PLC技術(shù)在組合機(jī)床上的應(yīng)用

邵卿

【摘 要】在機(jī)床加工實踐中，組合機(jī)床的零部件已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化及系列化生產(chǎn)，可以按照實際需求選擇配置，設(shè)計及制造時間得到有效控制，所以，組合機(jī)床不但效率高，而且成本低，在實踐中的應(yīng)用范圍越來越廣。本文首先對PLC結(jié)構(gòu)及工作原理、組合機(jī)床工作原理及流程進(jìn)行介紹，之后對PLC在組合機(jī)床中的控制應(yīng)用進(jìn)行了深入闡述。

【關(guān)鍵詞】P L C；組合機(jī)床；應(yīng)用

【中圖分類號】TM571【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1672-5158（2013）02-0213-01

一、理論概述

1.1 PLC結(jié)構(gòu)及工作原理

PLC即可編程邏輯控制器，其核心部件為中央處理器，在輸入、輸出設(shè)備以及中央處理器之間連接有輸入單元以及輸出單元，與外部設(shè)置（例如編程器）以及上位計算機(jī)等的連接則是通過通信接口實現(xiàn)的。以各部件連接方式為主要依據(jù)，可以將可編程邏輯控制器劃分為整體式以及模塊式兩種類型?？删幊踢壿嬁刂破鲙状箨P(guān)鍵硬件主要有中央處理器、電源、存儲器、I/O 接口電路以及通信接。中央處理單元控制著相關(guān)運算以及整個系統(tǒng)，對編程器、外設(shè)接口、I/O 擴(kuò)展接口以及 I/O 接口等的控制主要是借助地址總線、控制總線以及數(shù)據(jù)總線等實現(xiàn)的。可編程邏輯控制器對系統(tǒng)工作進(jìn)行指揮的主要依據(jù)是系統(tǒng)程序，在每個掃描周期中需要進(jìn)行輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理等工作，此外還需要對相關(guān)外部設(shè)備發(fā)出的工作請求進(jìn)行處理。電源的主要作用是對外部輸入的交流電進(jìn)行整流、濾波以及穩(wěn)壓等處理，進(jìn)而得到可編程邏輯控制器內(nèi)部工作所支持的直流電源電路或者是電源模塊，對于系統(tǒng)的有效運行而言，電源發(fā)揮著不容忽視的關(guān)鍵作用。I/O 接口電路主要包括光耦合電路以及微機(jī)的輸入接口電路兩部分，其主要作用是充當(dāng)連接可編程邏輯控制器和現(xiàn)場輸入及輸出設(shè)備的接口或模塊；輸出接口電路的主要作用是向輸出端執(zhí)行元件傳輸經(jīng)過中央處理單元處理的輸出信號。通信接口的主要作用是支持與打印機(jī)或者是監(jiān)視器等相關(guān)設(shè)備的連接，以確保相應(yīng)功能的有效實現(xiàn)。PLC 的基本工作原理：PLC 正常工作過程大致可以劃分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行以及輸出刷新等三大階段，此三個階段構(gòu)成一個掃描周期。在PLC 的運行過程中，其中央處理單元可以按照既定的速度對該三階段進(jìn)行重復(fù)執(zhí)行。輸入采樣階段，主要是對輸入映像區(qū)進(jìn)行建立及更新。完成輸入采樣操作之后，便進(jìn)入到用戶程序執(zhí)行階段以及輸出刷新階段，在這兩個階段中，即便是改變輸入狀態(tài)以及相關(guān)數(shù)據(jù)，I/O 映像區(qū)中對應(yīng)單元的狀態(tài)及數(shù)據(jù)也是保持不變的，并不會隨之發(fā)生變動。將輸入端口關(guān)閉之后便進(jìn)入程序執(zhí)行階段。用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器對用戶程序進(jìn)行掃描是按照從上到下、由左至右的順序進(jìn)行的，在對各條梯形圖進(jìn)行掃描的過程中，首先會對位于梯形圖左部的有所有觸點所組成的控制線路進(jìn)行掃描，同時開展控制線路邏輯運算，之后以所得到的邏輯運算結(jié)果為主要依據(jù)，對系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中邏輯線圈向?qū)?yīng)的狀態(tài)進(jìn)行刷新，并在元件映像區(qū)中輸入所獲得的相關(guān)結(jié)果。輸出刷新階段，中央處理單元對相關(guān)的輸出鎖存電路進(jìn)行刷新操作的主要依據(jù)是 I/O 映像區(qū)中所對應(yīng)的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)之上借助輸出電路對對應(yīng)的外設(shè)進(jìn)行驅(qū)動。

1.2 組合機(jī)床工作原理及流程

以功能為主要依據(jù)，可以將通用部件劃分為動力部件、支撐部件、輸送部件、控制部件以及輔助部件等類型。其中動力部件主要包括動力箱、動力滑臺以及切削頭，其主要作用是向組合機(jī)床提供主運動以及進(jìn)給運動。實踐中比較常見的機(jī)床主要包括床身、中間工件夾緊裝置、左右工位滑臺、左右動力系統(tǒng)、冷卻排屑系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)等。電路由四臺電機(jī)構(gòu)成，其中，油泵主要作用是向左右工作臺提供動力，使其可以順利實現(xiàn)前進(jìn)、后退以及工件夾緊操作；左、右動力頭電機(jī)主要負(fù)責(zé)切削及加工；冷卻泵在自動工作狀態(tài)下，首先將液壓油泵啟動，對總原位進(jìn)行確認(rèn)之后，依次進(jìn)行人工上料、工件夾緊，左右工位滑臺前進(jìn)，并啟動冷卻泵，在完成加工程序之后，主軸延時旋轉(zhuǎn)也會隨即停止，當(dāng)滑臺以及工位均退至原位之后，工件將會自動松開，一個循環(huán)過程隨即結(jié)束。

按照機(jī)床加工需求以及工藝要求，第一步要對機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，機(jī)床主要有自動、半自動、自動循環(huán)以及循環(huán)次數(shù)設(shè)定等四種工作狀態(tài)；第二步就是選擇加工方式，先將開始鍵按下，對機(jī)床進(jìn)行自動調(diào)整，若存在故障也可以手動調(diào)整，機(jī)床原位復(fù)位確認(rèn)之后，夾緊工件，循環(huán)加工開始，左右滑臺以及工件前進(jìn)，工件加工結(jié)束之后，滑臺延時后退，當(dāng)滑臺位于原位之后，并且左右兩滑臺都退到原位后，工件松開，循環(huán)過程結(jié)束。以事先所設(shè)定的循環(huán)次數(shù)為主要依據(jù)，隨即進(jìn)入到下一個循環(huán)過程，如此反復(fù)，直至完成工件加工過程。

二、 基于PLC的機(jī)床控制應(yīng)用分析

2.1 組合機(jī)床中PLC的應(yīng)用情況

可編程邏輯控制器的主要優(yōu)點有：編程簡單、便于使用、安全可靠，并且具有強(qiáng)大的控制功能，當(dāng)前在機(jī)床工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。于機(jī)床而言，機(jī)床自身對精準(zhǔn)度以及可靠性發(fā)揮著決定性作用，但是，所選擇的控制系統(tǒng)在很大程度上影響著機(jī)床的精準(zhǔn)度以及可靠性，尤其是對于提升生產(chǎn)效率作用更為顯著。

2.2 PLC控制系統(tǒng)分析及設(shè)計

本文選擇日本三菱公司研發(fā)的 F1 系列可編程邏輯控制器進(jìn)行分析。按照系統(tǒng)工作流程，在機(jī)床工作時，電磁閥控制著滑臺的移動以及工件的夾緊，其中，左滑臺的前進(jìn)由 Y1 控制，后退由Y2 控制，右滑臺的前進(jìn)及后退則分別由 Y3 和 Y4掌握，工件的夾緊及張開則分別由 Y5 和Y6 控制。當(dāng)工件夾緊時，壓力繼電器處于吸合狀態(tài)，在工件夾緊得到確認(rèn)之后，才可以前后移動左右兩個滑輪。在進(jìn)行加工作業(yè)的時候，將系統(tǒng)壓力降低至設(shè)置的壓力值，KA1 將處于斷開狀態(tài)，此時，滑臺以及動力頭的工作隨即停止，以避免出現(xiàn)工件飛出事故，造成人身傷亡。

2.2.1 確定輸入及輸出點數(shù)

可編程邏輯控制器 I/O 通道分配的主要依據(jù)為控制對象，即滿足生產(chǎn)機(jī)械作業(yè)過程及生產(chǎn)工藝需求的控制元件，比較常見的有繼電器以及開關(guān)按鈕等，通常情況下不涉及諸如接觸器等容量較大的執(zhí)行元件。一般而言，為確保達(dá)到更高的效率，需要在滿足控制需求的基礎(chǔ)之上，盡可能的控制可編程邏輯控制器的硬件連線數(shù)量，所以，就需要對輸入及輸出接口點數(shù)，也就是 I/O 點數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤Ｍㄟ^減少 I/O 點數(shù)，一方面有助于實現(xiàn)對可編程邏輯控制器成本的有效控制，另一方面，還可以保留必要的可編程邏輯控制器輸入及輸出空間，為之后進(jìn)行功能升級奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 程序設(shè)計

對可編程邏輯控制器程序進(jìn)行編制，要確保在調(diào)試設(shè)備的過程中可以方便地修改程序。結(jié)合系統(tǒng)的具體要求，將機(jī)床控制劃分為自動加工狀態(tài)以及調(diào)整狀態(tài)兩部分。其中，自動加工狀態(tài)主要適用于常規(guī)的切削加工情況，而調(diào)整狀態(tài)則主要適用于調(diào)整刀具以及調(diào)試機(jī)床等情況。當(dāng)處于調(diào)整狀態(tài)時，要想啟動或停止油泵，只需要將 X414 斷開，將SB2 以及 SB3兩個按鈕按下即可；要想夾緊或放松工件，則需要將 SB4 以及 SB5 兩個按鈕按下；掌握左滑臺以及右滑臺前進(jìn)和后退的是 SB6—SB9 等幾個按鈕，動力頭點動則由 SB10 和 SB11 控制，工件自動夾緊受 SB12 控制。在機(jī)床處于自動工作狀態(tài)的情況下，首先要對滑臺狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，如果滑臺沒有處于原位狀態(tài)，需要將其調(diào)整至原位，并借助機(jī)床總原位指示燈對其進(jìn)行確認(rèn)；其次，通過對SA1 按鈕進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，達(dá)到閉合 X414 的目的，確保機(jī)床自動運行；對工件進(jìn)行安裝，將 SB12 按鈕及自動夾緊按鈕按下，使電子閥處于工作狀態(tài)，閉合壓力繼電器 KA1 以及 X41，兩個滑臺共同前進(jìn)，分別壓到行程開關(guān) SQ3 和 SQ6，此時工件將前進(jìn)，接通 KM2以及 KM3，左右動力頭工作，執(zhí)行切削操作，并接通 KM4，啟動冷卻泵。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙華. 用PLC改造雙面鉆孔組合機(jī)床控制系統(tǒng)[J].新技術(shù)新工藝. 2006（08）

[2] 吳何畏，王衛(wèi)兵.鉆孔組合機(jī)床液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 組合機(jī)床與自動化加工技術(shù).2006（08）

[3] 陳旭武，劉東漢. PLC在組合機(jī)床控制中的應(yīng)用與程序編制[J].機(jī)械制造與自動化. 2006（04）