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基于 PLC 的雙面鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2019-1-31 來源：襄陽(yáng)汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖北文理學(xué)院作者：李夢(mèng)飛秦濤

摘要：針對(duì)單面鉆床效率低下，工序復(fù)雜的問題，以雙面鉆組合機(jī)床為研究對(duì)象，采用三菱 FX1S- 20MR PLC 為主控制器，設(shè)計(jì)了一種 PLC 控制的雙面鉆床控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的工作流程，I/ O 分配和軟件程序設(shè)計(jì)。軟件調(diào)試結(jié)果表明：基于 PLC 的雙面鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠，能夠有效地提高鉆孔效率。

關(guān)鍵詞：雙面鉆床；PLC；；SFC 圖；梯形圖

0 引言

組合機(jī)床是一種可實(shí)現(xiàn)多工序、多軸、多面的高效加工、自動(dòng)化程度很高的加工設(shè)備。而在部分中小型企業(yè)生產(chǎn)加工過程中，由于資金缺乏、技術(shù)欠缺等原因，依舊采用故障頻繁出現(xiàn)、控制系統(tǒng)可靠性差、維修時(shí)間長(zhǎng)的老式機(jī)床。為了能夠有效地提高組合機(jī)床鉆孔加工效率，減少電氣部分維修次數(shù)，滿足加工生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)雙面鉆組合機(jī)床的自動(dòng)控制，本文設(shè)計(jì)了一種基于 PLC 控制的雙面鉆床控制系統(tǒng)。

1 、系統(tǒng)總體方案

雙面鉆床主要用于在工件相對(duì)的兩面鉆孔，機(jī)床由動(dòng)力滑臺(tái)提供進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀具電動(dòng)機(jī)固定在動(dòng)力滑臺(tái)上。機(jī)床的控制過程是典型的順序控制，其控制系統(tǒng)模型如圖 1 所示，工作流程為：工件裝入后，按下啟動(dòng)按鈕 X0，工件夾緊，兩側(cè)滑臺(tái)同時(shí)進(jìn)入快速進(jìn)給工步；工件兩面加工完成后，兩側(cè)動(dòng)力滑臺(tái)退回原位，工件松開，觸發(fā)限位開關(guān) X10，系統(tǒng)返回初始步，一次加工的工作循環(huán)結(jié)束。

傳統(tǒng)的雙面鉆床采用繼電器-接觸器控制方式，需要的繼電器多且接線復(fù)雜，可靠性低且容易產(chǎn)生誤動(dòng)作，故障率高。本文提出 PLC 控制方式實(shí)現(xiàn)鉆孔加工的周期性循環(huán)動(dòng)作，滑臺(tái)的位置信息通過觸發(fā)行程開關(guān)獲得。為保證每個(gè)工序的同步性，采用并行序列程序，在各子序列的末尾增設(shè)了一個(gè)等待步，如果兩個(gè)子序列分別進(jìn)入了等待步，表示兩側(cè)滑臺(tái)的快速退回均已結(jié)束，應(yīng)轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)。

2 、軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 I/O 點(diǎn)估算

通過對(duì)雙面鉆床總體控制方案分析可知，系統(tǒng)共有 9 個(gè)輸入點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕、夾緊開關(guān)、左側(cè)快進(jìn)開關(guān)、左側(cè)工進(jìn)開關(guān)、左側(cè)啟動(dòng)開關(guān)、右側(cè)快進(jìn)開關(guān)、右側(cè)工進(jìn)開關(guān)、右側(cè)啟動(dòng)開關(guān)以及松開開關(guān)；共有 8 個(gè)輸出點(diǎn)：夾緊閥觸發(fā)器、左側(cè)快進(jìn)觸發(fā)器、左側(cè)工進(jìn)觸發(fā)器、左側(cè)快退觸發(fā)器、右側(cè)快進(jìn)觸發(fā)器、右側(cè)工進(jìn)觸發(fā)器、右側(cè)快退觸發(fā)器以及松開閥觸發(fā)器。根據(jù)控制系統(tǒng)需要具備的功能分析和 I/O 點(diǎn)數(shù)目估算，本文選用三菱 PLC FX1S-20MR 型號(hào)，具有 16 個(gè)輸入點(diǎn)和 14 個(gè)輸出點(diǎn)，且外部接線留有 10％ ~ 20％的余量，便于擴(kuò)展，能滿足雙面鉆床的控制要求。

2.2 I/O 分配

根據(jù)雙面鉆床控制系統(tǒng)的功能及技術(shù)要求，可確定 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配表如表 1 所示，相應(yīng)的外部接線圖如圖 2 所示。

2.3 S FC 圖和梯形圖設(shè)計(jì)

基于三菱 GX developer 軟件進(jìn)行雙面鉆床控制程序設(shè)計(jì)，其控制系統(tǒng)的 SFC 圖如圖 3（a）所示。具體的實(shí)施步驟：工件裝入機(jī)床后，按下啟動(dòng)按鈕 x0，按下夾緊開關(guān) X1，工件夾緊，M2 和 M6 變?yōu)榛顒?dòng)步，兩側(cè)同時(shí)進(jìn)入快速進(jìn)給工步。待兩面加工均完成后，兩側(cè)動(dòng)力滑臺(tái)退回原位，系統(tǒng)進(jìn)入步 M10；工件松開，觸發(fā)限位開關(guān) X10，系統(tǒng)返回初始步 M0，一次加工的工作循環(huán)結(jié)束。

為保證并行序列各子序列同時(shí)結(jié)束，在各子序列的末尾增設(shè)了一個(gè)等待步（即步 M5和 M9），如果兩個(gè)子序列分別進(jìn)入了步 M5和 M9，表示兩側(cè)滑臺(tái)的快速退回均已結(jié)束，應(yīng)轉(zhuǎn)換到步 M10.步 M5 和 M9 之后的轉(zhuǎn)換條件為“=1”，表示應(yīng)無條件轉(zhuǎn)換，在梯形圖中，該轉(zhuǎn)換等效為一根短接線，或理解為不需要轉(zhuǎn)換條件。雙面鉆床控制程序梯形圖如圖 3（b）所示，通過對(duì)每步的輔助繼電器 M 置位，完成特定的功能指令。

按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)發(fā)出初始化脈沖，置位 M0 后緊接著置位 M1，隨后完成功能指令 Y0，即實(shí)現(xiàn)工件的夾緊。組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)夾緊運(yùn)動(dòng)觸發(fā)限位開關(guān)X1，分別置位輔助繼電器 M2、M6，同時(shí)復(fù)位 M1，實(shí)現(xiàn)機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的左側(cè)和右側(cè)工進(jìn)。具體功能的實(shí)施過程與用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編程所實(shí)現(xiàn)的功能一致。

3 、結(jié)論

針對(duì)工廠現(xiàn)階段所使用的老式機(jī)床的配備情況以及在使用過程中可能出現(xiàn)的問題，本文設(shè)計(jì)了一種適用于雙面鉆孔組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)。PLC控制程序修改方便，易于擴(kuò)充且可靠性極高。在實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，保證加工效率的同時(shí)節(jié)約了機(jī)床設(shè)備成本。軟件調(diào)試結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求，可以用于雙面鉆床加工控制現(xiàn)場(chǎng)。

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