雙面銑削組合機(jī)床的PLC組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

喬志杰，程翠翠

（1.安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠技師學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

雙面銑削組合機(jī)床的PLC組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

喬志杰1，程翠翠2

（1.安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠技師學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

為提高雙面銑削組合機(jī)床的效率和自動(dòng)化程度，設(shè)計(jì)PLC和組態(tài)軟件MCGSE應(yīng)用在銑削組合機(jī)床控制系統(tǒng)中，文中給出了PLC控制系統(tǒng)以及上位機(jī)組態(tài)的設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明：該控制系統(tǒng)提升了系統(tǒng)的電氣控制水平和整體性能，控制系統(tǒng)硬件電路得到簡(jiǎn)化，檢修維護(hù)更加方便，為相關(guān)機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

銑削組合機(jī)床；PLC；MCGSE；組態(tài)控制

引言

雙面銑削組合機(jī)床是在工件兩相對(duì)表面上進(jìn)行銑削的一種專(zhuān)用加工設(shè)備，主要用于箱體類(lèi)鑄件、鋼件及有色金屬件的大平面銑削零件加工，其加工精度和加工效率比普通機(jī)床高，但現(xiàn)有控制方式仍多是繼電器-接觸器控制方式，繼電器-接觸器控制方式要用大量而又復(fù)雜的硬接線，使得系統(tǒng)的可靠性差，故障檢修困難，降低了生產(chǎn)效率，不能滿足現(xiàn)代機(jī)械加工自動(dòng)化的生產(chǎn)要求。

本文針對(duì)繼電器-接觸器生產(chǎn)效率低、可靠性差和生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了以三菱FX3U系列PLC為核心控制器，以昆侖通態(tài)觸摸屏為上位機(jī)，利用MCGSE組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了雙面銑削組合機(jī)床組態(tài)控制系統(tǒng)，根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)出電氣控制電路，用順序控制的設(shè)計(jì)思路編寫(xiě)了控制程序，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的自動(dòng)循環(huán)加工，提高了其自動(dòng)化程度和工作效率。利用組態(tài)軟件替代原有純電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程的實(shí)時(shí)操作、顯示和監(jiān)控。

1 總體設(shè)計(jì)方案

雙面銑削組合機(jī)床[1]的控制過(guò)程是典型的順序控制，銑削工作時(shí)，先將工件定位，定位后，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)床工作的自動(dòng)循環(huán)過(guò)程開(kāi)始。首先兩面動(dòng)力滑臺(tái)同時(shí)快進(jìn)，刀具電動(dòng)機(jī)也同時(shí)工作，滑臺(tái)至行程終點(diǎn)停下；之后工件工作臺(tái)快進(jìn)、工進(jìn)；銑削完畢后，左、右動(dòng)力滑臺(tái)快速退回，到達(dá)初始位置后刀具電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；銑削工作臺(tái)快速退回初始位置；最后松開(kāi)夾具并取出工件，一次加工循環(huán)結(jié)束。

本雙面銑削組合機(jī)床組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式：自動(dòng)方式是指周期性地進(jìn)行PLC控制的方式；而手動(dòng)方式則是指在出現(xiàn)應(yīng)急情況時(shí)，通過(guò)手動(dòng)操作控制各部件進(jìn)行調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

本銑削機(jī)床液壓系統(tǒng)的液壓閥電磁鐵線圈動(dòng)作后，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，控制對(duì)應(yīng)的電磁鐵工作，對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1所示。

表1 電磁閥電氣動(dòng)作表

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

在圖2中，極性開(kāi)關(guān)QS為雙面銑削組合機(jī)床電源開(kāi)關(guān)，F(xiàn)U1-FU3為各電動(dòng)機(jī)短路斷器，F(xiàn)R1-FR3為各電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。KM1-KM3為各電動(dòng)機(jī)控制接觸器。

2.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖2 系統(tǒng)主電路圖

PLC平均I/O點(diǎn)價(jià)格較高，因此在滿足控制要求的前提下盡可能使PLC使用的I/O點(diǎn)最少，F(xiàn)X2N系列PLC的中國(guó)產(chǎn)品目前已停產(chǎn)，根據(jù)實(shí)際PLC機(jī)型點(diǎn)數(shù)，選用FX2N系列的替代產(chǎn)品FX3U-32MR/ES-A，16輸入/16輸出（繼電器型）?？梢詽M足機(jī)床控制系統(tǒng)20個(gè)輸入（10個(gè)硬件輸入量，其它的用組態(tài)的軟元件M1-M6代替，有效的節(jié)約輸入點(diǎn)數(shù)資源），10個(gè)輸出的要求，而且具備擴(kuò)展余量。PLC的輸入、輸出端口分配表如表2所示。

表2 PLC輸入輸出端口分配表

2.3 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由控制要求寫(xiě)出銑削組合機(jī)床自動(dòng)循環(huán)SFC圖如圖3所示。利用GX Developer為編程軟件對(duì)PLC程序進(jìn)行編寫(xiě)手動(dòng)控制程序梯形圖如圖4所示。

3 組態(tài)設(shè)計(jì)方案

3.1 組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組態(tài)控制系統(tǒng)[2，3]的設(shè)計(jì)包括工程建立、變量定義、組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)和設(shè)備通信設(shè)置。選用MCGSE作為組態(tài)監(jiān)控軟件，它集數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表顯示和報(bào)警顯示于一體，同時(shí)可以方便快捷的向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布控制命令，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的功能。

圖3 機(jī)床自動(dòng)循環(huán)SFC圖

3.1.1 新建工程

進(jìn)入MCGSE組態(tài)環(huán)境，新建工程名為“銑削組合機(jī)床PLC組態(tài)控制系統(tǒng)”[4，5]。

3.1.2 定義變量

在MCGSE組態(tài)軟件中，進(jìn)入“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”窗口頁(yè)定義變量，定義變量前先對(duì)變量進(jìn)行分配。建立表2中PLC輸入輸出端口分配表的M0-M7、M10-M16、Y0-Y7、Y10-Y11的數(shù)據(jù)庫(kù)，類(lèi)型均為開(kāi)關(guān)型。

3.1.3 組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)

組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)[6]分為畫(huà)面建立、畫(huà)面編輯、動(dòng)畫(huà)連接3個(gè)步驟。通過(guò)上述步驟，建立的“銑削組合機(jī)床PLC組態(tài)控制系統(tǒng)”畫(huà)面如圖5所示。

3.1.4 建立MCGSE組態(tài)軟件與三菱PLC的連接

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用昆侖通態(tài)觸摸屏，觸摸屏和PLC之間采用RS232串口通訊方式。本系統(tǒng)的硬件設(shè)備是三菱PLC，在設(shè)備窗口中點(diǎn)擊設(shè)備工具箱進(jìn)入設(shè)備管理，添加“通用串口父設(shè)備”和“三菱FX系列編程口”，在“通用串口父設(shè)備”中串口端口號(hào)為“0-COM1”、數(shù)據(jù)位位數(shù)為“0-7位”、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式為“2-偶校驗(yàn)”。

圖4 手動(dòng)控制程序梯形圖

3.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試

在MCGSE組態(tài)軟件中，進(jìn)入“運(yùn)行環(huán)境”連接上位機(jī)組態(tài)和PLC，根據(jù)銑削組合機(jī)床加工過(guò)程中的各項(xiàng)功能進(jìn)行調(diào)試。經(jīng)過(guò)調(diào)試后，控制系統(tǒng)完全可以滿足各項(xiàng)控制要求。

圖5 銑削組合機(jī)床PLC組態(tài)控制系統(tǒng)組態(tài)畫(huà)面

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所述控制系統(tǒng)利用液壓系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)以及上位機(jī)組態(tài)共同控制，組態(tài)控制系統(tǒng)的引入有效的節(jié)約PLC輸入點(diǎn)數(shù)資源，使機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，同時(shí)機(jī)床的組態(tài)可視化界面也易于操作與發(fā)現(xiàn)故障。實(shí)踐表明：該控制系統(tǒng)提升了系統(tǒng)的電氣控制水平和整體性能，系統(tǒng)硬件電氣線路大為簡(jiǎn)化，故障率顯著降低，電氣線路的故障率檢修維護(hù)更加方便，提高了生產(chǎn)效率。文中的銑削組合機(jī)床PLC組態(tài)控制系統(tǒng)對(duì)于相關(guān)機(jī)床的自動(dòng)化設(shè)計(jì)與改造也具有一定的工程借鑒價(jià)值。

注釋及參考文獻(xiàn)：

[1]朱朝寬,等.典型機(jī)床電氣控制解析與PLC改造實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2]徐新.人機(jī)界面與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[3]覃貴禮,吳尚慶.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007:59-84.

[4]趙顯紅,張曉紅.觸摸屏和PLC在捻線機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表,2008,29(7):66-68.

[5]陳楊,熊捷,秦付軍.力控監(jiān)控組態(tài)軟件在三面鉆組合機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2009,26(1):49-52．

[6]曹輝.組態(tài)軟件技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.

The Design of PLC and Configuration Control System in Double-sided Milling Combination Machine

QIAO Zhi-Jie1,CHENG Cui-Cui2
(1.Anhui Vocational College of Electronic&Information Technology,Bengbu,Anhui 233000;2.Anhui Bengbu Technician College,Bengbu,Anhui 233000)

Using PLC and configuration software MCGSE,the double-sided milling combination machine control system was designed to improve machining efficiency and degree of automation．PLC control system and host computer configuration software were illustrated in this paper.Actual application of system improves the controlling level and performance of electricity in a comprehensive way．The control system hardware circuit is simplified.Maintenance,examining and repairing are more convenient．It provides reference for the design of related machine control system．

milling combination machine;PLC;MCGSE；configuration control System

TG659

A

1673-1891（2015）02-0039-03

2015-03-15

2014年安徽省省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2014zjjh068)；2012年安徽省省級(jí)質(zhì)量工程專(zhuān)業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012zy110)；2012年安徽省精品資源共享課程（項(xiàng)目編號(hào)：2012gxk161)。

喬志杰(1983-)，男，安徽固鎮(zhèn)人，工學(xué)碩士，講師，研究方向：電氣自動(dòng)化方面的教學(xué)與技術(shù)研究。