用PLC改進(jìn)一款內(nèi)溝磨床的實(shí)例探討

潘文輝

摘要：傳統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械采用繼電器、交流接觸器等控制，這種控制系統(tǒng)具有很多固有缺陷。在自動(dòng)化的控制過(guò)程中，順序控制（過(guò)程步進(jìn)型控制）是指一步一步按順序驅(qū)動(dòng)各負(fù)載動(dòng)作，這種控制過(guò)程用傳統(tǒng)的繼電接觸控制需要較多中間繼電器配合行程開(kāi)關(guān)才能實(shí)現(xiàn)，較難判斷故障部位的具體損壞元件。文章對(duì)用PLC改進(jìn)一款內(nèi)溝磨床的實(shí)例進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：3MZ1310磨床；MELSEC Fx-20MR；PLC；狀態(tài)控制；行程開(kāi)關(guān) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH133 文章編號(hào)：1009-2374（2017）07-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.019

1 概述

磨床是精加工機(jī)床，是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。磨床的特點(diǎn)是多刃加工、高速旋轉(zhuǎn)；萬(wàn)能性強(qiáng)，適用于各種表面加工；加工余量小，生產(chǎn)效率高；加工精度高，表面質(zhì)量好。因此磨床在生產(chǎn)企業(yè)中用得很多，特別是3MZ1310內(nèi)溝磨床。但是傳統(tǒng)的3MZ1310內(nèi)溝磨床自動(dòng)化程度不高，故障率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)控制方面還有很大差距，不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，并且電器方面我們采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯的控制系統(tǒng)控制邏輯。這些連線大多是很復(fù)雜的，并且體積比較大、功耗較大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想要改變、增加功能都較為困難。其次，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量一般很有限，靈活性和可擴(kuò)展性會(huì)受到很大限制，這種電器控制系統(tǒng)顯得不合時(shí)宜了，因此對(duì)傳統(tǒng)的3MZ1310內(nèi)溝磨床進(jìn)行改造就顯得尤為重要。這里我們采用的是日本三菱公司開(kāi)發(fā)的MELSEC Fx-20MR的可編程控制器（PLC）對(duì)傳統(tǒng)的3MZ1310內(nèi)溝磨床進(jìn)行改造。可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。其控制邏輯是在存儲(chǔ)器中存放程序的方式，我們要改變它的控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，PLC還有一個(gè)好處就是能很好利用“軟繼電器”，實(shí)質(zhì)上它是一種存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以它觸點(diǎn)數(shù)量是無(wú)限的，也就是說(shuō)PLC系統(tǒng)的靈活性是很好的，同時(shí)它的可擴(kuò)展性也好。另外，因?yàn)槿毡救夤镜漠a(chǎn)品在我國(guó)應(yīng)用的歷史比較長(zhǎng)，掌握的人也比較多，在業(yè)內(nèi)信譽(yù)高、產(chǎn)品的穩(wěn)定性比較可靠；三菱公司可編程序控制器編程語(yǔ)言通俗易懂，可采用梯形圖方式編寫(xiě)程序，簡(jiǎn)單方便，容易閱讀，沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)的人在短時(shí)間內(nèi)可以掌握，和其他公司的可編程序控制器比較，可以減少閱讀梯形圖的時(shí)間，提高維修人員的維修效率。另外，還可以利用電話線和調(diào)制節(jié)調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試和維修，能對(duì)用戶的程序進(jìn)行修改、診斷故障，可以縮短維修、診斷、調(diào)試時(shí)間和節(jié)省旅差費(fèi)用。用步進(jìn)梯形指令可以容易實(shí)現(xiàn)其順序控制的過(guò)程，做到簡(jiǎn)化線路，提高機(jī)械的電氣控制性能，提高可靠性，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

根據(jù)3MZ1310內(nèi)溝磨床的動(dòng)作順序和工藝要求畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖1所示：

上圖中，用來(lái)存儲(chǔ)磨床工作過(guò)程中各種狀態(tài)的是“S”，它是一種狀態(tài)器，是3MZ1310內(nèi)溝磨床里面的一種PLC軟元件，以此用來(lái)有序控制系統(tǒng)。

2 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配表

根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可以確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配表，如表1：

3 由I/O點(diǎn)分配表分配輸入、輸出接點(diǎn)并完成接線

由I/O點(diǎn)分配表分配輸入、輸出接點(diǎn)，并完成外部接線，如圖2所示：

4 工作過(guò)程

根據(jù)流程圖和PLC接線圖可知，當(dāng)磨床需要工作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕（X12），PLC進(jìn)入初始狀態(tài)S0，正常磨架處以原位，即原位檢測(cè)開(kāi)關(guān)X1閉合，此時(shí)PLC程序進(jìn)入S20狀態(tài)，開(kāi)始上料。當(dāng)磨料上好后，壓合料壓行程開(kāi)關(guān)X2，PLC程序進(jìn)入S21狀態(tài)，磨架開(kāi)始快進(jìn)。到位后壓合快進(jìn)到位行程開(kāi)關(guān)X3，PLC程序進(jìn)入S22狀態(tài)，進(jìn)行粗磨。粗磨完成后，磨架壓合粗磨到位。

行程開(kāi)關(guān)X4，PLC程序進(jìn)入S23狀態(tài)，進(jìn)行精磨。精磨一定時(shí)間（根據(jù)調(diào)試確定T1的k值）后，PLC程序進(jìn)入S24狀態(tài)，磨架開(kāi)始快退?？焱说轿缓?，磨架壓合快退到位行程開(kāi)關(guān)X5，PLC程序進(jìn)入S25狀態(tài)，磨架開(kāi)始回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)到位后，磨架壓合回轉(zhuǎn)到位行程開(kāi)關(guān)X6，PLC程序進(jìn)入S26狀態(tài)，工件被機(jī)械手拔出。拔出后已拔出行程開(kāi)關(guān)X7閉合，PLC程序進(jìn)入S27狀態(tài)，磨架開(kāi)始回轉(zhuǎn)到底。到底后回轉(zhuǎn)到底行程開(kāi)關(guān)X10被壓合，PLC程序進(jìn)入S30狀態(tài)，機(jī)械手開(kāi)始插入。插入到位后，壓合插入到位行程開(kāi)關(guān)X11，PLC程序回到初始狀態(tài)S0，進(jìn)入加工循環(huán)。

根據(jù)上面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方框圖及工作原理，可以直接用步進(jìn)梯形圖或步進(jìn)指令表，直接將程序輸入控制器PLC，并完成調(diào)試，相應(yīng)的梯形圖在文末。

3MZ1310內(nèi)溝磨床的手動(dòng)操作部分、通用部分可以用常規(guī)繼電器順序方法設(shè)計(jì)，這里不作闡述。

5 PLC實(shí)現(xiàn)內(nèi)溝磨床的順序控制意義

第一，PLC還可以有如下功能：作定時(shí)器，晶體振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，它精度高，定時(shí)范圍也很寬，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，不僅修改方便，環(huán)境也不能對(duì)它產(chǎn)生影響，且PLC具有計(jì)數(shù)功能，這些是不具備計(jì)數(shù)功能的電器控制系統(tǒng)所不能比擬的。

第二，編程器編程簡(jiǎn)單：可以根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換方框圖，就可以很容易地實(shí)現(xiàn)程序上的設(shè)計(jì)。

第三，易于故障診斷：由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成PLC大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，它可靠性很高，因此它的壽命長(zhǎng)。PLC還可以利用故障自診斷功能，能查出自身的故障，提高了系統(tǒng)可靠性。當(dāng)PLC出現(xiàn)自身故障或外圍設(shè)備故障，都可以在PLC上具有的診斷指示功能的發(fā)光二極管的亮、滅來(lái)顯示。當(dāng)出現(xiàn)輸入故障時(shí)，可察看輸入設(shè)備是否響應(yīng)LED狀態(tài)指示器。如果輸入觸點(diǎn)接通，模塊指示器不亮則現(xiàn)場(chǎng)元件（如按鈕、行程開(kāi)關(guān)等）有故障。如果現(xiàn)場(chǎng)元件已動(dòng)作，指示器也不亮，就應(yīng)該檢查輸入端子的端電壓是否達(dá)到正確的電壓值，如果電壓值正確，則可替換輸入模塊。PLC與外部設(shè)備進(jìn)行信息交流的通道是輸出，工作狀態(tài)的正常與否，與聯(lián)接配線、接線端子、保險(xiǎn)絲等元件狀態(tài)有關(guān)外，更與輸入輸出單元有關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可察看LED狀態(tài)指示器與輸出設(shè)備是否響應(yīng)。若輸出觸點(diǎn)已經(jīng)通電，模塊指示器也亮起來(lái)了，但輸出設(shè)備就是不響應(yīng)，則要檢查現(xiàn)場(chǎng)接線和執(zhí)行器件。若根據(jù)編程設(shè)備監(jiān)視器顯示一個(gè)輸出器被命令接通，但指示器關(guān)閉，則應(yīng)替換模塊。

6 結(jié)語(yǔ)

從以上實(shí)例可以看出，步進(jìn)梯形指令是一種很簡(jiǎn)單的指令，要掌握也很方便。本文中該3MZ1310內(nèi)溝磨床在改進(jìn)之前，繼電器多、控制線路復(fù)雜，故障率也高，在采用本程序控制之后，控制線路簡(jiǎn)單化，省去了全部繼電器，安裝也十分方便。改進(jìn)后的系統(tǒng)安全可靠，能夠保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，減少了維修量，提高了工效，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益得到明顯提高。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）