混合可編程控制PLC技術組合機床控制系統研究

鄧林興

（寶雞職業技術學院，寶雞 721004）

0 引言

最常用、傳統的繼電器控制系統存在電子元件和接線復雜、效率低、壽命短、可靠性較差的問題，尤其是出現故障時，診斷和排除比較困難，嚴重影響生產，對工廠的生產效率非常不利。隨著計算機和科學的發展，將繼電器控制的機床進行改裝，將計算機和繼電器、接觸器控制技術很好的結合。它與I/O和低壓電器關系密切，采用可編程序控制器，能夠克服傳統機床的缺點，提升性能和效率，增強機床的靈活性和可編程，益處良多。

本文介紹一種自動化控制組合機床。主控制器采用三菱電機的FX2N系列PLC。機床的主要組成部分包括：銑削動力頭、液壓動力滑臺和工件松緊油缸等。組合機床一共有5臺電機，都是單向旋轉的。整個機床一共包括三種工作方式：單循環自動、單動力頭自動循環和點動方式。單循環工作循環過程如圖1所示。單動力頭方式有：左銑頭、立銑頭、右1銑頭、右2銑頭單循環工作。液壓系統原理圖如圖2所示，具體工作流程是：將加工零件放置在工作臺上，準備好后向機床發出加工指令。等到工件夾緊后壓力繼電器開始動作，液壓動力滑臺執行快進，到位轉工進，并且起動左1銑頭、右1銑頭開始加工，到達某一個位置的時候，立銑頭開始工作，又過了一定位置后右1銑頭停止，右2銑頭開始，到終點時電機同時終止。滑臺立即回到原位，工件松開，一次循環工作結束。將加工的工件取下，再放上未加工的工件，發送加工指令重復執行。

圖1 機床工作循環圖

圖2 系統原理圖

1 PLC技術

可編程控制器(PLC)，是采用計算機技術為基礎的一種新型的控制裝置。PLC選擇可以編程的存儲器，在內部執行邏輯運算、計數、計時、算術等指令，并且通過輸入輸出控制各類機械或者生產的過程。在過去幾十年，PLC技術已經有了很大的進展，到了21世紀，PLC將會有更大的進步。計算機技術將更多地應用在可編程控制器的設計和制造上，今后的產品容量會更大、速度會更快、智能性更好；產品的規模將是超小型或者超大型；品種也將更豐富、更齊全，能很好地適應工業控制的需求。PLC今后將成為國際通用和自動化控制網絡的重要組成，在工業甚至更多領域發揮巨大作用。在選擇PLC時，要考慮機型、I/O、容量、I/O端口分配、繼電器和計數器的地址分配。通常PLC 的控制流程如圖3所示。控制和CNC等方面。

圖3 可編程控制技術流程

3）簡單易用

PLC編程語言簡單，做接口方便，容易開發。它的梯形圖語言和繼電器的電路圖十分接近，只需要很少的開關量邏輯指令就能實現繼電器電路的功能。

4）設計工作量小，容易維護、改造

PLC使用存儲邏輯減少了相當多的外部接線，大大縮短了系統設計、建造周期，維護也很容易。最重要的是可以通過改變程序而改變整個生產過程。

5）低能耗、輕便小巧

超小型的PLC功耗很小，只有幾瓦。體積很小，裝入機械內部很方便，容易實現機電一體化。

2 可編程控制技術設計

可編程控制技術的特點主要有：

1）高可靠性，抗干擾

PLC采用大規模集成電路，生產工藝嚴格，內部的電路具有抗干擾性，可靠性很高。采用PLC所構成的控制系統的開關和電氣接線的接點大大減少，也就降低了故障的發生。PLC同時還具備自我故障檢測，一旦發生故障就發出警報。使用者還能采用外圍設備自我診斷，整個系統的可靠性就非常高了。

2）功能完善，適用性強

PLC已經擁有各種規模的一系列產品，適合于各種工業控制系統使用。PLC的數據運算能力都較完善，數字控制方面應用廣泛。PLC功能單元的不斷強化，使得它也被用在溫度控制、位置

2.1 系統硬件設計

本文采用日本三菱的FX2N系列控制器，根據機床對輸入和輸出要求，控制系統設計選擇FX2N系列中的FX2N–80MR-001。輸入點和輸出點分別為40個，輸出形式是R-繼電器輸出，能夠很好的滿足本設計的要求，還具有一定的升級空間。

PLC的I/O分配具體情況:

1）PLC的輸入端口主要有：自動循環工作按鈕、點動按鈕、總停按鈕、油泵啟動、SA1等，此外還有電動機的熱保護繼電器，輸入形式是常開觸點。

2）輸出端口主要有：交流接觸器、繼電器、運行指示燈等。

2.2 軟件設計

GX-Developer是一款通用性很強的編程軟件，它能夠完成編輯PLC梯形圖、控制CPU、指令表、SFC等工作。該軟件將編輯的程序轉成GPPQ、GPPA格式，遇到FX系列時，程序又可以存儲文檔為DOS、WIN格式。該軟件又能兼容Excel、Word等說明性文字、數據導入到程序中，使用、編輯更加方便、快捷。

三面銑組合機床有三種工作方式,這里只介紹自動工作循環的工作過程控制。其設計流程如圖4所示。

圖4 三面銑組合機床工作流程

首先將轉換開關選擇“單循環自動工作SA1-1”，油泵電機啟動運行，液壓滑臺的夾具中放上需要加工的零件后,開始按下加工指令按鈕,加工夾緊零件,壓力繼電器的觸點開始判斷是否動作,是則滑臺執行快進，復位開關SQ1動作；等到壓下滑臺快進位置開關SQ2轉工進，同時起動左銑頭和右1銑頭進行加工；當移動到達位置開關SQ3時，立銑頭開始加工；當到達SQ4位置開關時, 右2銑頭開始加工，右1銑頭停止工作,等到終點的三臺電動機同時停止工作。這時，由壓力繼電器BP1的觸點執行動作，液壓動力滑臺就會自動回到原位，復位開關SQ1受到壓力，就將工件松開,這樣就完成一個自動循環。判斷是否繼續加工，是則重復上述流程，否則油泵電機停止，機床工作結束。

3 結束語

繼電器控制系統具有種種弊端，不利于工廠的生產，可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。由于PLC體積小、結構簡單、功能強大、易編譯、可靠性強、抗干擾等優點而被廣泛用于自動控制以及其他許多行業中。本文的PLC選擇了日本三菱電機的FX2N系列，通過工作原理、硬件和軟件方面的設計，三面銑組合機床生產周期短、靈活性強，整個系統簡單、實用、自動化程度高。

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