混合可編程控制PLC技術(shù)組合機(jī)床控制系統(tǒng)研究

鄧林興

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寶雞 721004）

0 引言

最常用、傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)存在電子元件和接線復(fù)雜、效率低、壽命短、可靠性較差的問題，尤其是出現(xiàn)故障時(shí)，診斷和排除比較困難，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，對工廠的生產(chǎn)效率非常不利。隨著計(jì)算機(jī)和科學(xué)的發(fā)展，將繼電器控制的機(jī)床進(jìn)行改裝，將計(jì)算機(jī)和繼電器、接觸器控制技術(shù)很好的結(jié)合。它與I/O和低壓電器關(guān)系密切，采用可編程序控制器，能夠克服傳統(tǒng)機(jī)床的缺點(diǎn)，提升性能和效率，增強(qiáng)機(jī)床的靈活性和可編程，益處良多。

本文介紹一種自動化控制組合機(jī)床。主控制器采用三菱電機(jī)的FX2N系列PLC。機(jī)床的主要組成部分包括：銑削動力頭、液壓動力滑臺和工件松緊油缸等。組合機(jī)床一共有5臺電機(jī)，都是單向旋轉(zhuǎn)的。整個(gè)機(jī)床一共包括三種工作方式：單循環(huán)自動、單動力頭自動循環(huán)和點(diǎn)動方式。單循環(huán)工作循環(huán)過程如圖1所示。單動力頭方式有：左銑頭、立銑頭、右1銑頭、右2銑頭單循環(huán)工作。液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示，具體工作流程是：將加工零件放置在工作臺上，準(zhǔn)備好后向機(jī)床發(fā)出加工指令。等到工件夾緊后壓力繼電器開始動作，液壓動力滑臺執(zhí)行快進(jìn)，到位轉(zhuǎn)工進(jìn)，并且起動左1銑頭、右1銑頭開始加工，到達(dá)某一個(gè)位置的時(shí)候，立銑頭開始工作，又過了一定位置后右1銑頭停止，右2銑頭開始，到終點(diǎn)時(shí)電機(jī)同時(shí)終止?；_立即回到原位，工件松開，一次循環(huán)工作結(jié)束。將加工的工件取下，再放上未加工的工件，發(fā)送加工指令重復(fù)執(zhí)行。

圖1 機(jī)床工作循環(huán)圖

圖2 系統(tǒng)原理圖

1 PLC技術(shù)

可編程控制器(PLC)，是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新型的控制裝置。PLC選擇可以編程的存儲器，在內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、算術(shù)等指令，并且通過輸入輸出控制各類機(jī)械或者生產(chǎn)的過程。在過去幾十年，PLC技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，到了21世紀(jì)，PLC將會有更大的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)技術(shù)將更多地應(yīng)用在可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，今后的產(chǎn)品容量會更大、速度會更快、智能性更好；產(chǎn)品的規(guī)模將是超小型或者超大型；品種也將更豐富、更齊全，能很好地適應(yīng)工業(yè)控制的需求。PLC今后將成為國際通用和自動化控制網(wǎng)絡(luò)的重要組成，在工業(yè)甚至更多領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。在選擇PLC時(shí)，要考慮機(jī)型、I/O、容量、I/O端口分配、繼電器和計(jì)數(shù)器的地址分配。通常PLC 的控制流程如圖3所示。控制和CNC等方面。

圖3 可編程控制技術(shù)流程

3）簡單易用

PLC編程語言簡單，做接口方便，容易開發(fā)。它的梯形圖語言和繼電器的電路圖十分接近，只需要很少的開關(guān)量邏輯指令就能實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。

4）設(shè)計(jì)工作量小，容易維護(hù)、改造

PLC使用存儲邏輯減少了相當(dāng)多的外部接線，大大縮短了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造周期，維護(hù)也很容易。最重要的是可以通過改變程序而改變整個(gè)生產(chǎn)過程。

5）低能耗、輕便小巧

超小型的PLC功耗很小，只有幾瓦。體積很小，裝入機(jī)械內(nèi)部很方便，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。

2 可編程控制技術(shù)設(shè)計(jì)

可編程控制技術(shù)的特點(diǎn)主要有：

1）高可靠性，抗干擾

PLC采用大規(guī)模集成電路，生產(chǎn)工藝嚴(yán)格，內(nèi)部的電路具有抗干擾性，可靠性很高。采用PLC所構(gòu)成的控制系統(tǒng)的開關(guān)和電氣接線的接點(diǎn)大大減少，也就降低了故障的發(fā)生。PLC同時(shí)還具備自我故障檢測，一旦發(fā)生故障就發(fā)出警報(bào)。使用者還能采用外圍設(shè)備自我診斷，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性就非常高了。

2）功能完善，適用性強(qiáng)

PLC已經(jīng)擁有各種規(guī)模的一系列產(chǎn)品，適合于各種工業(yè)控制系統(tǒng)使用。PLC的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力都較完善，數(shù)字控制方面應(yīng)用廣泛。PLC功能單元的不斷強(qiáng)化，使得它也被用在溫度控制、位置

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文采用日本三菱的FX2N系列控制器，根據(jù)機(jī)床對輸入和輸出要求，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇FX2N系列中的FX2N–80MR-001。輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)分別為40個(gè)，輸出形式是R-繼電器輸出，能夠很好的滿足本設(shè)計(jì)的要求，還具有一定的升級空間。

PLC的I/O分配具體情況:

1）PLC的輸入端口主要有：自動循環(huán)工作按鈕、點(diǎn)動按鈕、總停按鈕、油泵啟動、SA1等，此外還有電動機(jī)的熱保護(hù)繼電器，輸入形式是常開觸點(diǎn)。

2）輸出端口主要有：交流接觸器、繼電器、運(yùn)行指示燈等。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

GX-Developer是一款通用性很強(qiáng)的編程軟件，它能夠完成編輯PLC梯形圖、控制CPU、指令表、SFC等工作。該軟件將編輯的程序轉(zhuǎn)成GPPQ、GPPA格式，遇到FX系列時(shí)，程序又可以存儲文檔為DOS、WIN格式。該軟件又能兼容Excel、Word等說明性文字、數(shù)據(jù)導(dǎo)入到程序中，使用、編輯更加方便、快捷。

三面銑組合機(jī)床有三種工作方式,這里只介紹自動工作循環(huán)的工作過程控制。其設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 三面銑組合機(jī)床工作流程

首先將轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇“單循環(huán)自動工作SA1-1”，油泵電機(jī)啟動運(yùn)行，液壓滑臺的夾具中放上需要加工的零件后,開始按下加工指令按鈕,加工夾緊零件,壓力繼電器的觸點(diǎn)開始判斷是否動作,是則滑臺執(zhí)行快進(jìn)，復(fù)位開關(guān)SQ1動作；等到壓下滑臺快進(jìn)位置開關(guān)SQ2轉(zhuǎn)工進(jìn)，同時(shí)起動左銑頭和右1銑頭進(jìn)行加工；當(dāng)移動到達(dá)位置開關(guān)SQ3時(shí)，立銑頭開始加工；當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ4位置開關(guān)時(shí), 右2銑頭開始加工，右1銑頭停止工作,等到終點(diǎn)的三臺電動機(jī)同時(shí)停止工作。這時(shí)，由壓力繼電器BP1的觸點(diǎn)執(zhí)行動作，液壓動力滑臺就會自動回到原位，復(fù)位開關(guān)SQ1受到壓力，就將工件松開,這樣就完成一個(gè)自動循環(huán)。判斷是否繼續(xù)加工，是則重復(fù)上述流程，否則油泵電機(jī)停止，機(jī)床工作結(jié)束。

3 結(jié)束語

繼電器控制系統(tǒng)具有種種弊端，不利于工廠的生產(chǎn)，可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。由于PLC體積小、結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、易編譯、可靠性強(qiáng)、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于自動控制以及其他許多行業(yè)中。本文的PLC選擇了日本三菱電機(jī)的FX2N系列，通過工作原理、硬件和軟件方面的設(shè)計(jì)，三面銑組合機(jī)床生產(chǎn)周期短、靈活性強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)簡單、實(shí)用、自動化程度高。

[1]宋世光, 等.機(jī)床電氣自動控制[M].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2001.

[2]孫振強(qiáng), 等.可編程控制器原理及應(yīng)用教程[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2005.

[3]祝紅芳.PLC及其在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用[M].人民郵電出版社.2007.

[4]王宇, 任思璟, 李忠勤.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社.2010.

[5]FX-20P-E Progamming Panel Operation Manual[Z].JAPAN: MITSUBISHI Electric Corporation, 1992.