混合可编程控制PLC技术组合机床控制系统研究.pdf

l 匐 出 混合可编程控 1] P L C 技术组合机床控制系统研究 Com bi ned m achi n e t ool based on PL C con t r ol des i gn appl i cat i on 邓林兴 DENG L i n ． x i n g 宝鸡职业技术学院。宝鸡 7 2 1 0 0 4 摘要本文介绍了基于P L C 的三面铣组合机床，详细讲述了P L C 技术及特点 ， 采用三菱电机的F X 2 N 系 I IP L C ，从工作原理、机床工作流程、P L O 的I／ 0 分配和硬件软件设计。整个控制系统结构 简单、轻巧、灵活性强、效率高，具有很高的自动化程度。 关键词可编程控制器；机床控制；软件设计 中图分类号T P 2 9 文献标识码 A Do i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． is s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 1 0 下 ． 2 3 0 引言 最常用 、传统的继电器控制系统存在电子元 件和接线复杂、效率低、寿命短、可靠性较差的问 题，尤其是出现故障时 ，诊断和排除比较困难 ，严 重影响生产，对工厂的生产效率非常不利。随着计 算机 和科 学的发展 ，将继 电器控制 的机床进行改 装，将计算机和继 电器 、接触器控制技术很好的结 合。它与 I ／ 0和低压电器关系密切 ，采用可编程序 控制器，能够克服传统机床的缺点，提升性能和效 率 ，增强机床的灵活性和可编程 ，益处良多。 本文介绍一种 自动化控制组合机床。主控制 器采用三菱 电机 的 F X2 N系列 P L C。机床 的主 要 组成部分包括 铣削动 力头 、液压动力滑台和工 件松 紧油缸等。组合机床一共有 5台电机 ，都 是 单 向旋转 的。整个 机床一共 包括三种 工作方式 单循环 自动 、单动力头 自动 循环和 点动方式。单 循环工作循环过程如图 1 所示。单动力头方式有 左 铣头、立铣头 、右 l 铣头 、右 2铣头 单循环工 作 。液压 系统原理 图如 图 2所示 ，具体工作流程 指令 起动 停止 原 位厂 起 动 停止 图1 机床工作循环图 点 文童编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 1 0 下 一0 0 7 6 0 2 是将加工零件放置在工作台上，准备好后 向机 床发出加工 指令 。等到工件 夹紧后压 力继 电器开 始动作 ，液压 动力滑 台执行快 进，到位转工 进， 并且起动左 1 铣头 、右 1 铣头开始加工 ，到达某 一 个位置的时候，立铣头开始工作，又过 了一定 位置后右 1 铣头停 止，右 2铣头开始 ，到终点时 电机 同时终 止。滑 台立 即回到原位 ，工件 松开 ， 一 次循环工作结束。将加工 的工件取下 ，再放上 未加工的工件 ，发送加工指令重复执行。 图2 系统原理 图 1 P L C 技术 可编程控制器 P L C ，是采用计算机技术为基 础 的一种新型 的控制装置。P L C选择可 以编程的 存储器 ，在 内部执 行逻辑运 算、计数、计时、算 收稿日期2 0 1 2 - 0 8 -1 5 作者简介邓林兴 1 9 6 2 一，男，陕西扶风人，讲师，研究方向为机械设计制造和液压传动。 【 7 6 l 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 术等指令 ，并且通过 输入输 出控制各类机械或者 生产 的过程 。在过去 几十年 ，P L C技 术已经有 了 很大的进展 ，到 了 2 l 世纪 ，P L C将会有更大 的进 步 。计算机技术将更多地应用在可编程控制器的 设计和制造上 ，今后的产 品容量会更大 、速度会 更快 、智能性更好 ；产品的规模将是超小型或者 超 大型；品种也将更丰 富、更齐全 ，能很好地适 应工业控 制的需求。P L C今后将成为 国际通用和 自动化控 制网络 的重要组 成，在工业甚至更 多领 域 发挥 巨大 作用。在选择 P L C时，要考虑机 型、 I ／ O、容量、I ／ O端 口分 配、继 电器和计数 器的地 址分配 。通常 P L C的控制流程如图 3所示。 图3 可编程控 制技术流程 可编程控制技术的特点主要有 1 高可靠性 ，抗干扰 P L C采 用大规 模 集成 电路 ，生 产工艺 严格 ， 内部 的 电路具 有抗 干 扰性 ，可 靠性 很 高。采 用 P L C所构成的控制系统的开关和电气接线的接点 大大减少 ，也就降低 了故障 的发生。P L C同时还 具备 自我故 障检 测，一旦 发生故 障就 发 出警报 。 使用者还能采用外围设备 自我诊断 ，整个系统 的 可靠性就非常高了。 2 功能完善，适用性强 P L C已经拥有各种规模 的一系列产 品，适 合 于各种工业控制 系统使用。P L C的数据运算 能力 都较完善 ，数 字控制方面应用广泛。P L C功 能单 元的不断强化 ，使得它 也被用在温度控制、位置 控制和 C NC等方面。 3 简单易用 P L C编程语言简单 ，做接 口方便 ，容 易开发。 它 的梯形 图语 言和继 电器 的电路图十分 接近 ，只 需要很 少的开关量逻辑指令就能实现继 电器 电路 的功能 。 4 设计工作量小 ，容易维护、改造 P L C使用存储逻辑减少 了相当多的外部接线， 大大缩短了系统设计、建造周期 ，维护也很容 易。 最重要的是可以通过改变程序而改变整个生产过程。 5 低能耗、轻便小巧 超小 型的 P L C功耗很小 ，只有几瓦。体积很 小，装入机械内部很方便，容易实现机电一体化。 2 可编程控制技术设计 2 ． 1 系统硬件设计 本文采 用 日本三菱 的 F X2 N系列控制器 ，根 据机 床 对输 入 和输 出要 求，控 制 系统设 计 选择 F X2 N 系列 中的 F X2 8 0 MR - o 0 1 。输入 点和输 出 点分别为 4 0个 ，输 出形式是 R 一 继 电器输 出，能 够很好的满足本设计的要求 ，还具有一 定的升级 空 间 。 P L C的 I ／ O分配具体情况 1 P L C的输 入端 口主要 有 自动 循环 工作 按钮 、点动按钮 、总停按钮、油泵启动、S A1 等 ， 此外还有 电动机 的热保护继 电器 ，输入 形式是常 开触 点 。 2 输 出端 口主要 有 交流接 触器、继 电器 、 运行指示灯等。 2 ．2 软件设计 G X De v e l o p e r 是一款通用性很强的编程软件 ， 它能够完成编辑 P L C梯形图、控制 C P U、指令表 、 S F C等工 作。该 软 件将 编 辑 的程 序 转 成 G P P Q、 G P P A格 式，遇 到 F X 系列 时，程序 又 可 以存 储 文档为 D OS 、wI N格式。该软件又能兼容 E x c e l 、 Wo r d等说 明性文字、数 据导入到程序 中，使 用、 编辑更加方便、快捷 。 三面铣组合机床有三种工作方式 ， 这里只介绍 自动工作循环的工作过程控制。其设计流程如图 4 所示 。 首 先 将 转 换 开 关 选 择 “ 单 循 环 自动 工 作 S A1 - 1 ” ，油泵电机启动运行 ，液压滑 台的夹具 中 【 下转第8 1 页】 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 - 1 0 下 【 7 7 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 生 訇 化 【 4 】成连民， 李蓓智， 杨建国， 张家梁． 磁流变抛光工艺参数 的研究[ J ] ． 机械， 2 0 0 9 ， 0 6 8 9 - 9 0 ． 【 5 】石峰， 戴一帆， 彭小强， 宋辞． 磁流变抛光过程的材料去 除三维模型 [ J 】 ． 中国机械工程 ， 2 0 0 9 ， 0 6 7 8 7 9 ． [ 6 】贾乃智． 浅谈塑料模具的抛光[ J ] ． 模具制造， 2 0 1 1 ， O 5 2l 一 23 ． 【 7 】李养良， 杜大明， 宋杰光， 商建蜂， 席守谋． 模具表面强化 新技术的应用和发展[ J 】 ． 热处理技术与装备， 2 0 1 0 ， o 4 9 9 1 0 0 ． 【 8 1袁巨龙， 张飞虎， 戴一帆， 康仁科， 杨辉， 吕冰海． 超精密 加工领域科学技术发展研究[ J ] ． 机械工程学报， 2 0 1 0 ， 1 5 8 8 ． 8 9 ． |盘‘ 童‘ 重● j蠢‘ ●囊I 蠡I 生● 岛‘ 岛‘ 童‘ 矗● 蠡I 矗‘ 蠡‘ 如‘ 盘‘ 蠢‘ 童‘ 蠢‘ 童‘ 盘- 矗‘ ‘I ‘ 【 上接第7 7 页】 l 选择 S AI ． 1 l T一 厂丽羲 l 按下加工指令按钮 r一 面荬 工件夹 紧压力继 电器动作 滑 台快进 滑 台快进转工进位置开关动作 主 滑 台工进 N 左铣 } l 右1 _ ] I立铣头加工区间位置开关动作 右1 终点、右2 起始开关动作 l立铣 磊 赢 { 璺鱼 堡 卜 - 一 I 查 至 重 兰1 墨 r N ． } 工件松开 { 继续加工 t N 油泵停止 i 结束 Y N 图4 三面铣组合机床工作流程 放上需 要加工的零件后 ， 开始按下加工指令按钮 ， 加工夹紧零件 ， 压力继 电器的触点开始判断是否动 作 ， 是则 滑台执行快 进，复位开关 S Q1 动作 ；等 到压下 滑台快进位置开关 S Q2转工进 ，同时起动 左铣头和右 1铣头进行加工 ；当移动到达 位置开 关 S Q 3时，立铣头开始加工 ；当到达 S Q 4位置开 关时 ， 右 2铣头开始加工 ，右 1 铣头停 止工作 ， 等 到终点的三 台电动机 同时停止工作。这时，由压 。 力继电器 B P 1 的触点执行动作 ，液压动力滑台就 会 自动回到原位，复位开关 S Q1 受到压力，就将 工件松开 ， 这样就完成一个 自动循环。判断是否继 续加工 ，是则重复上述流程 ，否则油泵电机 停止 ， 机床工作结束。 3 结束语 继 电器控制 系统具有种种弊端 ，不利于 工厂 的生产 ，可编程控 制器的引进、应用、研 制、生 产是伴 随着 改革 开放 开始的。 由于 P L C体积小 、 结构简单 、功能 强大、易编 译、可靠性 强、抗干 扰等优点而被广泛用于 自动控制 以及其他许 多行 业 中。本文的 P L C选择 了 日本三 菱电机 的 F X2 N 系列 ，通 过工作 原理 、硬 件和 软件方 面 的设计 ， 三面铣组合机 床生产周期短、灵活性强，整个 系 统简单、实用、自动化程度高。 参考文献 【 1 ]宋世光， 等． 机床电气自动控制【 M】 ． 哈尔滨 哈尔滨工业 大 学出版社， 2 0 0 1 ． 【 2 】孙振 强， 等 ． 可编程控制器 原理 及应用教程【 M】 ． 北京 清 华 大学出版社， 2 0 0 5 ． [ 3 】祝红芳． P L C 及其在数控机床中的应用[ M】 ． 人民邮电出 版社 ． 2 0 0 7 ． 【 4 】王宇， 任思璨， 李忠勤． P L C电气控制与组态设计【 M] ． 电 子工业 出版社． 2 0 1 0 ． [ 5 】F X一 2 0 P E P r o g a mmi n g P a n e l Op e r a t i o n Ma n u a l [ Z] ． J AP AN MI TS UBI S HI El e c t r i c Co r p o r a t i o n ． 1 9 9 2 ． 第3 4 卷第1 0 期2 0 1 2 1 0 下 [ 8 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m