经济型数控冲床PLC控制系统的研究.pdf

3 4- 工业仪表与自动化装置 2 0 1 3年第 4期 经济型数控冲床 P L C控制 系统的研究 王为达 ， 樊瑜瑾 ， 槐建明， 郑淮河， 张磊 1 ． 昆明理工大学 机 电X ．- 程 学院， 昆明 6 5 0 5 0 0 ； 2 ． 昆明昆开专用数控设备有限责任公 司， 昆明 6 5 0 1 0 6 摘要 为 了降低 中小制造企业的成本及增 强企业对市场 的应变能力， 在保证加 工精度 的前提 下 ， 设计 了一种基于 P L C和触摸屏的数控冲床专用控制 系统。利用可编程序控制器控制步进电动 机构成开环控制 系统 ， 可实现较精确的位置控制。使 用触摸屏作为控制界面， 不仅使得人机对话更 加方便 ， 而且改善 了系统的性能。通过调试搭建的实验机模 型， 表 明该经济型数控 系统操作 简单、 可靠性高、 稳定性好 ， 可以满足一般加工精度的要 求。 关键词 可编程序控制器； 触摸屏 ； 数控冲床 ； 步进电机 ； 经济型数控 系统 中图分类号 T P 2 7 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 3 0 4 0 0 3 4 0 3 Th e r e s e a r c h o f PLC c o nt r o l s y s t e m f o r e c o n o mi c a l CNC p un c h p r e s s WA N G We i d a ， F A N Y u j i n ， HU A I J i a n m i n g ， Z H E N G H u a i h e ， Z H A N G L e i 1 ． C o l l e g e o fMe c h a t r o n i c E n g i n e e r i n g， K u n mi n g U n i v e r s i t y o fS ic e nee a n d T e c h n o l o g y ， K u n m i n g 6 5 0 5 0 0， C h i n a； 2 ． K u n mi n g K u n k a i d e d i c a t e d C NC E q u ip ． n t C o ． ， L t d ． ， K u n mi n g 6 5 0 1 0 6 ， C h i n a Abs t r a c t I n o r d e r t o r e d u e e t h e c o s t a n d e n ha n c e t h e a d a p t a b i l i t y o f t h e e n t e r p r i s e ma r k e t o f s ma l l a n d me d i um s i z e d ma n u f a c t u r i n g e n t e r pr i s e s ， u n d e r t h e pr e mi s e o f e n s u r i n g t h e a c c u r a c y o f p r o c e s s i n g， a CNC p u n c h p r e s s d e d i c a t e d c o n t r o l s y s t e m ba s e d o n PLC a n d t o u c h s c r e e n s y s t e m wa s d e s i g ne d． Pr o g r a mma b l e c o n t r o l l e r a n d s t e p p e r mo t o r c o mp o s e d o n e o p e n l o o p c o n t r o l s y s t e m wh i c h c a n a c h i e v e mo r e a c c u r a t e p o s i t i o n c o n t r o 1 ． By u s i n g t h e t o u c h s c r e e n a s a c o n t r o l i n t e ffa c e， t he ma nma c h i n e d i a l o g u e h e c a me mo r e c o n v e n i e n t a n d t h e p e r f o r ma n c e o f t h e s y s t e m w a s i mp r o v e d ． D e b u g g i n g t h e b u i l d e x p e r i me n t a l ma c h i n e mo d e l s h o w s t h a t t h e e c o n o mi c CN C s y s t e m h a s t h e a d v a n t a g e s o f s i mp l e o p e r a t i o n， h i g h r e l i a b i l i t y a n d g o o d s t a b i l i t y ． B e s i d e s t h e s e， t h e g e n e r a l r e q u i r e me n t s o f t h e ma c h i n i n g a c c u r a c y a r e me t b y t h e e c o n o mi c CNC s y s t e m． Ke y wo r d s PLC； t o u c h s c r e e n； CNC pu n c h p r e s s； s t e p pe r mo t o r； e c o n o mi c CNC s y s t e m 0 引言 数控机床良好的加工精度和加工一致性， 可保 证产 品零部件的标准化 、 系列化 ， 并使它们达到 良好 的互换性 。自2 0世纪 5 0年代数控机床问世 以来 ， 它的发展非常迅速， 几乎所有品种的机床都实现了 数控化。目 前， 世界机床产量的1 ／ 5 用于我国市场， 我 国已经成 为数控机床世界第一 大消费国和进 口 国⋯ 。随着市场 经济的发展 ， 产 品更新更 为迅 速 ， 冲压制件的类型 、 工艺、 外形越来越复杂， 精度要求 收稿 日期 2 0 1 30 11 1 基金项 目 科技人员服务企业行动项 目 2 0 0 9 G J F 3 0 0 1 2 作者简介 王为达 1 9 8 7 ， 男， 山东聊城人 ， 硕 士研究生 ， 研究方 向为数控系统开发及应用。 越来越高， 而传统的冲床加工精度差 ， 效率低 ， 已难 以满足如今对零件加工精度 、 效率 、 成本等方面的要 求 ， 数控冲床应运而生。 数控系统点位控制通常用于孔加工机床 ， 全功 能数控装置以及利用单板机或单片机控制均可以实 现数控系统点位控制。以单片机控制的数控系统通 常是把编写好的程序 固化在程序存储器 中， 这样缺 乏柔性 ， 而且还要设计抗干扰 电路及驱动电路 ， 开发 周期较长。全功能的数控装置功能十分完善， 但其 价格却很昂贵 ， 而且许多功能对点位控制来说是多 余的， 导致企业成本升高。该文基 于 s 72 0 0 P L C 和 MT 6 0 7 0触摸屏 ， 开发 出一套 冲床专 用的经济 型 控制系统 。 可编程控制器使用内部模拟继电器， 相对于传 2 0 1 3年第 4期 工业仪表与自动化装置 3 5 统的继电器控制线路 ， P L C的使用大大简化 了接线 复杂程度 ， 相应提高 了控制系统稳定性 。许 多企 业在 自动化加工过程 中采用 P L C来降低成本并且 提高了产品的质量和可靠性 j 。触摸屏在硬件结 构上集成了控制单元、 触摸面板、 数据储存单元和液 晶显示屏 ， 它是 目前最简单 、 方便 、 自然的一种人 机交互方式。与高、 中档数控系统相 比， 该系统具有 成本低 、 操作简单 、 方便 易学 的特点 ， 可 以满足一般 精度 的要求 ， 它适用于多品种 ， 大、 中、 小批量的 自动 化生产 ， 对产品 的适应性强 ， 从而增 强企业应变 能 力 ， 为提高企业竞争力创造条件 。 1 冲床功 能简 介 该冲床具备冲孔、 压花和剪断的功能， 提供手动 和 自动两种加工模式 。在手动加工模式下能实现点 动操作 ， 可实现在任意部位进行冲孔 、 压花和剪断的 功能。选择 自动加工模式 ， 钣金在机械手 的夹持传 送及定位下 ， 可 自动冲孔、 压花和剪断。根据加工要 求更换不同的模具 ， 即可冲压出各式各样 的工件 ， 加 工范围易于扩展 。这里定义机械手的位置运动方 向 为 轴， 模架的位置移动方向为 l ， 轴， 为使机床操 作安全， 避免因误操作、 误动作等给机床带来巨大损 坏 ， 在 、 l ， 轴安装 了机械式限位开关 。除此还具有 自动回零 、 急停功能。根据功能需求 ， 在实验室搭建 实验机模型所需主要元件如表 1所示 。 表 1 实验机模型所 需主要 元件 2 控制系统原理及硬件设计 控制系统框图如图 1 所示。 图 1 控制 系统框 图 2 ． 1 控 制原 理 P L C对步进 电机有 良好的控制能力 ， 利用其高 速脉冲输 出功能或运动控制功能， 能够实现较精确 的位置控制 。s 7 2 0 0 P L C有 2个高速脉冲输出 口 Q 0 ． 0和 Q 0 ． 1 ， 这 2个输 出 口在不用作脉冲输出 的时候可以作为普通的输 出使用。脉冲输出有 P T O 和 P WM两种输出方式。通常控制步进电机都使用 P T O输出方式 。步进电机将电脉冲信号转换成角位 移 ， 然后通过滚珠丝杆将角位移转化为直线位移 ， 工 作台的移动速度由脉冲频率决定， 其位置由发出脉 冲的个数决定 。控制驱动器 D I R端子处的信号 ， 就 可改变步进电机的转动方 向， 从而改变工作台移动 方向。步进 电机结构简单 ， 价格低廉 ， 维修方便 ， 工 作过程中没有累积误 差。由此 ， 步进 电动机广泛的 应用于经济型数控机床的开环控制系统 中。 2 ． 2 触摸屏 触摸屏是人和机器进行对话 的界面 J ， 触摸屏 上的虚拟按钮和虚拟 图形本 身在 P L C中有数据存 储位对应 ， 这些位可 以用 0和 1代表它所代表的实 体的 o f f 和 o n 。该系统所使用的触摸屏为台湾维纶 公司生产 的 MT一6 0 7 0型工业触摸屏 ， 它不仅价格 便宜 ， 而且提供 了功能齐全的组态元件 ， 稳定性好。 触摸屏通过 自带 的串 口 R S 4 8 5与 P L C建立通 信 ， 形成上下位机关系 ， 使得两者能协同工作。 3 控制 系统软件设计 3 ． 1 P L C程序设计 根据功能需求 编制控制流程 图， 如 图 2所示。 P L C提供了4 种编程语言 指令表、 梯形图、 结构文 本和顺序功能流程 图。系统采用梯形图语言 ， 采用 M i c r o ／ Wi n V 4 ． 0软件编写具体控制程序。P L C控 制程序采用模块化结构 ， 主要包括 手动加工模块 、 自动加工模块 、 急停模块 、 自动 回零模块。 4 0 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 3年第 4期 于 1 5 0 W 的单晶硅光伏组件 ， 光伏发 电效率平均提 高了约4 0 ％左右， 如图6 所示。 客户端及 O P C服务器运行流程 图5 分布式网络控制系统软件工作基本流程 1 2 0 1 0 0 8 0 乏 鼯6 O 督 4 0 2 0 0 ／ ． 厂 一 电 池 板 动 状 态、 ＼ ／ ／ 垆 、 ，』 。 电 池 板 固 定 ／状 态 【 ’L 昌暑8 2 零 譬冒导 鲁 时间／ h 。 。 0 0 0一一 寸寸寸I n 、 。 卜 图6 1 5 0 W 电池板瞬时最大功率对比试验结果 5 结束语 分布式太 阳能跟踪系统的性能和指标均达到了 设计 目标 ， 系统从开机 、 运行 、 复位到关闭， 实现了全 自动化和智能化 ， 现场设备 的运行状况也实现了全 程监视和信息储存， 系统的自动化、 信息化水平大幅 提高 ， 系统每套独立装置成本价不到 3万元 ， 而且随 着装机容量的增加 ， 产 品成本和电厂管理成本优势 更加明显， 经过技术创新 ， 分布式太阳能跟踪系统填 补了太 阳能跟踪系统领域 的技术空 白 。该项技 术已经在某 1 0 k W 独立光伏系统中得到了应用 ， 产 生了良好 的经济效益。 参考文献 [ I ] 杨金焕， 于化丛 ， 葛亮． 太阳能光伏发电应用技术 [ M] ． 北京 电子工业出版社， 2 0 0 9 2 1 2 4 ． [ 2 ] u D e y o u ， X u C h a n g ． S t u d y o n t h e i n t e g r a t e d c o n t r o l s y s t e rn a t s o l a r p o w e r t o w e r p l a n t s [ C ] ．P r o c e e d i n g s o f I S E S S o l a r W o r l d C o n g r e s s 2 0 0 7 S o l a r En e r g y a n d Hu ma n S e t t l e me n t ． Ba t t e r y，2 0 07 1 7 431 7 48． [ 3 ] 刘莫尘． 独立光伏发电的 自动跟踪系统 [ D] ． 山东大 学 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ] 梁勇， 梁维铭． 太阳能高度角 自动跟踪精度 的模型仿 真[ J ] ． 光电子技术， 2 0 0 8 ， 2 8 3 1 7 01 7 3 ． [ 5 ] 陆会明， 朱耀春． 控制装置标准化通信[ M] ． 北京 机 械工业出版社 ， 2 0 1 0 1 3 11 7 2 ． [ 6 ] 王小科， 李继业． c 开发宝典 [ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 1 0 ． [ 7 ] 保继梅． 分布式太阳能跟踪系统科技创新报告[ R ] ． 甘 肃省科学技术情报研究所， 编号2 0 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n 。 t r o l l e r s [ C] ．I n d u s t r i a l A u t o m a t i o n a n d C o n t r o l ，1 9 9 5 39 540 0． [ 6 ] 李方园． 触摸屏工程应用 [ M] ． 北京 电子工业出版 社 ， 2 0 0 8 1 2 3 9 ． [ 7 ] 汪华生， 李鸣， 高素萍， 等． 基于 P L C的步进电机控制 技术[ J ] ． 自动化技术与应用， 2 0 0 6， 2 5 1 0 5 4 5 5 ． [ 8 ] 张丽萍， 李卫民， 孙洪哲， 等． P L C伺服电机和触摸屏 在模内自动贴标机中的应用[ J ] ． 辽宁工业大学学报 ， 2 0 0 9 3 1 8 l一1 8 3 ．