PLC在組合機(jī)床中的應(yīng)用研究

李雯

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 寶雞 721000）

傳統(tǒng)的繼電器構(gòu)成的機(jī)床控制系統(tǒng)存在諸多弊端，將PLC與繼電器很好的結(jié)合，增強(qiáng)機(jī)床的操作性和靈活性，益處良多。文中以JT4036型機(jī)械動力頭配置的組合機(jī)床為例，具體分析PLC技術(shù)應(yīng)用于組合機(jī)床的一般方法，對改善組合機(jī)床控制電路大多采用繼電器－接觸器系統(tǒng)的現(xiàn)狀具有一定的參考價(jià)值

1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的比較

1.1 組成的器件不同

繼電器接觸器控制系統(tǒng)由硬件繼電器構(gòu)成，帶有大量的機(jī)械觸點(diǎn)，因多次的重復(fù)性吸合、釋放、塵埃的隔離性及電弧的影響，元件的物理性能疲勞，系統(tǒng)的可靠性大大降低，本來所具有的很強(qiáng)的抗干擾能力也大大減弱。而PLC則從軟件和硬件兩方面采取了一系列的抗干擾措施。在硬件方面，CPU與I/O模塊之間采用光電隔離措施，抑制了外部干擾源對PLC的影響。軟件方面操作者可編寫故障自診斷程序，使PLC在每一次掃描過程的內(nèi)部處理期間，能夠檢測系統(tǒng)硬件是否正常，同時(shí)當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，能將當(dāng)前重要的信息存入存儲器，測試表明一般的PLC產(chǎn)品可抗1 kV、1 μs的脈沖干擾[1]。

1.2 觸點(diǎn)的數(shù)量不同

繼電器接觸器的觸點(diǎn)一般只有4～8對，數(shù)量較少，一個(gè)控制系統(tǒng)大多要用多個(gè)接觸器繼電器才能完成控制要求，而“軟繼電器”可供編程的觸點(diǎn)數(shù)量有無限對，使用可編程控制器后可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器。

1.3 控制方法不同

繼電器接觸器控制系統(tǒng)是根據(jù)電氣原理圖將元件用硬件接線連接完成的，控制功能如果要調(diào)整，必須要將原來的接線拆除重新接線。PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)中的大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的接線的工作量大為減少。同時(shí)PLC的大部分的程序編寫好后，都可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，用模擬開關(guān)代替輸入信號，發(fā)光二極管指示輸出狀態(tài)。程序模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。

1.4 能耗不同

可編程控制器的體積小，可以裝在機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，可以將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/10～1/2?？删幊炭刂破鞯呐渚€比繼電器控制系統(tǒng)的配線少得多，所以可以節(jié)省大量的配線和附件，也使能耗降低，同時(shí)節(jié)省大量的費(fèi)用。

2 PLC在組合機(jī)床中的應(yīng)用

2.1 組合機(jī)床的特點(diǎn)

組合機(jī)床是由一些通用部件和按加工需要而設(shè)計(jì)的專用部件組成的高效率自動化或半自動化的專用機(jī)床。這類機(jī)床通常是從幾個(gè)方向?qū)ぜM(jìn)行加工，加工工序集中，要求各個(gè)部件的運(yùn)動順序、速度、起動、停止、正向、反向、前進(jìn)、后退等均應(yīng)協(xié)調(diào)配合、并按一定的程序自動或半自動地進(jìn)行。

在組合機(jī)床中，通用部件一般占機(jī)床零部件總量的70%～80%，主要由動力部件、支撐部件、輸送部件、控制部件、輔助部件組成。

2.2 機(jī)械動力頭控制線路

動力頭是組合機(jī)床的通用部件的主要組成部分，用于完成道具切削運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。下面以JT4036型機(jī)械動力頭配置的組合機(jī)床為例，分析其控制要求，編寫PLC程序，完成加工要求。

2.2.1 JT4036型動力頭傳動系統(tǒng)：

JT4036型動力頭由快速電動機(jī)正反轉(zhuǎn)完成快速進(jìn)退功能，由主軸電動機(jī)完成主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給功能。主軸電動機(jī)通過兩對交換齒輪A、B、C、D驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，再由蝸桿帶動蝸輪，經(jīng)兩對進(jìn)給齒輪E、F、G、H及摩擦離合器將轉(zhuǎn)矩傳遞給第二副蝸桿、蝸輪使套筒回轉(zhuǎn)，這時(shí)，裝在套筒上的螺母也隨之回轉(zhuǎn)。動力頭作快速進(jìn)退時(shí)，主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn)，套筒和螺母不轉(zhuǎn)動，電磁閘放松，快速移動電動機(jī)經(jīng)絲桿拖動動力頭快速進(jìn)退。主軸電動機(jī)帶動螺母回轉(zhuǎn)驅(qū)使動力頭作工作進(jìn)給時(shí)，絲杠被裝在滑座上的快速移動裝置的電磁閘制動[2]。

2.2.2 具有一次工進(jìn)的控制過程分析

兩臺電動機(jī)，主軸電動機(jī)M1，拖動主軸旋轉(zhuǎn)及動力頭工進(jìn)，快速移動電動機(jī)M2，拖動動力頭快速進(jìn)退，控制順序如圖1所示。按下SB1，快速移動電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，動力頭快進(jìn)，行程開關(guān)SQ2被擋鐵壓下，發(fā)出“快退—停止”轉(zhuǎn)換信號，M2停轉(zhuǎn)，同時(shí)主軸電動機(jī)M1轉(zhuǎn)動，動力頭工進(jìn)。當(dāng)擋鐵壓下SQ3時(shí)，M1停轉(zhuǎn)，動力頭停止工進(jìn)，同時(shí)M2反轉(zhuǎn)，動力頭快退。當(dāng)擋鐵壓下SQ1時(shí)。M2停轉(zhuǎn)，動力頭停止，完成一次自動循環(huán)?？刂葡到y(tǒng)電氣原理圖主回路如圖2所示。

圖1 控制順序圖Fig.1 Control sequence diagram

圖2 電氣原理圖Fig.2 Electrical diagram

2.3 可編程控制技術(shù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用三菱的FX2N系列控制器，根據(jù)前面所述以JT4036型機(jī)械動力頭配置的組合機(jī)床控制任務(wù)的要求，可以算出I/O點(diǎn)數(shù)。輸入信號：起動按鈕、快進(jìn)限位開關(guān)、工進(jìn)限位開關(guān)、快退限位開關(guān)。輸出信號：主軸電動機(jī)、快速移動電動機(jī)。

根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)及功能要求，選用FX2N－16MR型可編程控制器可以滿足控制系統(tǒng)的要求。

下面進(jìn)行I/O分配。

輸入信號：

可編程控制器外部接線圖如圖3所示。運(yùn)用STL指令可以很方便的編制順序控制梯形圖程序如圖4所示。

圖3 外部接線圖Fig.3 External wiring diagram

編程軟件采用GX Developer，其程序語言是梯形圖[3]。GX Developer運(yùn)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)。在GX Developer中可以通過執(zhí)行菜單“編輯”→“梯形圖標(biāo)記”命令，將已編好的程序輸入到計(jì)算機(jī)，并通過執(zhí)行菜單“變換”→“變換”命令保存。再執(zhí)行菜單“在線”→“遠(yuǎn)程操作”將程序運(yùn)行并監(jiān)控。

3 結(jié)束語

采用PLC控制技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制電路，可提高系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性。尤其是運(yùn)用STL指令進(jìn)行PLC編程，可將復(fù)雜的硬件繼電器的控制電路圖簡化為梯形圖語言，使控制系統(tǒng)的建立方便、高效。在相同條件下，采用PLC控制系統(tǒng)要比繼電器控制電路的能耗和費(fèi)用降低很多。因此，將PLC控制技術(shù)運(yùn)用于組合機(jī)床的控制電路，非常具有研究價(jià)值。

圖4 梯形圖Fig.4 The ladder diagram

[1]孫振強(qiáng).可編程控制器原理及應(yīng)用教程[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]譚維瑜.電機(jī)與電氣控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]鄧林興.混合可編程控制PLC技術(shù)組合機(jī)床控制系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動化，2012（10）:76－77，81.DENG Lin-xing.Combined machine tool based on PLC control design application[J].Manufacturing Automation，2012（10）：76－77，81.

[4]徐建俊.電機(jī)與電氣控制項(xiàng)目教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[5]王也房.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001

[6]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.