用PLC改進一款內溝磨床的實例探討

潘文輝

摘要：傳統的生產機械采用繼電器、交流接觸器等控制，這種控制系統具有很多固有缺陷。在自動化的控制過程中，順序控制（過程步進型控制）是指一步一步按順序驅動各負載動作，這種控制過程用傳統的繼電接觸控制需要較多中間繼電器配合行程開關才能實現，較難判斷故障部位的具體損壞元件。文章對用PLC改進一款內溝磨床的實例進行了探討。

關鍵詞：3MZ1310磨床；MELSEC Fx-20MR；PLC；狀態控制；行程開關 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH133 文章編號：1009-2374（2017）07-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.019

1 概述

磨床是精加工機床，是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。磨床的特點是多刃加工、高速旋轉；萬能性強，適用于各種表面加工；加工余量小，生產效率高；加工精度高，表面質量好。因此磨床在生產企業中用得很多，特別是3MZ1310內溝磨床。但是傳統的3MZ1310內溝磨床自動化程度不高，故障率高、結構復雜、自動控制方面還有很大差距，不能滿足現代化生產的需要，并且電器方面我們采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯等組合成控制邏輯的控制系統控制邏輯。這些連線大多是很復雜的，并且體積比較大、功耗較大，系統構成后，想要改變、增加功能都較為困難。其次，繼電器的觸點數量一般很有限，靈活性和可擴展性會受到很大限制，這種電器控制系統顯得不合時宜了，因此對傳統的3MZ1310內溝磨床進行改造就顯得尤為重要。這里我們采用的是日本三菱公司開發的MELSEC Fx-20MR的可編程控制器（PLC）對傳統的3MZ1310內溝磨床進行改造。可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。其控制邏輯是在存儲器中存放程序的方式，我們要改變它的控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統功能。系統連線少、體積小、功耗小，PLC還有一個好處就是能很好利用“軟繼電器”，實質上它是一種存儲器單元的狀態，所以它觸點數量是無限的，也就是說PLC系統的靈活性是很好的，同時它的可擴展性也好。另外，因為日本三菱公司的產品在我國應用的歷史比較長，掌握的人也比較多，在業內信譽高、產品的穩定性比較可靠；三菱公司可編程序控制器編程語言通俗易懂，可采用梯形圖方式編寫程序，簡單方便，容易閱讀，沒有編程經驗的人在短時間內可以掌握，和其他公司的可編程序控制器比較，可以減少閱讀梯形圖的時間，提高維修人員的維修效率。另外，還可以利用電話線和調制節調器進行遠程調試和維修，能對用戶的程序進行修改、診斷故障，可以縮短維修、診斷、調試時間和節省旅差費用。用步進梯形指令可以容易實現其順序控制的過程，做到簡化線路，提高機械的電氣控制性能，提高可靠性，節省成本，提高勞動生產效率。

根據3MZ1310內溝磨床的動作順序和工藝要求畫出狀態轉換圖，如圖1所示：

上圖中，用來存儲磨床工作過程中各種狀態的是“S”，它是一種狀態器，是3MZ1310內溝磨床里面的一種PLC軟元件，以此用來有序控制系統。

2 根據狀態轉移圖確定電氣控制系統的I/O點分配表

根據狀態轉移圖可以確定電氣控制系統的I/O點分配表，如表1：

3 由I/O點分配表分配輸入、輸出接點并完成接線

由I/O點分配表分配輸入、輸出接點，并完成外部接線，如圖2所示：

4 工作過程

根據流程圖和PLC接線圖可知，當磨床需要工作時，按下啟動按鈕（X12），PLC進入初始狀態S0，正常磨架處以原位，即原位檢測開關X1閉合，此時PLC程序進入S20狀態，開始上料。當磨料上好后，壓合料壓行程開關X2，PLC程序進入S21狀態，磨架開始快進。到位后壓合快進到位行程開關X3，PLC程序進入S22狀態，進行粗磨。粗磨完成后，磨架壓合粗磨到位。

行程開關X4，PLC程序進入S23狀態，進行精磨。精磨一定時間（根據調試確定T1的k值）后，PLC程序進入S24狀態，磨架開始快退。快退到位后，磨架壓合快退到位行程開關X5，PLC程序進入S25狀態，磨架開始回轉。回轉到位后，磨架壓合回轉到位行程開關X6，PLC程序進入S26狀態，工件被機械手拔出。拔出后已拔出行程開關X7閉合，PLC程序進入S27狀態，磨架開始回轉到底。到底后回轉到底行程開關X10被壓合，PLC程序進入S30狀態，機械手開始插入。插入到位后，壓合插入到位行程開關X11，PLC程序回到初始狀態S0，進入加工循環。

根據上面的狀態轉換方框圖及工作原理，可以直接用步進梯形圖或步進指令表，直接將程序輸入控制器PLC，并完成調試，相應的梯形圖在文末。

3MZ1310內溝磨床的手動操作部分、通用部分可以用常規繼電器順序方法設計，這里不作闡述。

5 PLC實現內溝磨床的順序控制意義

第一，PLC還可以有如下功能：作定時器，晶體振蕩器產生時鐘脈沖，它精度高，定時范圍也很寬，用戶可以根據系統的需要在程序中設定定時值，不僅修改方便，環境也不能對它產生影響，且PLC具有計數功能，這些是不具備計數功能的電器控制系統所不能比擬的。

第二，編程器編程簡單：可以根據狀態轉換方框圖，就可以很容易地實現程序上的設計。

第三，易于故障診斷：由無觸點的半導體電路來完成PLC大量的開關動作，它可靠性很高，因此它的壽命長。PLC還可以利用故障自診斷功能，能查出自身的故障，提高了系統可靠性。當PLC出現自身故障或外圍設備故障，都可以在PLC上具有的診斷指示功能的發光二極管的亮、滅來顯示。當出現輸入故障時，可察看輸入設備是否響應LED狀態指示器。如果輸入觸點接通，模塊指示器不亮則現場元件（如按鈕、行程開關等）有故障。如果現場元件已動作，指示器也不亮，就應該檢查輸入端子的端電壓是否達到正確的電壓值，如果電壓值正確，則可替換輸入模塊。PLC與外部設備進行信息交流的通道是輸出，工作狀態的正常與否，與聯接配線、接線端子、保險絲等元件狀態有關外，更與輸入輸出單元有關。當出現故障時，可察看LED狀態指示器與輸出設備是否響應。若輸出觸點已經通電，模塊指示器也亮起來了，但輸出設備就是不響應，則要檢查現場接線和執行器件。若根據編程設備監視器顯示一個輸出器被命令接通，但指示器關閉，則應替換模塊。

6 結語

從以上實例可以看出，步進梯形指令是一種很簡單的指令，要掌握也很方便。本文中該3MZ1310內溝磨床在改進之前，繼電器多、控制線路復雜，故障率也高，在采用本程序控制之后，控制線路簡單化，省去了全部繼電器，安裝也十分方便。改進后的系統安全可靠，能夠保證系統的可靠運行，減少了維修量，提高了工效，社會經濟效益得到明顯提高。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）