基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　 1 引言

　 可編程控制器(plc)是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，其具有邏輯控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)與通信等強(qiáng)大功能，同時(shí)，由于plc具有很高的可靠性和極大的應(yīng)用靈活性，用它來替代傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)巳成為必然。大量采用傳統(tǒng)繼電一接觸控制系統(tǒng)的設(shè)備通過改造更新，成為plc控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特點(diǎn)。本文介紹雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

　 2 組合機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及控制要求

　 組合機(jī)床指可同時(shí)進(jìn)行多種或多處加工的機(jī)床，組合機(jī)床的加工動(dòng)作常常是按預(yù)定的步驟安排的，類似于簡單的程序控制，這也正是plc最擅長的。

　 雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床采用三臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，m1、m2為左右動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)，m3為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，其對(duì)應(yīng)的控制交流接觸器分別為km1、km2、km3。sa1為左動(dòng)力頭單獨(dú)調(diào)整開關(guān)，sa2為右動(dòng)力頭單獨(dú)調(diào)整開關(guān)，通過它們可實(shí)現(xiàn)左、右動(dòng)力頭的單獨(dú)調(diào)整。sa3為冷卻泵電動(dòng)機(jī)工作選擇開關(guān)。該機(jī)床的左、右動(dòng)力頭的工作循環(huán)如圖1 所示，電磁鐵動(dòng)作順序表見表1。

圖1 動(dòng)力頭的工作循環(huán)圖

　 由圖1和表1可知，組合機(jī)床為自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，左、右動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)m1、m2同時(shí)旋轉(zhuǎn)，按下“快進(jìn)”按鈕，電磁閥yv1、yv3通電，左、右動(dòng)力頭快速進(jìn)給并離開原位，行程開關(guān)sq1、sq2、sq5、sq6先復(fù)位，行程sq3、sq4后復(fù)位。當(dāng)sq3、sq4復(fù)位后，在動(dòng)力頭進(jìn)給過程中，靠各自行程閥自動(dòng)變快進(jìn)為工進(jìn)，同時(shí)壓下行程開關(guān)sq，冷卻泵電動(dòng)機(jī)m3工作，供給冷卻液。當(dāng)左動(dòng)力頭加工完畢，將壓下sq7并頂在死擋鐵上，其油路油壓升高使kp1動(dòng)作，當(dāng)右動(dòng)力頭加工完畢，將壓下sq8并使kp2動(dòng)作，yv2、yv4將通電，同時(shí)yv1、yv3也將失電，左、右動(dòng)力頭將快退。當(dāng)左動(dòng)力頭使sq復(fù)位后，冷卻泵電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。左右動(dòng)力頭快退至原位時(shí)，先壓下sq3、sq4，再壓下sq1、sq2、sq5、sq6，使動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)m1、m2斷電，同時(shí)yv2、yv4斷電，動(dòng)力頭停止，機(jī)床循環(huán)結(jié)束。加工過程中，可隨時(shí)使左、右動(dòng)力頭快退至原位停止。

　 3 plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床的控制系統(tǒng)首先應(yīng)滿足上述工作循環(huán)的基本要求，再根據(jù)工作循環(huán)及控制需要的行程開關(guān)數(shù)目，加之按鈕、壓力繼電器、熱繼電器觸點(diǎn)所需的工作點(diǎn)數(shù)來選擇可編程控制器，plc輸入輸出接線圖如圖2所示。

　　　　　　　　　　 圖2 雙面單工位組合機(jī)床plc輸入/輸出接線圖

　 該plc有21個(gè)輸入信號(hào)（4個(gè)按鈕、9個(gè)行程開關(guān)、3個(gè)熱繼電器動(dòng)斷觸點(diǎn)、2個(gè)壓力繼電器觸點(diǎn)、3個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)），則需占用21個(gè)輸入點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，為節(jié)省plc的點(diǎn)數(shù)，可適當(dāng)改變輸人信號(hào)接線，如將sq8與kp2串聯(lián)后作為plc的一個(gè)輸入信號(hào)，就能減少一個(gè)輸入點(diǎn)。這時(shí)plc的輸入點(diǎn)數(shù)由21點(diǎn)減少至13點(diǎn)，這樣可以降低設(shè)備的成本，然而由于有些接點(diǎn)采用了串、并聯(lián)的形式輸入，可能降低輸入器件的可靠性和整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。

　可編程控制器輸出控制對(duì)象主要是控制電路中的執(zhí)行器件，如接觸器、電磁閥等。雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床中的執(zhí)行器件有交流接觸器km1、km2、km3，電磁閥yv1、yv2、yv3、yv4，需占用7個(gè)輸出點(diǎn)。依據(jù)它們的工作電壓，可設(shè)計(jì)出plc的輸出口接線圖，由于接觸器與電磁閥線圈所加電壓的種類與高低不一樣，故必須占用plc的兩組輸出通道，并選擇繼電器輸出型的plc。通過對(duì)機(jī)床plc控制系統(tǒng)輸入、輸出電路的綜合分析，選用日本三菱fx2n?32mr可編程控制器實(shí)施該機(jī)床的控制，可基本滿足上述整體要求。

　 4 plc控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

　 plc控制程序采用梯型圖編程完成，根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)出雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床循環(huán)工作的plc控制梯形圖如圖3所示。圖中當(dāng)組合機(jī)床處于自動(dòng)循環(huán)位置時(shí)，x013、x014為接通狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕sb2，y000、y001接通，km1、km2線圈通電并自鎖，左、右動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。按下按鈕sb3，y004、y006接通，yv1、yv3通電，左、右動(dòng)力頭快速進(jìn)給并離開原位。在動(dòng)力頭進(jìn)給過程中，靠各自行程閥自動(dòng)變快進(jìn)為工進(jìn)，同時(shí)壓下sq，y002接通，km3線圈通電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)m3啟動(dòng)。左動(dòng)力頭加工完畢時(shí)壓下sq7并頂在死擋鐵上，油壓升高使kp1動(dòng)作，y005接通；右動(dòng)力頭加工完時(shí)壓下sq8并使kp2動(dòng)作，y007接通，yv2、yv4將通電，同時(shí)yv1、yv3也將失電，左、右動(dòng)力頭將快退。當(dāng)左動(dòng)力頭使sq復(fù)位后，y002斷電，km3將失電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。左右動(dòng)力頭快退至原位時(shí)，壓下各行程開關(guān)，使y000、y001斷電，km1、km2線圈失電，使m1、m2停轉(zhuǎn)，同時(shí)yv2、yv4斷電，動(dòng)力頭停止，機(jī)床循環(huán)結(jié)束。若按下sb4，x003接通，可隨時(shí)使左、右動(dòng)力頭快退至原位停止。另外，機(jī)床還設(shè)計(jì)了過載和短路保護(hù)。

　　　　　　　　　　　　　 圖3 組合機(jī)床plc控制梯型圖

　 5 結(jié)束語

　 把plc技術(shù)應(yīng)用于雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床，可以充分發(fā)揮plc可靠性高、調(diào)試方便和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高了成功率和產(chǎn)品的可靠性，生產(chǎn)效率增加。