基于触摸屏与PLC的自动镗铣床控制系统研究.pdf

R e Iiflin g a n d M a i a n c e 改装与维修 基于触摸屏与 P L C的自动镗铣床控制系统研究 齐凤莲 陈晓男 赵 民 许丽娟 雷东亮 沈阳建筑大学交通 与机械工程学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 摘要 以镗铣床 的工作原理为研究对象 ， 将 P L C与触摸屏相结合。 对 普通镗铣床控制系统进行改进 ， 并 以 触摸屏为人机界面 ， 设计 出多窗口操作画面。从而在保留原有控制面板操作的基础上增加 了触摸屏 的操作方式 ， 使机床的操作和监控更为直观和方便。着重介绍了 P L C- 触摸屏控制系统的结构原理 和触摸屏画面的设计。工程实例证明。 该方案通过较低的成本实现了机床的多种操作方式和提供 了 触摸屏的监控方法 ， 具有很强的可实施性。 关键词 触摸屏P L C镗铣床控制系统 中图分类号 T P I I 文献标识码 A Re s e a r c h o n a u t o ma t i c b o r i n g - mi l l i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n t o u c h s c r e e n a n d PL C Q I F e n g l i a n ， C HE N X i a o n a n ， Z HA O Mi n ， X U L i j u a n ，L E I D o n g l i a n g l S c h o o l o f T r a f fi c a n d Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， S h e n y a n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ， C H N A b s t r a c t I n t h i s p a p e r ， w e t a k e t h e w o r k p ri n c i p l e o f a b o ri n g - m i l l i n g ma c h i n e a s t h e r e s e a r c h o b j e c t ．P r o p o s i n g a c o mb i n a t i o n o f PL C a n d t o uc h s c r e e n f o r i mp r o v i n g o r d i n a r y b o rin g-mi l l i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m． De s i g n i ng a mu l t i -wi nd o w ma n-ma c hi ne i n t e r f a c e whi c h i s ma d e b y a t o uc h s c r e e n．I n i t s e x i s t i n g c o n t r o l p a n e l o p e r a t i o n，w e a d d e d a n e w t o u c h s c r e e n o p e r a t i o n mo d e wh i c h ma c h i n e o p e r a t i o n a n d mo n i t o rin g a r e mo r e i n t u i t i v e a n d c o nv e n i e n t ．Th i s p a p e r ma i n l y i n t r o du c e s t h e P LC- t o u c h s c r e e n c o n t r o l s y s - t e rn p r i n c i p l e a n d s t r u c t u r e d e s i g n o f t o u c h s c r e e n ．P r o j e c t e x a mp l e s h o w s t h a t t h e p r o p o s e d s c h e m e r e - a l i z e s v a rio u s o p e r a t i o n mo d e s o f ma c h i n e t o o l s a n d p r o v i d e s a t o u c h s c r e e n mo n i t o rin g me t h o d w i t h l o w c o s t ，a n d a r e p r a c t i c a 1 ． Ke ywo r d sTo u c h S c r e e n； PL C； Bo ring -mi l l i n g Ma c h i n e； Co n t r o l S y s t e m 传统的普通镗铣床采用继 电器一 接触器控制系统 对其工作进行控制 ， 有接线复杂 、 故 障率高 、 自动化程 度低等缺点 ， 并且由于其系统大多采用开环控制 ， 机床 发生故障时没有检测装置 ， 会对后期的机床维护诊断 带来 困难。尽管一些进 口的数控镗铣机床拥有诸多优 点 ， 但其价格高 昂， 并且 目前很多企业中还存有大量的 普通镗铣机床。鉴于此 ， 为 了使普通镗铣 床拥有部分 数控机床的优点， 我们对普通镗铣床进行数控改造。 在镗铣床控制系统 的选择方面， 我们选择 了 P L C 可 编程控制器 做为 系统的控制核心。P L C作为近几年 比较普遍采用的控制系统具有功能完备、 组合灵活 、 编 程方便 、 稳定可靠和抗干扰性强等优点 ， 其结构特点完 全能够满足镗铣床 的系统控制及其工作环境 的要求。 但单纯的 P L C控制系统不宜实现现场监控 以及工艺 参数的现场设置和修改 ， 为了解决这一 问题 ， 我们选用 触摸屏作为机床设备的人机对话接 口来完成对机床的 输人输出显示 。实践表 明， P L C 一 触摸屏构成的监视控 制系统不仅可以替代传统的控制面板和键盘输入 ， 而 2 【 0 5． [ 5 ] 深圳人机电子有限公司． E a s y B u i l d e r S 0 0软件使用手册[ Z ] ． 2 0 0 2 ． [ 6 ] 马红旗． 触摸屏在 P L C中的应用[ J ] ． 机电一体化， 2 0 0 3 4 3 6 3 7 ． [ 7 ] 朱 宁． 触 摸屏 在机 床 P L C控 制 系统 中 的应 用 [ J ] ． 机床 电器 ， 2 0 0 1 6 1 7 ～l 8 ． 第一作者 刘捷 ， 女 ， 1 9 7 1年 生， 副教授 ， 主要从事 电气 自动控制的教 学和科研 工作 。 编辑孙德茂 收稿 日期 2 0 1 2 0 1 1 9 见调查衰中的相应位置。 改装与维修 R n g a n d M 洲e n a n c e 且能以图形化的方式 描绘 自动加工过程 ， 操作者 可以 通过触摸屏输入的方式执行设备的各项功能 。 1 P L C一 触摸屏控制系统的工作原理 镗铣床工作大致 可分为主轴箱升降运动 y轴 、 工作 台的回转运 动 B轴 、 上滑座移动运 动 轴 、 下滑座移动运动 Z轴 、 镗杆的移动运动 轴 、 平 旋盘滑块移动运动 U轴 及主轴 的旋转 ， 在 P L C一 触 摸屏控制系统下这些运动均 由 P L C来实现转换。 1 ． 1 控制系统的执行 图 1 为系统 的工作原理图 ， P L C与触摸屏构成 的 控制系统主要 由可编程逻辑控制器模块 、 进给伺 服控 制模块 、 主轴伺服控制模块 、 测量模块 、 输入 、 输出及通 信模块等组成 。当要执行机床操作 时 ， 首先启动主轴 箱油泵 ， 待操作者通过触摸屏输入指令后 ， 系统会 自动 调出与触摸屏输入指令地址相对应的 P L C程序 ， P L C 通过执行梯形图程序来控制其触点 ， 从而达到对接触 器 、 伺服电动机 、 电磁离合器 、 换档 电磁 阀以及机床各 个部件控制 的目的。同时 ， P L C还会把光栅尺传感器 、 伺服电动机编码器 、 旋转编码器 、 限位信号等一系列反 映镗铣床工作状态 的信息送 回触摸屏 ， 用户可 以通过 在触摸屏上调整参数值来实 时调整机床 的工作状态。 而当机床一旦发生故障， P L C还会将传感器与编码器 等反馈的信息进行 比较来判断其故障原 因， 并显示一 些重要 的参数来实现机床的自我诊断 J 。 粪0耄0藿 囊 墨0藿8垂0霉l l蠢 输入模块 l 输入模块 触 摸 屏 P L C }扩 展 模 块 f c 输出模块 I 输出模块 赣 1 ． 2 P L C一 触摸屏镗铣床的定位系统 本 P L C一 触摸屏 控制 系统在上滑 座移动运 动 轴 、 主轴箱升降运动 1 ， 轴 、 镗杆移动运动 轴 这 三个轴的定位方面分别加入了光栅尺位移传感器。每 当执行完一个操作 ， 光栅尺会将 实际的位移 量以脉冲 次数的形式反馈 到 P L C， P L C通过高速计数器记 录下 反馈脉冲次数 ， 并将接收 的脉冲次数进行计算 得出实 际位移 ， 然后存 入到 P L C的一个 内存地址 中， 再 通过 触摸屏读取这个地址 的数值来显示实际位移量。如果 实际位移量与输入数值发生偏差 ， 就需要进行调试 ， 以 此来保证机床加工 的精度。可以说 ， 与传统简单 编码 器定位的开环镗铣床控制系统相 比， 由光栅尺组成 的 具有反馈功能的闭环定位系统可以带来更高的精度 。 1 ． 3 P L C- 触摸屏镗铣床 的润滑 系统 本设备的润滑主要包括下滑座导轨润滑和主轴箱 导轨润滑两部分 ， 采用 了集 中润滑方式 ， 由液压泵提供 一 定排量 、 一定压力 的润滑油。由 P L C控制打油时 间 和间隔时间、 处理报警信号和控制换 向阀等动作 ， 并且 通过软件将润滑间隔时间预先设置为每 1 h自动润滑 1 0 S 。在机床 已放 置很 长时间未使用 的情况下 ， 在第 一 次启动机床时 ， 通电后要先按导轨 润滑按钮来进 行 机床初始润滑以保证机床正常运行 。 2 控制 系统 的硬件 组成 如图 2所示 。根据设备 的工艺要求 ， 本控制系统 的 P L C选用了西 门子 S 7 2 0 0系列 C P U 2 2 4 X P， 其 内部 集成 了 1 4路输入接 口和 l 0路输 出接 口， 2路模拟 输 入点和 1路 模 拟 输 出点 ， 2个 高 速 脉 冲输 出， 2个 R S 4 8 5通讯／ 编程 口， 其高速计数器 可以采集 1 0 0 k H z 的脉冲 ， 输 出脉 冲也可以达到 1 0 0 k H z 。由于控 制系 统中需要 5路高速脉冲计数器 ， 而所选 P L C型号只有 4路 ， 为满足接 口的需求 ， 我们使用 了两块 P L C构成可 编程逻辑控制器模块 ， 分别为 1 P L C和 2 P L C 。在两 块 P L C功能分工方面 ， 1 P L C主要负责机床进给伺服 驱动器 、 电磁离合器和换档电磁阀 ， 2 P L C主要负责机 床主轴伺服 驱动器 ； 在 两块 P L C之 间的数 据传 输方 面， 1 P L C为主机 ， 当使用触摸屏输入指令时 ， 指令通 过 P P I 协议进入 I P L C， 经 1 P L C处理后执行指令 ； 而 当使用控制面板输入指令时 ， 指令要先进入 2 P L C， 经 图2 系统硬件结构图 改装与维修 R n g a n d n fe n Q n c e 冲区提供数据或从缓 冲区提取 数据 即可l 1 J 。本系 统在主站侧 2 P L C ， 将 V B 5 0 0～V B 5 0 9设为接收缓 冲区， 将 V B 4 0 0～V B 4 0 9设 为发送缓 冲 区； 在从 站侧 1 P L C ， 将 V B 5 0 7～V B 5 1 6设 为接 收缓 冲 区 ， 将 V B 4 0 7～V B 4 1 6设 为发送缓冲 区。如果要 调试 数据 ， 在主站 侧 则需 将 要 送 入对 方 的 数据 存 人 V B 4 0 0～ VB 4 0 9并从 V B 5 0 0～V B 5 0 9提取对方送来 的数据 ； 在 从 站侧 则 需 要将 要 送 人对 方 的数 据存 入 V B 4 0 7～ V B 4 1 6 ， 并从 V B 5 0 7～ V B 5 1 6提取对方送来 的数据 ， 编 程时可直接使用 。 4结语 本系统利用触摸 屏和 P L C成功实 现了对普通镗 铣床的自动化控制。该系统运行良好， 可靠性高， 操作 方便 ， 达到了设计要求 ， 满足 了控制系统的需要 。同时 该系统也可 以应用于其他行业设备 的改造 ， 具有较高 的推广和使用价值 。 参考文献 [ 1 ] 吴宝萍， 范四立， 叶静． 浅谈旧机床数控改造 [ J ] ． 中国设备工程， 2 0 0 3 3 ． [ 2 ] 沈军． 数控机床改造方案的选择[ J ] ． 数控机床市场， 2 0 0 6 4 ． [ 3 ] 张 晓杰 ， 王君艳 ． 基于触摸屏 、 P L C及伺 服驱 动器的伺 服系统 [ J ] ． 微 特 电机 ， 2 0 1 0 3 ． f 4 ] 吕品． P 『 ．C和触 摸屏 组合 控 制 系统 的应 用 f J ] ．自动化 仪 表 ， 2 0 1 0 f 8 ． [ 5 ] P a r r E A ． “ P r o g r a m ma b l e c o n t r o l l e r s ” [ M] ． N e w n e s ， O x f o r d ， 2 0 0 3 1 0 5 5． [ 6 ] 西 门子 中国 有限公 司 自动化 与驱动集 团． MP 2 7 7西 门子 面板下 载手册 [ z ] ， 2 0 0 8 ． [ 7 ] 廖常初 ． P L C编程及应用 [ M] ． 北 京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 8 ] 于晓辉 ， 顾海 明． 7 - 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