基于PLC的多工位刷光線加工機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

繆澤宇，孔凡玉，李愛(ài)琴

(1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院 質(zhì)量與安全工程學(xué)院 浙江省家具檢測(cè)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州　310018；2.鹽城工學(xué)院 電氣工程學(xué)院，江蘇 鹽城　224000)

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基于PLC的多工位刷光線加工機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

繆澤宇1，孔凡玉1，李愛(ài)琴2

(1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院 質(zhì)量與安全工程學(xué)院 浙江省家具檢測(cè)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310018；2.鹽城工學(xué)院 電氣工程學(xué)院，江蘇 鹽城224000)

文章以多工位刷光線加工機(jī)床控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用三菱FX2N系列PLC對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造,通過(guò)visio程序設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主電路及操作面板圖，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，作出了PLC的外部接線圖。通過(guò)組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)了多工位刷光線加工機(jī)床上位機(jī)各工作方式的模擬界面。下位機(jī)PLC軟件設(shè)計(jì)分別從全線自動(dòng)，全線手動(dòng)兩種工作方式對(duì)多工位刷光線加工機(jī)床進(jìn)行了敘述，完成了各工作方式下系統(tǒng)梯形圖，并且實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)的的通信。結(jié)果表明將PLC控制技術(shù)應(yīng)用于多工位組合機(jī)床的控制系統(tǒng)中，大大提高了起自動(dòng)化程度和工作效率，提高了系統(tǒng)可靠性。

多工位機(jī)床；可編程控制器；控制系統(tǒng)

MIAO Ze-yu1，KONG Fan-yu1，LI Ai-qin2

(1.College of Quality & Safety Engineering, Zhejiang Key Laboratory of Furniture Testing Technology,China Jiliang University, Hangzhou 310018,China；2.School of Electrical Engineering,Yancheng Institute of Technology College, Yancheng Jiangsu 224000,China)

0　引言

普通車床是應(yīng)用非常廣泛的金屬切削工具，目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍然大量使用。由于繼電器系統(tǒng)接線復(fù)雜，故障診斷與排除困難，并存在諸多缺點(diǎn)，因而造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)效率低下，效益差，反過(guò)來(lái)這些企業(yè)又沒(méi)有足夠的資金購(gòu)買新的數(shù)控車床。因此，當(dāng)務(wù)之急就是對(duì)這些普通車床進(jìn)行技術(shù)改造，以提高企業(yè)的設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。設(shè)備的技術(shù)性能和技術(shù)狀況的好壞，直接影響到企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備的技術(shù)改造和更新速度又直接影響企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)拓后勁。本文中的多工位刷光線加工機(jī)床是專門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)加工曲軸箱的一種刷光機(jī)床。

1　工藝要求及動(dòng)作流程

曲軸箱是薄鋼板沖壓而成，由于沖壓工藝對(duì)工件表面不能做到很光滑，會(huì)有許多毛刺，同時(shí) 不能加工絲紋，所以就需要刷光機(jī)床對(duì)曲軸箱進(jìn)一步加工。機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　多工位刷光線加工機(jī)床的示意圖

多工位刷光線加工機(jī)床的加工針對(duì)曲軸箱的刷光孔加工(12工位)，其工作流程圖示意圖如圖2所示。

圖2　機(jī)床自動(dòng)循環(huán)工作流程圖

具體加工過(guò)程為：基于PLC的多工位刷光線加工機(jī)床全部運(yùn)動(dòng)部件原位停(電子信號(hào))→人工裝料→按循環(huán)啟動(dòng)按鈕→送料氣缸送料(氣缸行程到位)→機(jī)床夾具的夾緊氣缸夾緊工件(壓力信號(hào))→多工位刷光線動(dòng)力頭啟動(dòng)→各動(dòng)力頭的進(jìn)給汽動(dòng)滑臺(tái)由原位快進(jìn)、快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)、工進(jìn)至加工終點(diǎn)→各動(dòng)力頭的進(jìn)給氣動(dòng)滑臺(tái)快退至原位停→機(jī)床夾具的氣動(dòng)油缸松開(kāi)工件→送料氣缸送料→人工卸料→重復(fù)上述相關(guān)循環(huán)。若切換成手動(dòng)模式，自動(dòng)循環(huán)中每一步皆可單獨(dú)控制。由于本設(shè)計(jì)中利用了大量行程開(kāi)關(guān)SQ，所以可以有效地保障每一步驟的互鎖功能，與以往控制系統(tǒng)每一步采用延時(shí)的方法相比，大大提高了效率與可靠性。

2　設(shè)計(jì)主電路控制電路

主電路主要有17個(gè)電機(jī)以及PLC模塊接口，其中包括冷卻裝置電機(jī)M1，控制加工冷卻液的啟閉；排屑裝置電機(jī)M2；集中潤(rùn)滑裝置電機(jī)M3；電氣柜散熱裝置電機(jī)M4；沖壓泵電機(jī)M5；M5～M17分別為12個(gè)加工工位動(dòng)力頭的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。每個(gè)電機(jī)支路上安裝有熱繼電器，對(duì)電機(jī)祈禱過(guò)載保護(hù)作用；在主電路中設(shè)有熔斷器FU1起短路保護(hù)作用；在主電路中裝有變壓器，通過(guò)降壓為中間繼電器線圈提供安全的24V直流電壓，用來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓電磁閥，實(shí)現(xiàn)油泵的控制功能；同時(shí)給PLC提供110V電壓進(jìn)行工作。系統(tǒng)主電路如圖3、圖4所示。

圖3　系統(tǒng)主電路圖一

圖4　系統(tǒng)主電路圖二

在控制面板中，如圖5所示，有總電源、急停、冷卻、排屑、集中潤(rùn)滑、電氣柜散熱、循環(huán)/手動(dòng)、送料、夾具夾緊、夾具松開(kāi)、循環(huán)啟動(dòng)、工位快進(jìn)、工位工進(jìn)、工位快退等按鈕，機(jī)床溫度、電氣柜溫度兩個(gè)溫度顯示器，電源指示燈、滑塊原位指示燈、排屑指示燈、物料屑滿、夾具夾緊指示燈、夾具到位指示燈、工件行程到位指示燈、工位快進(jìn)燈、工位快退燈、冷卻指示燈、電氣柜散熱指示燈等，還有故障報(bào)警燈、電氣柜溫度報(bào)警燈、機(jī)床溫度報(bào)警燈、潤(rùn)滑液位低報(bào)警燈四個(gè)報(bào)警燈。

圖5　控制面板圖

當(dāng)需要給系統(tǒng)施加命令時(shí)，在控制面板上操作即可控制機(jī)床的運(yùn)行?？刂泼姘蹇梢愿鶕?jù)需要安裝在車間或者監(jiān)控室，以便更好的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。

3　多工位刷光線加工機(jī)床程序設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)多工位刷光線加工機(jī)床工藝要求及控制流程的分析，編制了PLC控制程序。由于本設(shè)計(jì)中機(jī)床的加工工位數(shù)量較多，若用傳統(tǒng)控制方法對(duì)每個(gè)工位進(jìn)行單獨(dú)的控制，不僅會(huì)使控制界面變得復(fù)雜，也不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以本設(shè)計(jì)中利用在每個(gè)工位分別對(duì)應(yīng)的原位、快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)位、最終的到位位置都裝上了行程開(kāi)關(guān)SQ，將12個(gè)工位控制集合到一起，這樣既可以簡(jiǎn)化控制程序，又可以便于上位機(jī)直觀的觀察各個(gè)工位的工作情況，同時(shí)也方便針對(duì)不同尺寸的曲軸箱對(duì)機(jī)床不同工位位置的調(diào)整。

以滑臺(tái)快進(jìn)為例，梯形圖如圖6所示，手動(dòng)模式下，按下滑臺(tái)快進(jìn)按鈕時(shí)，X005=1，滑臺(tái)1至滑臺(tái)12同時(shí)快進(jìn)，當(dāng)某一個(gè)滑臺(tái)先到達(dá)快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)行程開(kāi)關(guān)所在位置時(shí)，其行程開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的常閉節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，快進(jìn)繼電器失電，滑臺(tái)停止，等待其他滑臺(tái)到位，當(dāng)所有滑臺(tái)全部到位時(shí)快進(jìn)到位指示燈亮起，方可進(jìn)行下一步驟。

圖6　手動(dòng)滑臺(tái)快進(jìn)梯形圖

4　可編程控制器選型及端口設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中由于所需輸入輸出接口數(shù)量較多，所以選用FX2N-128MR-001。設(shè)計(jì)中需要檢測(cè)機(jī)床溫度與電氣柜溫度，所以還需FX2N-4AD-PT溫度A/D輸入模塊。

PLC主要的工作是當(dāng)滑臺(tái)處于原位時(shí)，S100-S180處于初始狀態(tài)時(shí)，置位S100。當(dāng)置位S100后，送料氣缸進(jìn)氣繼電器得電，當(dāng)工件行程到位時(shí)，送料氣缸出氣繼電器得電，延時(shí)5s后，置位S110。當(dāng)S110置位后，夾具夾緊繼電器得電，當(dāng)夾具夾緊到位后，夾緊繼電器失電，夾具夾緊指示燈亮，并置位S120。當(dāng)S120置位后，滑臺(tái)1～滑臺(tái)12快進(jìn)繼電器得電，滑臺(tái)快進(jìn)燈亮，當(dāng)某一個(gè)滑臺(tái)先到達(dá)快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其快進(jìn)繼電器失電，滑臺(tái)停止，等待其他滑臺(tái)到位，當(dāng)所有滑臺(tái)全部到位時(shí)快進(jìn)指示燈熄滅，置位S130。當(dāng)S130置位后，滑臺(tái)1～滑臺(tái)12同時(shí)工進(jìn)，滑臺(tái)工進(jìn)指示燈亮，當(dāng)某一個(gè)滑臺(tái)先到達(dá)快滑臺(tái)終點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其工進(jìn)繼電器失電，滑臺(tái)停止，等待其他滑臺(tái)到位，當(dāng)所有滑臺(tái)全部到位時(shí)工進(jìn)指示燈熄滅，并置位S140。當(dāng)S140置位后，滑臺(tái)1～滑臺(tái)12同時(shí)快退，滑臺(tái)快退指示燈亮，當(dāng)某一個(gè)滑臺(tái)先到達(dá)滑臺(tái)原位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其快退繼電器失電，滑臺(tái)停止，等待其他滑臺(tái)到位，當(dāng)所有滑臺(tái)全部到位時(shí)快退指示燈熄滅，并置位S150。當(dāng)置位S150后，夾具松開(kāi)繼電器得電，當(dāng)夾具退到原位時(shí)，夾具松開(kāi)繼電器失電，并置位S160。S160置位后，置位 S2，循環(huán)繼續(xù)。如上是自動(dòng)循環(huán)的工作流程，若切換手動(dòng)模式，每一步皆可單獨(dú)控制，由于篇幅所限，在此不再闡述。PLC輸入輸出接線圖如圖7所示。

圖7　PLC輸入輸出接線圖

5　PC與PLC的通信

(a)下位機(jī)運(yùn)行畫(huà)面

(b)上位機(jī)運(yùn)行畫(huà)面

PC與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的PLC之間處于實(shí)時(shí)的交互通信狀態(tài)。本文用利用組態(tài)王6.53軟件制作上位機(jī)操作界面，既可以遠(yuǎn)程控制下位機(jī)PLC，進(jìn)而控制機(jī)床工作，又可以直觀的顯示機(jī)床的工作狀況。操作界面具有總電源啟動(dòng)、急停、循環(huán)工作、冷卻、6結(jié)論

排屑、集中潤(rùn)滑、電氣柜散熱、送料、夾具夾緊、夾具松開(kāi)、快進(jìn)、工進(jìn)、快退等功能，同時(shí)還有各個(gè)工作狀態(tài)下的指示燈和報(bào)警燈。如圖8所示，為工作狀態(tài)下滑臺(tái)快進(jìn)組態(tài)界面，以及下位機(jī)運(yùn)行畫(huà)面(為了便于程序的調(diào)試，將滑臺(tái)2～滑臺(tái)12有關(guān)的輸入輸出接口全部取消，僅用滑臺(tái)1來(lái)代替12個(gè)滑臺(tái)，這樣可以有效減少端口所需數(shù)量，可以利用FX2N-48MR型號(hào)PLC進(jìn)行調(diào)試)。

將PLC和PC用于多工位刷光線加工機(jī)床的控制，大大提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率，減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，還簡(jiǎn)化了機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)。投入生產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行表明，減少了大量繼電器的硬件連接，使得故障率低，可靠性高，受到用戶的好評(píng)。

[1] 張改蓮. 基于PLC的深孔鉆組合機(jī)床控制系統(tǒng)的改造研究[J]. 機(jī)電一體化,2015(11):35-36,71.

[2]邊金田. 可編程控制器在機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2016(10):45-46.

[3]張成中. 基于三菱FX-2n的CW6163B型臥式車床的升級(jí)改造[J]. 電工技術(shù),2015(9):54-55.

[4]麥運(yùn)輝. 基于PLC的組合機(jī)床控制理論探討[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2015(24):49-50.

[5] 李愛(ài)琴,唐昆. 基于PLC和組態(tài)的鉆锪攻組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電子世界,2014(10):103-104.

[6] 張改蓮. 基于PLC的深孔鉆組合機(jī)床控制系統(tǒng)的改造研究[J]. 機(jī)電一體化,2015(11):35-36,71.

[7]王曉磊,李曉丹. 基于PLC的集裝箱地板鉆孔裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓,2014,42(20):12-14,30.

(編輯李秀敏)

The Design of Control System of Multi-station Brushing Machine Tool Based on PLC

In this paper, the research of multi-station brushing machine tool control system technological transformation based on Mitsubishi FX2N Series PLC. The operation panel pictures are designed by Vi-sio program，according to the system requirements. This paper makes the external wiring diagram of P-LC and uses the KingView program to realize the simulation of automatic and manual working modes of each working mode of multi-station brushing machine tool on PC. Software designs two ways of w-orking for multi-station brushing machine tool control system: the automatic and the manual. It accom-plishes the ladder chart under different working ways and realizes the communication between PLC andPC. Results show that the application of PLC control technology in the control system for multi-station brushing machine tool, greatly improving the degree of automation and productivity. It improves system reliability.

multi-station machine; PLC; control system

1001-2265(2016)09-0040-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.011

2016-03-28;

2016-04-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51104134)

繆澤宇(1992—)，男，江蘇無(wú)錫人，中國(guó)計(jì)量學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)榭刂乒こ蹋?E-mail)807246860@qq.com。

TH166;TG65

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