PLC和组态软件在专用镗床控制系统中的应用.pdf

2 0 1 1 年 1月 第 3 9卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAULI C S J a n．2 0 1 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 2 D O[ 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 3 3 P L C和组态软件在专用镗床控制系统中的应用 崔宣 ，康博。 1 ．西华大学机械工程与 自动化学院，四川成都 6 1 0 0 3 9 ； 2 ．安 阳3 - 学院机械工程 学院，河南安阳 4 5 5 0 0 0 摘要为了提高专用镗床的效率和加工精度及操作方便，把 P L C和组态软件应用在专用镗床控制系统中。重点介绍其 液压控制系统、P L C控制系统以及上位机组态的设计，并通过联机调试证明该控制系统的可行性，为相关机床控制系统的 设计提供参考。 关键词镗床； 可编程控制器； 控制系统；组态软件 中图分类号T H 3 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 f 2 0 1 1 21 0 43 Ap p l i c a t i o n o f PLC a nd Co nfig ur a t i o n So f t wa r e i n a S p e c i a l Bo r i ng M a c hi ne Co nt r o l Sy s t e m CUI Xu a n ，KANG Bo 1 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n d A u t o ma t i o n ， X i h u a U n i v e r s i t y ， C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 3 9 ， C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，A n y a n g I n s i s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， A n y a n g H e n a n 4 5 5 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t U s i n g P L C a n d c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e ， t h e s p e c i a l b o r i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m w a s d e s i g n e d t o i mp r o v e ma c h i n i n g e f f i c i e n c y，a c c u r a c y a n d o p e r a t i o n ．T h e d e s i g n s o f i t s h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m，P L C c o n t r o l s y s t e m a n d h o s t c o mp u t e r c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e we r e i l l u s t r a t e d．Th e f e a s i bi l i t y o f t he c o n t r o l s y s t e m wa s pr ov e d t h r o u g h o n l i n e d e bu g g i ng ．I t pr ov i d e s r e f e r e n c e f o r t h e de s i g n o f r e l a t e d ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m． Ke y wo r d s B o ri n g ma c h i n e；P r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r ；C o n t r o l s y s t e m ；C o n fi g u r a t i o n s o f t wa r e 随着机械加工设备的发展 ，专用镗床被广泛用于 大批量生产的某零件 的镗孔与铰孔加工工序中。其加 工精度和加工效率相对于普通机床要高得 多 ，一般镗 孔 的精度可达 I T 8～ I r I 7，表面粗糙度 R a在 0 ． 8 1 ． 6 tx m之间 ；在精镗时 ，精度 可达 I 1 7～I T 6 ，表面粗糙 度 尺 n在 0 ． 2～ 0 ． 8 I, L m之 间 。但是 ，传 统的机床采 用继电器一接触器控制方式 已经远远不能满足现代机 械加工 自动化的生产要求 ，同时还有可能影 响零件 的 加工精度和效率，使得机床本身的加工特性不能很好 地发挥 。为此 ，作者利用 P L C实现 了对专用镗床 的 自 动控制，并且利用组态软件实现了加工过程的监控， 使得专用镗床具有高效率 、高精度 、易操作等特点。 1 专用镗床液压控制系统的设计 专用镗床主运动采用 动力头 ，由三相异步电动机 拖动 ，单相运转。在机床 的加工过程中能够实现 自动 和手动控制。机床不仅能够镗孔加工 ，而且在更换刀 具和改变进给速度后也可 以进行铰孔加工 ，其行程 由 行程开关控 制。机床 的加工动作 流程 图如 图 1 所示 。 图 1 机床加工动作 流程 图 图中 B G O --B G 4为各个位置 的行程 开关 ，工进一 为镗孔加工 的工作流程 ，工进 二为铰孔加 工的工作流 程 。考虑到该机 床换 向 比较频 繁 ，要求工作 平稳性 较 高，为此该专用镗床 的滑 台进给运动与工件夹 紧动 作 均 由液压系 统进行 控制。同时 ，为 了提高 加工精 度 ， 主轴采用静压轴 承，由静压电机拖动高压油泵产生静 压油膜 。专用镗床的液压控制系统原理图如图2所示 。 收稿 日期 2 0 0 91 2 0 9 基金项目西华大学青年基金项目 西华科字 [ 2 0 0 9 ]2 0号 Q o 9 2 0 2 1 1 作者简介 崔宣 1 9 8 2 一 ，女 ，助教 ，研究方向并 模糊识别及模 糊控制。 电话 1 8 9 8 0 6 4 7 9 1 1 ，Em a i l k a n g b o 0 6 1 1 y a ． h o o ．c o rn ． e no 第 2 期 崔宣 等 P L C和组态软件在专用镗床控制系统中的应用 1 0 5 2 4 一夹紧 液压缸 图 2 专用镗床液压控制系统原理图 根据专用镗床 的工作 流程 ，可 以写 出液压 系统 电 磁铁的动作顺序，如表 1所示。其中 “”表示 电 磁铁 得 电，空格表示失 电。 表 1 专用镗床 液压 系统 电磁铁 动作顺序 动作程序 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 2 专用镗床 P L C控制系统的设计 为了增强专用镗床的稳定性、控制精度和工作效 率，专用镗床控制系统采用 P L C对机床的运行进行 控制 。由于 P L C的 品种 、型号 、功能 和价 格 各 不相 同，综合考虑各个 因素 ，作者 选用 西 门子公 司 的 s 7 - 2 0 0系列小型可编程控制器 。 2 ． 1 专用镗床 P L C控制 系统主电路 的设计 专用镗床 P L C控制系统的主电路主要 由电动机、 马达 断路器 、接触 器和能耗制动 电路构成 。其 中马达 断路器 可 以实 现线 路 的过 载 、短 路 、漏 电和 欠 压保 护 ，从而可 以简化 系统元 件的种类 。 对于专用镗床来说 ，机床上有 4台 电动机 主 电 动机 M1 、液压泵 电动机 M 2 、静 压泵 电动机 M 3 、冷 却泵电动机 M 4 。各 电动机 的控 制如 下 主 电动机 由 接触器 K M1控 制 ；液 压泵 电动 机 由接 触 器 K M 2控 制 ；静压泵 电动机 由接触 器 K M3控 制 ；冷 却泵 电动 机 由接触 器 K M 4控 制 。同时主 电动机 需要 利用 能耗 制动 的方 式实现其制动 ，这种 制动 方式 消耗 能量 小 ， 制动平稳 。4台电动机 的功率 不是 很大 ，启 动 电流 不大 ，均可以采用直接启动的方式进行启动。专用镗 床控制系统 的主 电路 图如 图 3 。 主 电机 液 压 泵 电 L 静 压 电机 冷 却 泵 电机 图3 专用镗床控制系统的主电路图 2 ． 2专 用镗 床 P L C控制 系统 回路 的 设计 对专用 镗床 的控制要求进行分析 ，可 以确定 的输 入输 出量 有 手动／ 自动选 择开关 、钻／ 镗选 择 开关 、 液压泵 电动机启 动／ 停止按钮 、静压 电动机启 动／ 停 止 按钮、冷却泵电动机启动／ 停止按钮、手动模式动力 头主电机启 动／ 停 止按 钮 、手动 模式 快进／ 快退 按钮 、 急停 开关 以及 各个 执 行元 件 的位 置 检测 开关 等 输入 量 ；控制系统主电路中各个接触器线圈、液压控制系 统中各个电磁阀的控制信号以及各个指示灯等输 出 量 。共有 2 7个输人量 和 l 4个输 出量 ，因此 可以选择 C P U 2 2 4 1 4输入／ 1 O输 出P L C作 为 主机 单元 ，同 时扩展一 台 E M 2 2 3 8 D C输 8继 电器输 出 和 一 台 E M2 2 1 8 D C输 入 模 块 即 可 满 足 系 统要 求 ， 其 P L C系统配置图如 图 4 。 主 机 单 元 CPU 224 A C ／ D C 继 电器 扩展 单 元 EM 223 DI 8 ／ DO8 D C 24V 扩 展 单元 EM 221 DI 8 D C 24 V 图 4 专用 镗床 P L C控 制系统系统配置图 根据专用 镗 床 的 P L C系统 配 置 ，可 以对 相应 的 I ／ O口进行地址分配，并根据专用镗床的控制要求进 行程序 的 编 写 由 于 篇 幅 原 因 ，程 序 在 此 不 做 详 述 。 3专用镗床监控系统的设计 为 了使 机床 的整个 加 工过 程 可视 化 ，并 且机 床 的操作简单方便 ，利用上位机组态完成对机床加工 过 程 的实时监控 。各种 监 控组 态 软件 有各 自不 同的 特点，经过分析和比较 ，该机床的上位机监控系统 采用北京三维力控科技有 限公 司的 P C A u t o 3 ． 6 2组 态软 件 ，它具 有操 作简便 、组 态 方式 灵 活多 样 等特 点 。 3 ． 1 专 用镗床 监控 系统组 态的设计 3 ． 1 ． 1 专用镗床监控 系统 组态 界面及其 动画的设计 在监控系统组态 的设计 中首先需要进行组态界 面 的设计，专用镗床监控系统的界面如图5所示。 1 0 6 机床与液压 第 3 9卷 图 5 专用镗床监控系统界面 监控系统 中，各个指示灯用颜色变化表示其开或 关 ，各个 动力 头 电动机 采用 颜色 变化 表示 其工 作与 否 ，工作 台的前进 、后退 以及尾架的加紧 、松开都采 用对应 目标 的移动动画来表示 。对监控系统 中所需要 用到的变量进行定义 。 3 ． 1 ． 2 专用镗床监控系统组态脚本程序的设 计 在组态界面 、变量定义 、对象 动画等工作设计好 之后，就需要对组态应用程序动作脚本程序进行编 写 。专用镗床监控系统部分组 态脚本程序如 F i f q b O． p v ． 01 I q b O ． p v ． 0 5 0 ＆ x 2 0 0 t h e n／ ／ 快进 X X十2 e n d i f i f q b O ． p v ． O 1 1 q b O ， p v ． 0 3 1 ＆ q b O ． p v ． 0 51x2 0 0 t h e n／ ／ 镗工进 x x 1 e n d i f i f q b O． p v ． O1 1 ＆q b O． p v ． 0 4 1 q b O ． p v ． 0 51x0 t h e n／ ／ 快退 xx 一 3 i f q b O ． p v ． 0 81 t h e n／ ／ 液压泵压力继 电器 rob 3 ． p v ． 0 2l e l s e rob 3 ． p v ． 0 2 0； e n d i f i f q b 1 ． p v ． O 11 t h e n／ ／ 静压泵压力继电器 rob 3 ． p v ． O 1l e l s e rob 3 ． p v ． O10 e n d i f 3 ． 2联机 调试 连接上位机组态和 P L C ，根据专 用镗床加工过程 中的各项功能进 行调试 。在调试过程 中，采用对应程 序段 逐一调试的方法 ，这样 方便程序 的检 查与修改 。 经过调试后 ，专用镗床控制系统完全可以满足各项控 制的要求 。 g 总结 文 中的专用镗床控制 系统 ，利用液 压系统 、P L C 控制系统以及上位机组态共同控制 ，使机床的控制精 度、工作效率都有了显著的提高。同时机床的可视化 界面也易于操作 与发现 故障。文 中的专用镗床控制 系 统对于相关机床 的 自动化设计与改造具有一定 的工程 借鉴价值 。 参考 文献 【 1 】邓志平． 机械制造技术基础[ M] ． 成都 西南交通大学出 版社 ， 2 0 0 4 1 8 21 8 5 ． 【 2 】许福玲， 陈尧明． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 1 1 3 2～ 1 5 9 ． 【 3 】秦曾煌． 电工学 上册 [ M] ． 北京 高等教育出版社， 20 0 3 28 528 6． 【 4 】王永华． 现代电气控制及 P L C应用技术[ M] ． 北京 北 京航空航 天大学 出版社 ， 2 0 0 5 1 0 01 0 2 ． 【 5 】陈杨 ， 熊捷， 秦付军． 力控监控组态软件在三面钻组合机 床监控 系统 中的应 用[ J ] ． 成组技术与生产现代化， 2 0 0 9， 2 6 1 4 95 2 ．