基于PLC的臺式鉆床自動化控制系統探討

摘要：為了滿足機床加工的需要和提高工藝效率，本文對傳統的臺式鉆床加工方法進行了改進，并設計了一個基于自動控制的臺式鉆床系統。在設計基于PLC的臺式鉆床的自動化控制系統中，以PLC驅動設備作為主控器，以電磁閥控制器、伺服電機、液壓缸為主控制系統設備，最終成功地將整個控制系統與控制系統回路連接起來，并進行測試，試驗數據顯示，自動臺式鉆床控制系統設計良好，而且滿足實際處理要求。

關鍵詞：PLC;臺式鉆床;自動化控制系統

中圖分類號：TH137???文獻標識碼：A??文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0000-00

隨著我國自動化應用逐漸廣泛，實現了制造業技術的轉型升級，由傳統的人工技術逐漸向智能制造發展。在智能制造不斷發展過程中，對于機械加工精度的要求不斷增加。在實際臺式鉆床的加工中，智能制造提高了整體加工精度。因此，自動化系統的升級對機床和鉆床的加工精度十分重要。目前，在傳統的制造業中，傳統的鉆床加工不完善，加工速度較慢，導致在加工大量的產品的過程中工作效率低。其次，工人的加工條件較差，直接影響到零部件加工工作效率。因此，研究自動化系統是當前臺式鉆床發展的主要任務。

1.臺式鉆孔的構成

本文設計的臺式鉆床自動化控制系統主要以傳統的臺式鉆床程序為基礎，機床與主軸之間的任務是通過皮帶連接的，而鉆床主要通過液壓缸向垂直軸進行傳動。自動化控制系統包括：系統控制器使用一個能夠準確控制位置和輸入速度的伺服電機以及主要基于控制過程中的PID算法的閉路控制。本文通過設計臺式鉆床模型，簡單對齊系統中的活塞、液壓缸、皮帶輪、伺服電機進行設計[1]。

2.臺式鉆床自動化控制系統控制要求

在加工過程中，首先應當將所需加工的工件放入臺式鉆床中，固定工件后調整臺式鉆床中的方向輪。當工件處于垂直鉆床下時（即向上、向上、向上和向上），激活M開關，使主軸開始旋轉，然后按液壓泵開關，激活液壓泵，最后是電源開關，這樣鉆床就可以開始處理部件。

2.1.工作臺X、Y的橫向移動：X工作臺的移動通過導滾珠絲的傳動和方向進行移動，這兩種方式都受方向輪的控制。

2.2變頻調速：在控制過程中，使用變壓器進行速度控制，以便能夠控制鉆床的移出。

2.3在工件加工過程中，加工方式是通過啟動控制按鈕，根據既定加工控制程序進行加工，直到按下停止按鈕或繼續進行。

2.4當按下鉆床起始按鈕時，鉆床主軸的加速度、輸入、移出等必須有一個行程開關，每個動作必須相互租用。

2.5在工件加工過程中，需要保證臺式鉆床中的液壓缸保持密封狀態，同時活塞運動進行控制。

3.鉆床液態系統整體設計

3.1鉆床液態系統結構組成

鉆床液態系統結構組成主要有五個構建，這五個構件分別為液壓裝置、介質、性能元件、控制元件和輔助元件[2]。

3.2剛直徑計算

根據實際加工過程中P1=4兆帕的負荷大小，在主軸施工過程中，在回流自動化控制系統中增加了一個電壓閥，壓力值P1=0.9兆帕，活塞棒直徑為D=100。用于防止工件完成后的進一步進展。

4.基于PLC的臺式鉆床自動化控制系統設計

可編程控制器（Programbele?Controller）一種常見的控制器。自1960年代美國采用可編程邏輯控制器（Programbele?Logic?Controller，PLC）取代PLC以來，PLC迅速發展和演變，傳統的繼電器控制已經逐步淘汰。在全世界廣泛使用的PLC程序是以梯度圖的形式設計的，這表明了可編程控制器（Programbele?Controller）不同于PLC中的個人計算機。PLC可編程邏輯控制器計算邏輯的速度較快，在微積分范圍內采用了1?K軟件解決辦法，其將所有輸入均作為開關量處理，模擬量通常為16位，少數是32位，另外一個CPU可幫助大型PLC來實現所有模擬量計算，并將最終結果上傳至PLC控制器中。

4.1.硬件設計

與繼電器控制系統一樣，PLC控制系統由輸入、邏輯和輸出組成，一般而言，PLC分為兩種，一種是箱體式，另一種是模塊式，但其組成是一樣的，每個箱體式PLC都有一個CPU板塊、I/O板塊、顯示板、存儲器、電源等，而且根據CPU性能差異可劃分為不同型號，另外按照I/O點數不同又劃分為不同規格。模塊由CPU、I/O、存儲器模塊、電力模塊、基礎模塊等組成。PLC的任何一種結構都屬于開放的總線結構，其I/O容量可以根據用戶的需要加以擴大與組合。PLC的核心是CPU，其功能類似于PLC系統不可或缺的神經中樞功能，根據PLC程序相關功能接收和儲存用戶的程序數據，收集和儲存轉接參數的數據。在操作過程中，用戶程序控制器只讀一次指令，并在完成操作后，將指令保存在日志中，從而使電力和內部線路正常運轉。這一分析產生了符合指令所規定任務的相應的控制信號，從而使自動化控制系統能夠運行[4]。???4.2輸入輸出（I/O）點數的估算

根據本氣動系統的特點和預定的動作可知，有六個路線轉換信號輸入，出實際點數應等于或大于規定的輸入點數。因此，在實際估算過程中，應當留出10%-20%的估算量。

4.3計算存儲器容量

在存儲器容量估算過程中，需要對存儲單元的大小進行計算，而編程容量則是用戶應用程序項目中使用存儲單元的大小。在設計階段，由于執行工作還沒有準備好，因此在啟動后對于方案應用情況作出估計，所作的選擇通常被儲存容量估計數所取代。

4.4PLC分裂

基于物理結構的基礎上對PLC進行分類，分別為整體式、模塊式、疊裝式。通常，大多數PLC之間通信頻率較低，而且每一點I/O點或一個小型綜合臺式鉆床系統的平均價格低于一個模塊的價格。因此，通過設計帶有下述部件的臺式鉆床控制系統，實現對結構控制器進行編程

4.5輸出輸入模塊的選取

選擇DC24?V的輸入模塊，同時考慮到應用程序的要求，如信號水平、傳輸距離、信號分離和供應方式等。一般來說，繼電器輸出模塊的特點是價格低廉，電壓范圍廣泛，響應時間較長。

4.6電源的選擇

PLC電源的設計以220瓦茨電源為基礎，同時需要考慮到電力與國家電網的兼容性。綜上所述，我們選擇三菱公司生產的系列的型的PLC控制器。

5.控制原理分析

該方案遵循STL指令的設計方法。STL指令是專門為FX2N?PLC系列設計的一種漸進梯度形式的指令，目的是建立一個順序控制程序。STL指令的操作要素是S0-S499（初始步驟的S0-S9）狀態寄存器。如果符合轉換條件，代表下一步的狀態寄存器即予儲存，并代表自動替換其他記錄。按照目前的順序，設計氣缸的不同順序。此外，根據現有的自動化控制程序，對現有的序列功能控制進行功能設計，并按照平臺的移動順序完成每個步驟的任務。

5.1伺服電機PID控制

主軸的速度由M1伺服電機控制，主軸的速度穩定性對電子伺服電機的控制非常重要。

5.2PLC編程

在編制PLC方案時，通常有兩種方案編制結構，即線性模塊結構，線性設計是在主要方案中根據流程要求在項目中加以控制。這一結構很簡單，適用于為業務流程制定更小的控制程序。模塊程序的設計能夠將一個復雜的控制項目分成幾個更簡單、更小的控制任務，視項目的特點而定。可將這些控制任務分配給一個子集，以制定具體任務的控制方案。整個控制過程通過主要控制設計來管理，分批處理也比較容易，適用于最大控制程序的設計。在觸覺屏控制下，通過單環自動循環選擇，按下觸覺屏的軟盤開關并向觸覺屏的輔助繼電器發出指示，并控制輸出線圈的相應的檢測信號。

5.3樣機實驗

在工業配置中，使用全球大氣環流模型的觸覺屏幕TPC1162HI作為這項測試的監測設備，并通過檢測高級機床的運行情況，最終檢查在不同的PID參數上的機床操作的穩定性以及實現這種穩定性所需的時間。

6.結語

自動化在我國應用逐漸廣泛。將自動化與制造控制相結合，實現了智能制造的不斷發展。在智能制造不斷發展過程中，對于機械加工精度的要求不斷增加。在實際臺式鉆床的加工中，智能制造提高了整體加工精度。目前，傳統的鉆床加工在機械加工過程中仍存在問題，例如加工速度較慢等，導致在加工大量的產品的過程中工作效率低。因此，提高臺式鉆床的綜合加工效率是當前機械制造業發展的重點。本文以傳統臺式鉆床為基礎，通過設計和改進鉆機控制系統，介紹了臺式鉆床自動化控制技術的應用情況。本系統的物理組成部分主要是PLC，本系統的軟件以模塊設計為基礎，其中包括處理模塊等要素。提高臺式鉆床自動化控制效率。本文首先對臺式鉆床進行整體描述，其次探討如何對臺式鉆床進行自動化控制，利用PLC可控制編程器對臺式鉆床自動化控控制系統進行設計，探討基于PCL自動化臺式鉆床如何進行控制，有助于提高臺式鉆床的自動化運行效率。

參考文獻：

[1]李省委，陳文，胡志超.基于Z4116臺式鉆床的PLC自動化改造及進給設計[J].數字技術與應用，2019，37（01）：11-12.

[2]李省委.臺式鉆床的自動化改造[J].機電產品開發與創新，2018，31（04）：87-88+91.

[3]司昌練，羅梅.基于PLC的臺式鉆床的自動化控制系統研究[J].液壓氣動與密封，2018，38（03）：8-12.

[4]張娜，劉文平，李玉蘭.臺式鉆床增加攻絲功能的結構改進研究[J].新技術新工藝，2015（09）：63-64.

作者簡介：楊柳（1970-），男，江西省吉安市人，井岡山大學，助教，研究方向：機械電子一體化、機械制造設計及自動化。