基于PLC和組態(tài)王的木工三排鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王昆++牟玉壯

摘要：為了提高木工三排鉆床的自動(dòng)化程度，本文通過分析三排鉆床工作流程和要求，設(shè)計(jì)了木工三排鉆床的控制系統(tǒng)，其中包括西門子S7-200PLC程序編寫和組態(tài)王界面設(shè)計(jì)。最后將設(shè)計(jì)的程序下載到PLC后，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)行組態(tài)王，通過改變各個(gè)輸入得到相應(yīng)的輸出，證明了程序的正確性。

關(guān)鍵詞：木工鉆床 PLC 組態(tài)王

中圖分類號(hào)：F426.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）10-0011-01

1 概述

從2000年以來，我國(guó)木工機(jī)械行業(yè)呈現(xiàn)跨越式發(fā)展，木工機(jī)械行業(yè)GDP從世界第五增長(zhǎng)到世界第二，但是總體上我國(guó)木工機(jī)械的數(shù)控化率非常低[1]。木工機(jī)床是家具制造業(yè)和木材加工業(yè)的基礎(chǔ)，多排鉆床作為木工機(jī)床的一部分，在木材打孔加工領(lǐng)域有不可替代的作用。其中三排鉆床具有定位靈活、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，是板式家具生產(chǎn)中常見的鉆孔設(shè)備[2]。本文以設(shè)計(jì)三排鉆PLC和組態(tài)王控制系統(tǒng)為目的，提高三排鉆床的自動(dòng)化控制程度。

PLC作為下位機(jī)在工控領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，它具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、容易安裝、擴(kuò)展能力強(qiáng)、功耗小等優(yōu)點(diǎn)[3]。本文采用小型模塊化的西門子S7-200PLC對(duì)三排鉆床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，用戶可以通過運(yùn)行組態(tài)軟件的PC機(jī)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作。本文采用的是北京亞控科技開發(fā)的組態(tài)王軟件，它具有功能完善、性能可靠、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并且市場(chǎng)占有率較高，在國(guó)內(nèi)外的工程項(xiàng)目中應(yīng)用很多[4]。

2 木工三排鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求

2.1 三排鉆床排鉆組成

木工三排鉆床包括B鉆排單元和C鉆排單元，其中B鉆排單元用于水平方向的孔，C鉆排用于加工板件垂直方向孔。C鉆排包括C1和C2兩排鉆頭，它們可以在X軸方向移動(dòng)。

2.2 三排鉆床工作流程

三排鉆床工作流程可以概括為：板件通過傳送帶到達(dá)加工位置后，壓板開關(guān)啟動(dòng)，壓板氣缸工作，將板件壓緊。根據(jù)是否需要加工水平方向孔選擇同步/異步模式，其中同步模式是指B1鉆排工作，異步模式是指B1鉆排不工作；根據(jù)自身需要，選擇自動(dòng)/手動(dòng)加工模式；根據(jù)加工孔的排數(shù)，選擇C1和C2鉆排。觸動(dòng)開始加工按鈕后，所選擇的鉆排開始工作。當(dāng)觸碰到行程開關(guān)后，排鉆電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)并回程，壓板氣缸復(fù)位，孔加工完畢。

根據(jù)上述三排鉆床工作流程要求，現(xiàn)列出如圖1所示的流程圖，以方便PLC程序設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。

3 木工三排鉆床控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

3.1 PLC型號(hào)選擇

西門子S7-200 PLC具有性價(jià)比高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，本文選擇S7-200 PLC CPU224型號(hào)，它具有14個(gè)輸入端口和10個(gè)輸出端口，滿足本文所設(shè)計(jì)的三排鉆輸入/輸出端口數(shù)量。

3.2 輸入/輸出端口定義

S7-200PLC輸入/輸出端口分配如表1所示。

3.3 PLC程序設(shè)計(jì)

STEP7-Micro/WIN 編程軟件是西門子S7系列PLC程序編輯專用軟件，可以進(jìn)行梯形圖邏輯、功能塊圖和語(yǔ)句表編程。本文設(shè)計(jì)PLC程序在STEP7-Micro/WIN編程軟件中進(jìn)行。

為了簡(jiǎn)化程序和便于檢查錯(cuò)誤，PLC程序中有子程序嵌套，三個(gè)子程序分別為同步加工模式、異步加工模式和自動(dòng)加工過程。如圖2所示為本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)加工過程部分子程序。

3.4 PLC控制連接設(shè)備

根據(jù)對(duì)PLC輸入和輸出端口的定義，需在相應(yīng)的輸入輸出端口連接相應(yīng)的電氣設(shè)備。PLC與電氣設(shè)備連接原理圖如圖3所示。

4 木工三排鉆床組態(tài)王界面設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的三排鉆床操縱主界面根據(jù)PLC輸入端口設(shè)置，需在數(shù)據(jù)詞典中設(shè)置啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、B1鉆排按鈕、C1鉆排按鈕、C2鉆排按鈕、開始加工按鈕、同步/異步按鈕、手動(dòng)/自動(dòng)按鈕和指示燈等變量，并將它們連接到相應(yīng)的PLC寄存器地址。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以設(shè)計(jì)木工三排鉆床控制系統(tǒng)為目的，利用計(jì)算機(jī)和組態(tài)王軟件作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)木工三排鉆床工況的實(shí)時(shí)控制。根據(jù)木工三排鉆床PLC控制接線圖，將下載好設(shè)計(jì)程序的PLC裝機(jī)后，經(jīng)調(diào)試和加工板件后發(fā)現(xiàn)木工三排鉆床的生產(chǎn)效率和加工精度都有大幅度的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]馬巖.我國(guó)數(shù)控木工機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀及自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)方向[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2012（1）.

[2]宋魁彥，王逢瑚.板式家具零部件的鉆孔工藝與排鉆性能分析[J].家具，2002（2）：64-67.

[3]向曉漢.西門子S7-200PLC完全精通教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[4]陳杭州.基于PLC和組態(tài)王的隧道通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)[D] .廈門：廈門大學(xué)碩士論文，2014.

[5]嚴(yán)盈富.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門[M].北京：人民郵電出版社，2006.