雙面銑削組合機床的PLC組態控制系統設計*

喬志杰，程翠翠

（1.安徽電子信息職業技術學院 機電系，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠技師學院，安徽 蚌埠 233030）

雙面銑削組合機床的PLC組態控制系統設計*

喬志杰1，程翠翠2

（1.安徽電子信息職業技術學院 機電系，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠技師學院，安徽 蚌埠 233030）

為提高雙面銑削組合機床的效率和自動化程度，設計PLC和組態軟件MCGSE應用在銑削組合機床控制系統中，文中給出了PLC控制系統以及上位機組態的設計。實踐表明：該控制系統提升了系統的電氣控制水平和整體性能，控制系統硬件電路得到簡化，檢修維護更加方便，為相關機床控制系統的設計提供參考。

銑削組合機床；PLC；MCGSE；組態控制

引言

雙面銑削組合機床是在工件兩相對表面上進行銑削的一種專用加工設備，主要用于箱體類鑄件、鋼件及有色金屬件的大平面銑削零件加工，其加工精度和加工效率比普通機床高，但現有控制方式仍多是繼電器-接觸器控制方式，繼電器-接觸器控制方式要用大量而又復雜的硬接線，使得系統的可靠性差，故障檢修困難，降低了生產效率，不能滿足現代機械加工自動化的生產要求。

本文針對繼電器-接觸器生產效率低、可靠性差和生產成本高等問題，設計了以三菱FX3U系列PLC為核心控制器，以昆侖通態觸摸屏為上位機，利用MCGSE組態軟件設計了雙面銑削組合機床組態控制系統，根據控制要求設計出電氣控制電路，用順序控制的設計思路編寫了控制程序，實現了機床的自動循環加工，提高了其自動化程度和工作效率。利用組態軟件替代原有純電氣控制系統，實現了加工過程的實時操作、顯示和監控。

1 總體設計方案

雙面銑削組合機床[1]的控制過程是典型的順序控制，銑削工作時，先將工件定位，定位后，按下啟動按鈕，機床工作的自動循環過程開始。首先兩面動力滑臺同時快進，刀具電動機也同時工作，滑臺至行程終點停下；之后工件工作臺快進、工進；銑削完畢后，左、右動力滑臺快速退回，到達初始位置后刀具電動機停轉；銑削工作臺快速退回初始位置；最后松開夾具并取出工件，一次加工循環結束。

本雙面銑削組合機床組態控制系統設有手動、自動兩種工作模式：自動方式是指周期性地進行PLC控制的方式；而手動方式則是指在出現應急情況時，通過手動操作控制各部件進行調整?？刂葡到y的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

本銑削機床液壓系統的液壓閥電磁鐵線圈動作后，其常開觸點閉合，控制對應的電磁鐵工作，對應關系見表1所示。

表1 電磁閥電氣動作表

2 控制系統設計

2.1 系統主電路設計

在圖2中，極性開關QS為雙面銑削組合機床電源開關，FU1-FU3為各電動機短路斷器，FR1-FR3為各電動機過載保護用熱繼電器。KM1-KM3為各電動機控制接觸器。

2.2 PLC控制系統硬件設計

圖2 系統主電路圖

PLC平均I/O點價格較高，因此在滿足控制要求的前提下盡可能使PLC使用的I/O點最少，FX2N系列PLC的中國產品目前已停產，根據實際PLC機型點數，選用FX2N系列的替代產品FX3U-32MR/ES-A，16輸入/16輸出（繼電器型）?？梢詽M足機床控制系統20個輸入（10個硬件輸入量，其它的用組態的軟元件M1-M6代替，有效的節約輸入點數資源），10個輸出的要求，而且具備擴展余量。PLC的輸入、輸出端口分配表如表2所示。

表2 PLC輸入輸出端口分配表

2.3 PLC控制系統軟件設計

由控制要求寫出銑削組合機床自動循環SFC圖如圖3所示。利用GX Developer為編程軟件對PLC程序進行編寫手動控制程序梯形圖如圖4所示。

3 組態設計方案

3.1 組態控制系統設計

組態控制系統[2，3]的設計包括工程建立、變量定義、組態畫面設計和設備通信設置。選用MCGSE作為組態監控軟件，它集數據顯示、報表顯示和報警顯示于一體，同時可以方便快捷的向工業現場發布控制命令，實現實時控制的功能。

圖3 機床自動循環SFC圖

3.1.1 新建工程

進入MCGSE組態環境，新建工程名為“銑削組合機床PLC組態控制系統”[4，5]。

3.1.2 定義變量

在MCGSE組態軟件中，進入“實時數據庫”窗口頁定義變量，定義變量前先對變量進行分配。建立表2中PLC輸入輸出端口分配表的M0-M7、M10-M16、Y0-Y7、Y10-Y11的數據庫，類型均為開關型。

3.1.3 組態畫面設計

組態畫面設計[6]分為畫面建立、畫面編輯、動畫連接3個步驟。通過上述步驟，建立的“銑削組合機床PLC組態控制系統”畫面如圖5所示。

3.1.4 建立MCGSE組態軟件與三菱PLC的連接

根據設計要求，選用昆侖通態觸摸屏，觸摸屏和PLC之間采用RS232串口通訊方式。本系統的硬件設備是三菱PLC，在設備窗口中點擊設備工具箱進入設備管理，添加“通用串口父設備”和“三菱FX系列編程口”，在“通用串口父設備”中串口端口號為“0-COM1”、數據位位數為“0-7位”、數據校驗方式為“2-偶校驗”。

圖4 手動控制程序梯形圖

3.2 聯機調試

在MCGSE組態軟件中，進入“運行環境”連接上位機組態和PLC，根據銑削組合機床加工過程中的各項功能進行調試。經過調試后，控制系統完全可以滿足各項控制要求。

圖5 銑削組合機床PLC組態控制系統組態畫面

4 結束語

本文所述控制系統利用液壓系統、PLC控制系統以及上位機組態共同控制，組態控制系統的引入有效的節約PLC輸入點數資源，使機床的電氣控制系統得到簡化，同時機床的組態可視化界面也易于操作與發現故障。實踐表明：該控制系統提升了系統的電氣控制水平和整體性能，系統硬件電氣線路大為簡化，故障率顯著降低，電氣線路的故障率檢修維護更加方便，提高了生產效率。文中的銑削組合機床PLC組態控制系統對于相關機床的自動化設計與改造也具有一定的工程借鑒價值。

注釋及參考文獻：

[1]朱朝寬,等.典型機床電氣控制解析與PLC改造實例[M].北京:機械工業出版社,2011.

[2]徐新.人機界面與網絡應用技術[M].北京:機械工業出版社,2012.

[3]覃貴禮,吳尚慶.組態軟件控制技術[M].北京:北京理工大學出版社,2007:59-84.

[4]趙顯紅,張曉紅.觸摸屏和PLC在捻線機自動控制系統中的應用[J].自動化儀表,2008,29(7):66-68.

[5]陳楊,熊捷,秦付軍.力控監控組態軟件在三面鉆組合機床監控系統中的應用[J].成組技術與生產現代化,2009,26(1):49-52．

[6]曹輝.組態軟件技術及應用[M].北京：電子工業出版社,2011.

The Design of PLC and Configuration Control System in Double-sided Milling Combination Machine

QIAO Zhi-Jie1,CHENG Cui-Cui2
(1.Anhui Vocational College of Electronic&Information Technology,Bengbu,Anhui 233000;2.Anhui Bengbu Technician College,Bengbu,Anhui 233000)

Using PLC and configuration software MCGSE,the double-sided milling combination machine control system was designed to improve machining efficiency and degree of automation．PLC control system and host computer configuration software were illustrated in this paper.Actual application of system improves the controlling level and performance of electricity in a comprehensive way．The control system hardware circuit is simplified.Maintenance,examining and repairing are more convenient．It provides reference for the design of related machine control system．

milling combination machine;PLC;MCGSE；configuration control System

TG659

A

1673-1891（2015）02-0039-03

2015-03-15

2014年安徽省省級質量工程項目（項目編號：2014zjjh068)；2012年安徽省省級質量工程專業綜合改革試點項目（項目編號：2012zy110)；2012年安徽省精品資源共享課程（項目編號：2012gxk161)。

喬志杰(1983-)，男，安徽固鎮人，工學碩士，講師，研究方向：電氣自動化方面的教學與技術研究。