系统的自动化和智能化要求日益增加。传统的手动或半自动化切割方式效率低、精度难以保证，无法满足大规模、高精度的生产需求。例如在建筑幕墙、汽车零部件等铝型材料应用广泛的领域，为了实现高效的批量生产，需要切割机控制系统能够自动完成切割任务，包括自动上料、下料，精确的切割路径控制等，从而提高生产效率和产品质量。

本次设计主要针对传统铝型材料切割机控制系统硬件系统复杂，操作面板按钮和指示灯多，电器柜内连接导线较多，易故障点较多等问题，提出了在铝型材料切割机控制系统中引入基于PLC的控制系统，实现原料的自动输送、固定、切割、温度检测和紧急停止功能。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

铝型材切割机是随着制造行业的进步而发展的，其自动化、机械化程度较高，对于提升切割质量有着举足轻重的作用。国外专家学者和研究人员在切割机控制系统方面有着许多研究：20世纪后期，部分企业开始尝试将自动化技术引入铝型材料切割机控制系统，如德国通快公司推出了一些半自动的铝型材料切割机，能够实现简单的自动切割功能，在一定程度上提高了生产效率和切割精度，但整体自动化水平仍有待提高。21世纪初美国的CincinnatiIncorporated公司在部分激光切割机产品中尝试引入智能控制算法，可根据铝型材料的厚度、材质等自动调整切割参数，提高切割质量和效率，但此时智能化控制技术尚未完全成熟。2010年—2020，人工智能、物联网等技术逐渐融入铝型材料切割机控制系统。德国通快公司推出的新一代切割机控制系统可以通过传感器实时监测切割过程中的各项参数，如切割力、切割温度等，并利用智能算法进行分析和调整，实现了对切割质量的精准控制。

1.2.2国内研究现状

20世纪初，随着国内制造业的快速发展，对铝型材料切割机的需求日益增加，国内企业开始加大研发投入。如哈尔滨华崴、金凤公司、深圳博利昌、中船611所及武汉领航数控科技有限公司等企业在成型切割机领域取得了一定的进展，其产品性能逐渐接近国外同类产品标准。在控制系统方面，开始采用微机控制技术，实现了一定程度的自动化切割，但与国外先进水平相比仍有差距。2010—2020年国内铝型材料切割机控制系统在自动化和智能化方面取得了显著进步。如大族激光智能装备集团有限公司推出的切割机系统与产线智能调度控制系统，实现了自动调度分配生产计划、设备状态和生产进度的实时监控等功能。此外，广州的一些公司在切割机控制系统中采用了智能识别系统，可自动识别铝型材料的规格和形状，自动调整切割参数。

2020年至今，国内企业在高端铝型材料切割机控制系统市场的竞争力不断增强，部分企业的产品已经达到国际先进水平。例如，福建省闽发铝业股份有限公司申请的“高速智能激光切割机远程电气数字化控制系统及方法”专利，实现了对高速智能激光切割机运行参数的精确控制和优化。

1.3课题研究的主要内容

本文针对PLC技术的切割机控制系统，能够精确控制铝型材切割过程中的各项动作和进料速度，实现高精度的同步切割。在出现故障时可及时停机保护。通过对铝型材料切割机控制系统进行分析、设计、编程、及上机调试，了解电气控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握电路系统和软件设计的方法。

主要内容如下。

（1）通过查阅相关资料，利用visio进行方案设计图绘制，并对机械结构与工艺流程进行简要阐述。

（2）硬件设计。利用CAD绘制电气接线图，并对硬件进行选型和依据说明。

（3）软件设计。依据控制过程绘制控制流程图，并在软件中编写PLC梯形图程序，验证所设计方案的正确性。

（4）设计组态。利用MCGS进行组态设计，能够显示所涉及的参数。

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第2章系统总体设计方案

本设计设计实现了对铝型材切割机控制系统的控制。实现自动和手动操作，手动时用户可以手动控制各处进行工作，自动时根据设定的程序进行切割工作。通过触摸屏人机界面，实现PLC与触摸屏之间的通讯联络，触摸屏模拟工作画面，参数动态显示，并可随时进行手动干预或调整。

2.1系统的机械结构

铝型材门窗锯切生产线作为门窗制造领域的关键设备，在现代工业生产中发挥着至关重要的作用。其主要由上下料输送模块、提升机构、夹紧机构、锯切中心及废料排屑系统等多个关键部分协同构成，每一个模块都具备独特的设计与功能，紧密配合，确保了整个锯切生产过程的高效、精准与稳定。

图2-1系统机械结构图

（1）上下料输送模块

1.上料输送模块

该模块的核心功能是支撑传输带机构，它采用铝合金型材拼接框架结构。铝合金型材因其质量轻、强度高、耐腐蚀