PLC在機加工自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用

李俊湘

(廣東省高級技工學(xué)校，廣東 惠州 516100)

1 引言

在機械行業(yè)，機械加工自動線已成為一種常見的自動化生產(chǎn)形式，這種自動線由基本工藝設(shè)備及工件傳送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。其控制系統(tǒng)大多采用機械、液壓、電氣或氣動相結(jié)合的控制方式。其中，電氣控制往往起著中樞聯(lián)接作用，但傳統(tǒng)的電氣控制通常采用繼電器邏輯控制方式，使用了大量的中間繼電器、時間繼電器、行程開關(guān)等。PLC作為新一代工業(yè)控制裝置，因其具有通用性好，實用性強，硬件配套齊全，編程方法簡單易學(xué)等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域［1］。

某機加工生產(chǎn)線采用回轉(zhuǎn)工作臺傳送零件，有夾具、上、下料機械手和進料器四個輔助裝置以及冷卻和液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)中除加工動力頭的主軸由電動機驅(qū)動以外，其余各運動部分均由液壓驅(qū)動。自動線的機械部分主要由銑端面、鉆孔、檢查、擴孔、鏜孔、攻絲、轉(zhuǎn)位、鉆深孔和上、下料等工位，單面加工，隨行夾具傳送工件。各工位動力頭主軸的旋轉(zhuǎn)運動由電動機拖動，而輸送帶步進裝置、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、各工位動力頭滑臺、檢查機構(gòu)、轉(zhuǎn)位機構(gòu)等的運動則由液壓系統(tǒng)拖動。液壓系統(tǒng)的液壓泵由一臺電動機拖動。此外，機加工自動線還配有一臺冷卻泵，用來在加工時對各動力頭的刀具和工件的加工面進行冷卻。冷卻泵由一臺電動機拖動。生產(chǎn)線控制部分采用PLC進行控制。本文重點說明銑端面的設(shè)計方法。

2 銑端面工位的設(shè)計

2.1 液壓傳動工作原理

銑端面動力頭液壓傳動部分原理圖如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)加工工件夾緊后，若使電磁鐵線圈YV12、YV13通電，則壓力油的流動路線為:泵排出的油→電磁換向閥38→油缸39無活塞桿腔。

回油路線為:油缸39有活塞桿腔→電磁換向閥38→二位二通電磁換向閥37→油箱。油缸39活塞桿拖動銑銷動力頭快進。

當(dāng)銑端面動力頭快進到位時，碰行程開關(guān)SQ12，使電磁鐵線圈YV13斷電，YV12保持通電，此時壓力油的流動路線為:泵排出的油→調(diào)速閥36→電磁換向閥38→油缸無活塞桿腔。回油路線為:油缸有活塞桿腔→電磁換向閥38→油箱。油缸39活塞桿拖動銑銷動力頭工進。

圖1 銑端面動力頭液壓傳動部分原理圖

當(dāng)銑端面動力頭工進到位時，碰行程開關(guān)SQ13，使電磁鐵線圈YV12斷電，YV11、YV13通電，此時壓力油的流動路線為:泵排出的油→電磁換向閥38→油缸有活塞桿腔?；赜吐肪€為:油缸無活塞桿腔→電磁換向閥38→二位二通電磁換向閥37→油箱。油缸39活塞桿拖動銑銷動力頭快退。

當(dāng)銑端面動力頭快退回原位時，碰原位行程開關(guān)SQ11，使電磁鐵線圈 YV11、YV12、YV13斷電，切斷使油缸39中活塞向后運動的油路，從而使銑銷動力頭停止在原位，為下一次銑銷作準(zhǔn)備。

通過以上分析，可以繪出銑端面動力頭的執(zhí)行元件動作節(jié)拍表如表1所示。

表1 銑端面動力頭的執(zhí)行元件動作節(jié)拍表

2.2 PLC程序設(shè)計

在自動線中，一個相對獨立的運動部分稱為單機，在本自動線中有下述單機:

①輸送帶、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu);②各動力頭;③檢查機構(gòu)、轉(zhuǎn)位機構(gòu)。

單機半自動程序就是用來實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對自動線中各個單機的單周循環(huán)控制的。具體地說，當(dāng)用單機選擇開關(guān)選中某個單機，且按下單機起動按鈕后，該單機起動(此時其他單機均停在原位不動)，完成其自身的一個循環(huán)的工作后，自動停在其原位。

手動程序用于實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對自動線中某一單機進行手動控制。手動控制方式又稱為點動控制方式，所謂手動控制，就是當(dāng)用單機選擇開關(guān)選中某個單機，且按下某個單機的某一步的點動按鈕不松手時，該單機的該步就起動運行。但是，一松開該點動按鈕，該單機的該步就立即停止運行。

單步程序用于實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對自動線中某一單機進行單步控制。所謂單機控制，就是按下某個單機的某一步的起動按鈕時，該單機的該步就起動運行，松開該起動按鈕后，該單機的該步仍繼續(xù)運行，直至完成該步的工作時才自動停止。

自動回原點程序用來實現(xiàn)自動線各動力頭和和各運動機構(gòu)從當(dāng)前所處的任何位置自動地退回到各自的原位，為自動線或某個單機的起動作好準(zhǔn)備［2－3］。

本自動生產(chǎn)線輸入元件中包括工作方式選擇開關(guān)、啟動、預(yù)停、急停按鈕，用于檢測各工位工作進程的行程開關(guān)和壓力繼電器等等。輸出元件包括控制各動力頭主軸電動機運行的接觸器線圈，控制各工位向前與向后、快速以及攻絲、退絲、夾緊、松開的電磁換向閥線圈。根據(jù)自動生產(chǎn)線的工作特點，選用三菱FX2N－128MR型PLC，即可滿足輸入輸出信號的數(shù)量要求，同時由于各工位動作頻率不是很高，但控制線路電流較大，故選用繼電器輸出方式的PLC，系統(tǒng)中銑端面工位的輸入輸出信號地址分配表如表2所示。

根據(jù)機加工自動線機械運動部件(輸送帶、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)和銑端面動力頭)的工藝控制要求，可以設(shè)計出銑端面工位的PLC功能表圖如圖2所示［4］。圖中M500為1時，表示系統(tǒng)滿足機加工自動線的初始條件。

回油路線為:油缸39有活塞桿腔→電磁換向閥38→二位二通電磁換向閥37→油箱。油缸39活塞桿拖動銑銷動力頭快進。

當(dāng)銑端面動力頭快進到位時，碰行程開關(guān)SQ12，使電磁鐵線圈YV13斷電，YV12保持通電，此時壓力油的流動路線為:泵排出的油→調(diào)速閥36→電磁換向閥38→油缸無活塞桿腔。回油路線為:油缸有活塞桿腔→電磁換向閥38→油箱。油缸39活塞桿拖動銑銷動力頭工進。

表2 PLC I/O地址分配表(銑端面)

圖2 銑端面工位PLC順序功能圖

3 PLC輸出端的保護

機加工自動線控制系統(tǒng)中的交流用電設(shè)備較多，如變頻器、變壓器、PLC共處于一控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的電磁干擾較強，對PLC及其輸出電路產(chǎn)生較嚴重的影響，有時甚至?xí)_亂系統(tǒng)的正常工作秩序。由于本系統(tǒng)中PLC的驅(qū)動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈，實際應(yīng)用時，為了有效抑制電磁干擾，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，在PLC輸出端與驅(qū)動元件之間增加過零型固態(tài)繼電器AC-SSR進行隔離，如圖3所示。

圖3 增加SSR的抗干擾措施

從圖3可以看出，從PLC輸出的控制信號經(jīng)晶體管放大，去驅(qū)動AC-SSR，AC-SSR的輸出經(jīng)負載連接AC220V電壓。圖3中MOV為金屬氧化物壓敏電阻，用于保護AC-SSR，其兩端電壓在其標(biāo)稱值電壓以下時，MOV阻值很大，當(dāng)超過標(biāo)稱值時，阻值很小，這樣在AC220V電壓斷開的瞬間，負載因電磁感應(yīng)產(chǎn)生高電壓，MOV阻值下降，兩端電壓下降，就保護了ACSSR，實踐證明，這種隔離措施是行之有效。

4 結(jié)束語

可編程控制器(PLC)具有開發(fā)柔性好、接線簡單、安裝方便、抗干擾性強等特點，用它來控制機加工自動線這樣復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，是理想的選擇。本系統(tǒng)經(jīng)過一段時間運行表明，該系統(tǒng)性能可靠，自動化程度高，完全能滿足生產(chǎn)工藝要求，它不僅提高了生產(chǎn)效率，而且大大減輕了勞動強度，改善了工作環(huán)境。

［1］任振輝，等.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)［M］.北京，機械工業(yè)出版社，2012.

［2］姜映紅.基于PLC控制的工件裝配裝置系統(tǒng)改造［J］.成都:機床電器，2012，2:30－4.

［3］任國軍.基于PLC的多頭鉆床控制系統(tǒng)分析與設(shè)計［J］.成都:機床電器，2012，3:32－40.

［4］MELSEC-FX2系列使用手冊［M］.日本三菱公司，2012.