基于三菱PLC的雙面銑床控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

王亞東

摘 要：采用三菱PLC對(duì)雙面銑床進(jìn)行技術(shù)改造，針對(duì)雙面銑床的控制要求，給出兩種程序設(shè)計(jì)方案，并簡(jiǎn)單分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，PLC的應(yīng)用不但大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和抗干擾能力，降低了設(shè)計(jì)運(yùn)行的故障率，同時(shí)給設(shè)計(jì)維護(hù)帶來(lái)極大的便利，對(duì)同類設(shè)備的技術(shù)改造有較大的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC；銑床；工作方式；IST

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.012

PLC的全稱是Programmable Logic Controller（可編程控制器），剛引入國(guó)內(nèi)時(shí)，曾簡(jiǎn)稱為PC。后來(lái)，IBM-PC獲得廣泛應(yīng)用，PC成了個(gè)人電腦的代名詞，才改為PLC。PLC是一種智能產(chǎn)品，是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目的是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿，明確強(qiáng)調(diào)了PLC直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、搞干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。在工業(yè)領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用已成為世界潮流。

在傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)中，都是采用繼電器——接觸器等元器件組成的硬件邏輯控制電路，在PLC出現(xiàn)之前，一直占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是電氣控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜，工藝難度高，不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性也差，所以用PLC控制取代傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)是機(jī)床控制發(fā)展的主要趨勢(shì)。它可以完美的解決傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的可靠性、柔性、開發(fā)周期、故障自診斷等問題。

銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備，在汽車等配件生產(chǎn)加工中起著不可替代的作用。而雙面銑床由于兩面可同時(shí)加工，加工效率高，應(yīng)用更為廣泛，本文主要進(jìn)行雙面銑床的PLC控制程序設(shè)計(jì)。

1 雙面銑床控制系統(tǒng)控制要求

工作臺(tái)來(lái)回往返運(yùn)動(dòng)由液壓驅(qū)動(dòng)，工作臺(tái)速度和方向由限位開關(guān)SQ1—SQ3控制。工作臺(tái)與主軸循環(huán)工作過程為：工作臺(tái)啟動(dòng)——向右快進(jìn)（左動(dòng)力頭）——減速工進(jìn)，同時(shí)主軸啟動(dòng)，加工結(jié)束——停止工進(jìn)，主軸延時(shí)10S停轉(zhuǎn)——工作臺(tái)向左快退回原位——進(jìn)入下一循環(huán)工作狀態(tài)。右動(dòng)力頭的運(yùn)行方向與左動(dòng)力頭相反。

控制要求：PLC設(shè)計(jì)時(shí)，工作方式設(shè)為自動(dòng)循環(huán)、點(diǎn)動(dòng)、單周循環(huán)和步進(jìn)4種；主軸只在自動(dòng)循環(huán)和單周循環(huán)時(shí)啟動(dòng)；要有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖裝置；自動(dòng)循環(huán)時(shí)按下圖的順序動(dòng)作。

2 PLC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

2.1 采用IST指令實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)要求，該程序主要需包括四種工作方式，分別為自動(dòng)循環(huán)、點(diǎn)動(dòng)、單周循環(huán)和步進(jìn)，最為簡(jiǎn)便的編程方法是使用功能指令的初始化指令I(lǐng)ST（FNC60）。

梯形圖源操作數(shù)S表明的是首地址，它有共8個(gè)位連號(hào)軟元件元件組成，由開關(guān)量輸入繼電器X20～X27組成，其功能分別是：

X20：手動(dòng)工作方式的輸入控制信號(hào)；X21：返回原點(diǎn)工作方式的輸入控制信號(hào)；X22：?jiǎn)尾焦ぷ鞣绞降妮斎胄盘?hào)；X23：?jiǎn)沃芷诠ぷ鞣绞降妮斎肟刂菩盘?hào)；X24：全自動(dòng)工作方式的輸入控制信號(hào)；X25：返回原點(diǎn)的啟動(dòng)信號(hào)；X26：進(jìn)入自動(dòng)工作方式的啟動(dòng)信號(hào)；X27：停止。在開關(guān)量輸入X20～X24中，不允許有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端同時(shí)閉合，因此，必須選用滿足該條件的轉(zhuǎn)換開關(guān)，且該開關(guān)至少有五擋位置，當(dāng)開關(guān)扳到某擋位置時(shí)，只有該位置的觸點(diǎn)閉合，其他各位置的觸點(diǎn)斷開。在梯形圖中，目的操作數(shù)D1和D2只能選用狀態(tài)器S，其范圍是S20～S899，其中D1表示自動(dòng)工作方式所使用的最低位狀態(tài)器，D2表示自動(dòng)工作方式時(shí)所使用的最高位狀態(tài)器。S0～S9是實(shí)際發(fā)始狀態(tài)器地址編號(hào)。S0是各操作的初始狀態(tài)，S1是原點(diǎn)回歸的初始狀態(tài)。

同時(shí)，與IST指令有關(guān)的特殊輔助繼電器有8個(gè)。它們是M8040～M8047，其中M8040：轉(zhuǎn)移禁止；M8040：轉(zhuǎn)移開始；M8042：起動(dòng)脈沖；M8043：返回原點(diǎn)完成，當(dāng)M8043為1時(shí)，允許進(jìn)入自動(dòng)工作方式，當(dāng)M8043為0時(shí)，表示返回原點(diǎn)未完成，不允許進(jìn)入自動(dòng)工作方式；M8047：STL監(jiān)控有效。

因此，如果采用IST指令設(shè)計(jì)該雙面銑床控制程序時(shí)，可將程序設(shè)計(jì)成四部分，第一部分IST指令；第二部分為手動(dòng)程序，設(shè)計(jì)在狀態(tài)點(diǎn)S0下；第三部分為返回原點(diǎn)程序，設(shè)計(jì)在狀態(tài)點(diǎn)S1下，且在該部分程序最后，到達(dá)原點(diǎn)時(shí)對(duì)M8043置1，表示返回原點(diǎn)完成；第四部分為自動(dòng)和單周程序，設(shè)計(jì)在狀態(tài)點(diǎn)S2下。若X20為ON時(shí)，狀態(tài)器S0為1，表示工作在手動(dòng)工作狀態(tài)；若X21為ON時(shí)，狀態(tài)S1為1，處于返回工作原點(diǎn)狀態(tài)，當(dāng)返回工作原點(diǎn)完成時(shí)，M8043置1，，此時(shí)如果X22為ON，則工作于單步工作狀態(tài)即步進(jìn)狀態(tài)，每按一次啟動(dòng)按鈕，就進(jìn)行一次狀態(tài)轉(zhuǎn)移，如果輸入端X23為ON，則處于單周期工作狀態(tài)，每按一次啟動(dòng)按鈕，掃行完一個(gè)周期后，停止在起始狀態(tài)S2；如果輸入端X24為1時(shí)，則處于自動(dòng)工作方式，循環(huán)執(zhí)行用戶程序。由此可見，該程序完全滿足該雙面銑床控制系統(tǒng)的四種工作方式。但是我們同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，一旦采用IST指令，其輸入端一次性占用X20～X27共8個(gè)輸入點(diǎn)，對(duì)于三菱FX2N-32MR的PLC來(lái)說，有可能輸入點(diǎn)是不夠用的，并且它必須采用至少有五檔的轉(zhuǎn)換開關(guān)，那我們可不可以不采用IST指令同樣也可以實(shí)現(xiàn)控制要求呢？

2.2 采用基本指令實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)

2.2.1 程序的總體結(jié)構(gòu)

圖3為雙面銑床的PLC梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)，將程序分為公用程序、手動(dòng)程序和自動(dòng)程序三個(gè)部分，其中自動(dòng)程序包括單步、單周期、自動(dòng)循環(huán)和自動(dòng)回原點(diǎn)四部分。這是因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞫际前凑胀瑯拥捻樞蜻M(jìn)行，所以將它們合在一起編程更加簡(jiǎn)單?；卦c(diǎn)程序放在自動(dòng)程序的初始狀態(tài)點(diǎn)S0中，因?yàn)樽詣?dòng)循環(huán)等工作方式起點(diǎn)就要求動(dòng)工作臺(tái)處于原點(diǎn)位置，梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動(dòng)程序和手動(dòng)程序不會(huì)同時(shí)執(zhí)行。

2.2.2 各部分程序的設(shè)計(jì)

（1）公用程序。公用程序如圖4所示，用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理。當(dāng)選擇自動(dòng)X7、單周X10、步進(jìn)X11這三種工作方式時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)至P0執(zhí)行自動(dòng)程序，反之若選擇的是手動(dòng)X12，則執(zhí)行手動(dòng)程序。當(dāng)執(zhí)行手動(dòng)程序時(shí)，首先將狀態(tài)點(diǎn)S0～S13復(fù)位，同時(shí)將輸出Y0～Y4復(fù)位，再進(jìn)行手動(dòng)工作方式，必免同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，同時(shí)為避免手動(dòng)工作時(shí)的越程故障，可在左動(dòng)力頭和右動(dòng)力頭輸出上分別加上SQ3和SQ1的常閉觸點(diǎn)，進(jìn)行位置限制。

自動(dòng)程序初始狀態(tài)點(diǎn)S0的激活，由自動(dòng)X7、單周X10、步進(jìn)X11三個(gè)輸入的并聯(lián)進(jìn)行觸發(fā)，并采用邊沿觸發(fā)，如果采用普通觸發(fā)，當(dāng)以上三個(gè)輸入開關(guān)閉合時(shí)，會(huì)出現(xiàn)初始狀態(tài)點(diǎn)S0一直處于激活狀態(tài)，當(dāng)自動(dòng)程序開始執(zhí)行時(shí)，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，而采用上升沿觸發(fā)，只有當(dāng)開關(guān)合上一瞬間，初始狀態(tài)點(diǎn)S0才會(huì)被激活，當(dāng)下一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)滿足條件激活時(shí)，S0狀態(tài)點(diǎn)關(guān)閉。

步進(jìn)工作狀態(tài)依靠特殊輔助繼電器M8040來(lái)實(shí)現(xiàn)，由啟動(dòng)按鈕X0的常閉觸點(diǎn)和步進(jìn)工作狀態(tài)選擇開關(guān)S11的常開狀態(tài)驅(qū)動(dòng)特殊輔助繼電器M8040。當(dāng)步進(jìn)選擇開關(guān)S11閉合，沒有按下啟動(dòng)按鈕X0時(shí)，M8040為1，禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移，按下啟動(dòng)按鈕X0時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開，M8040為0，允許狀態(tài)轉(zhuǎn)移，即跳轉(zhuǎn)至下一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)，執(zhí)行下一步動(dòng)作，由此，每按一次，自動(dòng)程序執(zhí)行一步，即實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)控制。

（2）自動(dòng)程序。自動(dòng)程序功能圖如圖5所示，其中包含單周、自動(dòng)循環(huán)以及自動(dòng)回原點(diǎn)程序。其中單同和自動(dòng)循環(huán)通過狀態(tài)點(diǎn)S13下的跳轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)選擇單周或步進(jìn)時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)點(diǎn)S0，當(dāng)選擇自動(dòng)或步進(jìn)時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)點(diǎn)S10。自動(dòng)回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)在初始狀態(tài)點(diǎn)S0下。當(dāng)返回原點(diǎn)后，即到達(dá)行程開關(guān)SQ1位置，給出原點(diǎn)信號(hào)Y5，作為下一個(gè)狀態(tài)S10激活的條件之一。同時(shí)需注意的是，因?yàn)椴竭M(jìn)工作方式與自動(dòng)程序是合在一起編程的，當(dāng)程序工作在單周或自動(dòng)時(shí)，滿足下一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)激活條件時(shí)，則跳轉(zhuǎn)至下一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)執(zhí)行，而工作在步進(jìn)工作狀態(tài)時(shí)，盡管滿足了下一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)激活條件，但沒有按下啟動(dòng)按鈕，程序不會(huì)執(zhí)行下一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的動(dòng)作，即當(dāng)前狀態(tài)點(diǎn)一直處于激活狀態(tài)，當(dāng)前狀態(tài)點(diǎn)也一直有輸出，為了避免這種情況的出現(xiàn)，在每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的輸出元件上，加上條件限制，當(dāng)滿足跳轉(zhuǎn)條件時(shí)，盡管沒有跳轉(zhuǎn)，當(dāng)前狀態(tài)點(diǎn)也無(wú)輸出。如在狀態(tài)點(diǎn)S10的輸出元件前串上SQ2的常閉觸點(diǎn)。

（3）程序調(diào)試。程序調(diào)試時(shí)，可各部分程序分別調(diào)試，然后再進(jìn)行全部程序的調(diào)試，也可直接進(jìn)行全部程序的調(diào)試。

3 總結(jié)

本文介紹的在雙面銑床控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC替代繼電器—接觸器電氣控制線路的技術(shù)改造，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能很好的保證其加工精度和定位精度，兩個(gè)編程方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用IST指令，編程方法簡(jiǎn)單，程序結(jié)構(gòu)清晰，但在工作方式的選擇開關(guān)上一定要采用五檔轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用普通指令，編程較為復(fù)雜，但開關(guān)無(wú)特殊要求?？傊?，PLC的應(yīng)用不但大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和抗干擾能力，降低了設(shè)計(jì)運(yùn)行的故障率，同時(shí)給設(shè)計(jì)維護(hù)帶來(lái)極大的便利，對(duì)同類設(shè)備的技術(shù)改造有較大的參考價(jià)值。

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