基于PLC的组合机床控制系统设计

   　 1  引言
    
  　  可编程控制器(plc)是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，其具有逻辑控制、计时、计数、数据处理、联网与通信等强大功能，同时，由于plc具有很高的可靠性和极大的应用灵活性，用它来替代传统的继电接触控制系统巳成为必然。大量采用传统继电一接触控制系统的设备通过改造更新，成为plc控制的自动化系统，而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特点。本文介绍双面单工位液压传动组合机床plc控制系统的设计与应用。
             
   　 2  组合机床的运动及控制要求
    
   　 组合机床指可同时进行多种或多处加工的机床，组合机床的加工动作常常是按预定的步骤安排的，类似于简单的程序控制，这也正是plc最擅长的。
   
   　 双面单工位液压传动组合机床采用三台电动机进行拖动，m1、m2为左右动力头电动机，m3为冷却泵电动机，其对应的控制交流接触器分别为km1、km2、km3。sa1为左动力头单独调整开关，sa2为右动力头单独调整开关，通过它们可实现左、右动力头的单独调整。sa3为冷却泵电动机工作选择开关。该机床的左、右动力头的工作循环如图1 所示，电磁铁动作顺序表见表1。

            图1  动力头的工作循环图
 

    
   　 由图1和表1可知，组合机床为自动循环状态时，按下启动按钮后，左、右动力头电动机m1、m2同时旋转，按下“快进”按钮，电磁阀yv1、yv3通电，左、右动力头快速进给并离开原位，行程开关sq1、sq2、sq5、sq6先复位，行程sq3、sq4后复位。当sq3、sq4复位后，在动力头进给过程中，靠各自行程阀自动变快进为工进，同时压下行程开关sq，冷却泵电动机m3工作，供给冷却液。当左动力头加工完毕，将压下sq7并顶在死挡铁上，其油路油压升高使kp1动作，当右动力头加工完毕，将压下sq8并使kp2动作，yv2、yv4将通电，同时yv1、yv3也将失电，左、右动力头将快退。当左动力头使sq复位后，冷却泵电动机将停转。左右动力头快退至原位时，先压下sq3、sq4，再压下sq1、sq2、sq5、sq6，使动力头电动机m1、m2断电，同时yv2、yv4断电，动力头停止，机床循环结束。加工过程中，可随时使左、右动力头快退至原位停止。
             
   　 3  plc控制系统的硬件设计
    
    　双面单工位液压传动组合机床的控制系统首先应满足上述工作循环的基本要求，再根据工作循环及控制需要的行程开关数目，加之按钮、压力继电器、热继电器触点所需的工作点数来选择可编程控制器，plc输入输出接线图如图2所示。

           　　　　　　　　　　 图2 双面单工位组合机床plc输入/输出接线图
    
  　  该plc有21个输入信号（4个按钮、9个行程开关、3个热继电器动断触点、2个压力继电器触点、3个转换开关），则需占用21个输入点。在实际应用中，为节省plc的点数，可适当改变输人信号接线，如将sq8与kp2串联后作为plc的一个输入信号，就能减少一个输入点。这时plc的输入点数由21点减少至13点，这样可以降低设备的成本，然而由于有些接点采用了串、并联的形式输入，可能降低输入器件的可靠性和整个控制系统的可靠性。
   
    　可编程控制器输出控制对象主要是控制电路中的执行器件，如接触器、电磁阀等。双面单工位液压传动组合机床中的执行器件有交流接触器km1、km2、km3，电磁阀yv1、yv2、yv3、yv4，需占用7个输出点。依据它们的工作电压，可设计出plc的输出口接线图，由于接触器与电磁阀线圈所加电压的种类与高低不一样，故必须占用plc的两组输出通道，并选择继电器输出型的plc。通过对机床plc控制系统输入、输出电路的综合分析，选用日本三菱fx2n?32mr可编程控制器实施该机床的控制，可基本满足上述整体要求。

   　 4  plc控制系统的程序设计
    
   　 plc控制程序采用梯型图编程完成，根据控制要求，设计出双面单工位液压传动组合机床循环工作的plc控制梯形图如图3所示。图中当组合机床处于自动循环位置时，x013、x014为接通状态，按下启动按钮sb2，y000、y001接通，km1、km2线圈通电并自锁，左、右动力头电动机启动旋转。按下按钮sb3，y004、y006接通，yv1、yv3通电，左、右动力头快速进给并离开原位。在动力头进给过程中，靠各自行程阀自动变快进为工进，同时压下sq，y002接通，km3线圈通电，冷却泵电动机m3启动。左动力头加工完毕时压下sq7并顶在死挡铁上，油压升高使kp1动作，y005接通；右动力头加工完时压下sq8并使kp2动作，y007接通，yv2、yv4将通电，同时yv1、yv3也将失电，左、右动力头将快退。当左动力头使sq复位后，y002断电，km3将失电，冷却泵电动机将停转。左右动力头快退至原位时，压下各行程开关，使y000、y001断电，km1、km2线圈失电，使m1、m2停转，同时yv2、yv4断电，动力头停止，机床循环结束。若按下sb4，x003接通，可随时使左、右动力头快退至原位停止。另外，机床还设计了过载和短路保护。

           　　　　　　　　　　　　　 图3  组合机床plc控制梯型图
             
   　 5  结束语
    
   　 把plc技术应用于双面单工位液压传动组合机床，可以充分发挥plc可靠性高、调试方便和使用灵活等优点。进而大大缩短产品的开发周期，降低设计成本，提高了成功率和产品的可靠性，生产效率增加。