基于PLC控制的模具機床自動門機系統(tǒng)的改造設計與實現(xiàn)

丁才成, 劉子玉

(常州工程職業(yè)技術學院 教務處，江蘇 常州 213164)

基于PLC控制的模具機床自動門機系統(tǒng)的改造設計與實現(xiàn)

丁才成, 劉子玉

(常州工程職業(yè)技術學院 教務處，江蘇 常州 213164)

隨著社會的發(fā)展，自動門系統(tǒng)在日常生活中的運用越來越廣泛，受到了大量的關注，許多企業(yè)、工廠也摒棄了傳統(tǒng)的手動開關門的方式，繼而使用以PLC控制器為核心的智能控制方式。研究了基于PLC控制的模具機床自動門機控制系統(tǒng)，采用 PLC作為控制的核心單元，使用氣動執(zhí)行機構實現(xiàn)自動開關門控制。同時采用組態(tài)軟件將真實的工作環(huán)境在計算機上顯示，將系統(tǒng)實時的信息直觀的反應出來，便于操作與記錄。

自動門機; PLC; 模具機床；組態(tài)軟件;設計與實現(xiàn)

0 引 言

精密模具機床設備在制造加工業(yè)中已廣泛使用，模具機床的門機系統(tǒng)目前廣泛使用工人手工開關門，大大增加了工人的勞動強度，降低了勞動效率，且工人由于長時間枯燥、機械的操作會降低工作的準確度，出現(xiàn)誤操作，開模時間不準，帶來一系列廢品的出現(xiàn)。

本課題的研究是基于真實的企業(yè)應用，為企業(yè)進行精密機床門機系統(tǒng)的改造，采用三菱FX1S PLC控制器結合氣動執(zhí)行機構[1]完成對機床自動門機系統(tǒng)的設計與改造，并在實踐中得到了很好的應用。

1 控制策略設計

1.1 系統(tǒng)需求分析

(1)門機系統(tǒng)能實現(xiàn)手動按鈕開關門和根據(jù)系統(tǒng)完成信號自動開門；(2)采用雙速控制方法，即開關門起步時快速，當門將要閉合或是全開時減速，以保證開關門效率的同時，無過大沖擊力帶來的負影響[2]；(3)要具備工人誤操作下的保護功能。

1.2 控制策略設計

系統(tǒng)設計方案分為三種：(1)通過使用PLC控制電磁閥來驅動氣缸，通過氣缸的伸縮，繼而轉化為門的開關；(2)通過PLC控制伺服電機，通過絲杠傳動，轉化為門的開關[3]；(3)直接通過傳統(tǒng)的繼電器線路，帶動電機轉動或者氣缸伸縮，進而控制門的開關。

經(jīng)過實地考察，結合綜合因素分析發(fā)現(xiàn)，方案(3)直接由繼電器控制雖然結構簡單，成本低廉，但是系統(tǒng)的可擴展性較差，今后的維護很困難；方案(2)采用伺服驅動雖然實現(xiàn)較為簡單，但是現(xiàn)場機床排放緊密，結構復雜，液壓油管交錯，采用伺服電機進行絲杠傳動沒有足夠的空間，現(xiàn)場安裝無法完成；方案(1)采用PLC結合氣動執(zhí)行機構簡單，現(xiàn)場設備自帶氣源可以直接使用，成本也能接受。綜合以上各個因素，最終決定采用方案(1)。

圖1 設計流程圖

1.3 設計流程圖設計(如圖1所示)

2 控制系統(tǒng)硬件設計

2.1 控制系統(tǒng)硬件設計框圖

圖2 控制系統(tǒng)硬件設計框圖

本系統(tǒng)采用PLC控制氣路通斷、換向來帶動氣缸伸縮作為控制門的方式。PLC作為控制核心，既控制電磁閥通斷，同時也接收磁感應開關的反饋信號[4]。其硬件設計框圖如圖2所示。 2.2 氣動回路設計

氣路設計主要采用一個二位五通電磁閥、兩個二位兩通電磁閥和兩個節(jié)流閥。將外部氣源接入二位五通電磁閥作為引入氣源，然后再將其兩個位分別作為開、關門的控制，分別接上一個節(jié)流閥和一個二位兩通的電磁閥[5]。然后再通入氣缸。按照設計程序，當開門時開門控制和關二通電磁閥得電接通，此時進氣通過節(jié)流閥，而排氣通過反向的節(jié)流閥以及關二通電磁閥，經(jīng)過減速開關后，使關二通電磁閥失電，這樣排氣只能通過反向的節(jié)流閥，從而起到減速的效果。關門亦同理。其氣路設計圖如圖3所示。

圖3 氣路設計原理圖

2.3 執(zhí)行機構安裝

由于系統(tǒng)傳動結構動力源為氣泵，執(zhí)行器為氣缸，而受控對象為門，因此本著簡單可靠原則，在氣缸伸縮軸上連接鉸鏈，并且與門相固定，從而將氣缸的伸縮轉化為門的開關。氣缸與鉸鏈連接如圖4所示。

圖4 氣缸與鉸鏈連接示意圖

2.4 PLC I/O點位表設計(如表1所示)

表1 PLC I/O點位表

3 控制系統(tǒng)軟件設計

3.1 PLC程序流程圖設計

系統(tǒng)上電后，首先進行初始位置和異常情形檢測，如果無異常則檢測急停與光柵信號是否正常，如果信號正常，門機處于待機運行狀態(tài)。當運行控制撥至自動檔位，當工件加工完成后，機床控制主板發(fā)出信號給PLC，PLC自動控制門開啟，到減速位置后，自動門開門速度降低，直至檢測到開門到位信號后，開門行程結束，關門行程類似，具體流程見圖5所示。

圖5 程序流程圖

3.2 組態(tài)界面設計

在完成組態(tài)基礎步驟與3D效果圖制作后，結合兩者來設計組態(tài)最終的界面并且在界面上制作相應的動畫鏈接，以反映實際生產(chǎn)運行時的真實情形。

組態(tài)界面如圖6所示。

4 控制系統(tǒng)運行調(diào)試

在調(diào)試過程中存在許多問題：(1)偶爾出現(xiàn)開門或關門減速失控，對門框造成沖擊。(2)系統(tǒng)長時間上氣，初次運行時，偶爾出現(xiàn)速度過慢的情況。

針對上述問題進行反復實踐改進最終解決如下，對于問題(1)經(jīng)過反復測試與研究發(fā)現(xiàn)，問題存在的根源可能與磁性開關的安裝或選型有關，主要是氣缸的活塞在移動時，可能由于過快，或者其他原因造成磁性開關檢測不到氣缸的活塞，造成減速信號的丟失。而造成這種的情況的原因有以下幾種可能：(1)磁性開關由于是長方體而氣缸為圓柱體，安裝時可能存在不緊密的情況，而造成信號的采集不到。(2)系統(tǒng)選用的磁性開關為AIRTAC cs1—F型號，也是最為常見的一種，通常安裝在氣缸的兩端，用作到位的信號檢測，而運用在中間做信號的采集可能會出現(xiàn)不理想的情況，或許應該尋找對應的用于過程中檢測信號的專用磁性開關。因此經(jīng)反復考慮之后將原有磁性開關改成機械碰輪開關，存在問題得到了有效的解決。

對問題(2)經(jīng)過大量的測試，發(fā)現(xiàn)其中的不穩(wěn)定原因比較隱蔽，既不是由于氣壓不夠造成，也不是因為信號采集不到造成，因此猜測其原因可能與氣缸活塞的潤滑度有關，由于放置時間過久，

圖6 精密機床門機系統(tǒng)操作界面

其潤滑液不能充分潤滑其內(nèi)壁造成阻力過大?；蛘咭驗榛钊麅?nèi)部密封圈密封度不高，長時間不運作，出現(xiàn)漏氣使氣缸實際工作壓力達不到設定值，出現(xiàn)過慢情況。因此建議廠商將原有亞德客氣缸更換成費斯通氣缸，存在問題得到了有效的解決。

5 結束語

本設計滿足了設計要求，符合實際生產(chǎn)控制，利用PLC實現(xiàn)自動門的控制系統(tǒng)，提高了自動門機系統(tǒng)的可靠運行，改善了自動門的操作環(huán)境，給工人帶來了極大的方便，提高了勞動效率。

[1] 徐國林.PLC應用技術 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2] 阮有德.電氣控制與PLC實訓教材 [M]. 北京：人民郵電出版社，2006.

[3] 田效伍.電氣控制與PLC應用技術 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4] 龔仲華，史建成，孫毅.三菱FX/Q系列PLC應用技術 [M]. 北京：人民郵電出版社，2006.

[5] 李長久.PLC原理及應用 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.

The Reformation Design and Implementation of a PLC-based Automatic Door Machine System of Mould Machines

Ding Caicheng, Liu Ziyu

(Office of Teaching Affairs, Changzhou Vocational Institute of Engineering, Changzhou Jiangsu 213164, China)

Along with social development, the automatic door system finds increasingly wide application in daily life and receives much attention. Many enterprises and factories abandon their traditional manual door opening and closing and adopt instead intelligent control with PLC as the core. This thesis focuses on a PLC-based automatic door machine control system for mould machines, which adopts PLC as the core unit of the control and uses a pneumatic actuator to achieve automatic door opening and closing. Furthermore, configuration software is used to display real working environment on the computer and give a visual reflection of real-time system information, thus making it easy to operate and record.

automatic door machine;PLC; mould machine;configuration software;design and implementation

本文為丁才成主持的院級科研課題“精密機床門機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)”的成果，課題編號：KJ14304

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.025

TP273

A

1000-3886(2016)06-0080-03

丁才成(1983-)，男 ，江蘇常州人，碩士，專業(yè)：控制理論與控制工程，研究方向：建筑智能化，常州工程職業(yè)技術學院教務處副處長。 劉子玉(1995-)，男，江蘇泰州人，專業(yè)樓宇智能化工程技術專業(yè)，學生。

定稿日期: 2016-06-24