基于 PLC 的雙面鉆床控制系統(tǒng)設計
2019-1-31 來源：襄陽汽車職業(yè)技術學院 湖北文理學院 作者：李夢飛 秦 濤
摘 要：針對單面鉆床效率低下，工序復雜的問題，以雙面鉆組合機床為研究對象，采用三菱 FX1S- 20MR PLC 為主控制器，設計了一種 PLC 控制的雙面鉆床控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的工作流程，I/ O 分配和軟件程序設計。軟件調(diào)試結果表明：基于 PLC 的雙面鉆床控制系統(tǒng)設計可靠，能夠有效地提高鉆孔效率。
關鍵詞：雙面鉆床；PLC；；SFC 圖；梯形圖
0 引言
組合機床是一種可實現(xiàn)多工序、多軸、多面的高效加工、自動化程度很高的加工設備。而在部分中小型企業(yè)生產(chǎn)加工過程中，由于資金缺乏、技術欠缺等原因，依舊采用故障頻繁出現(xiàn)、控制系統(tǒng)可靠性差、維修時間長的老式機床。為了能夠有效地提高組合機床鉆孔加工效率，減少電氣部分維修次數(shù)，滿足加工生產(chǎn)需求，實現(xiàn)雙面鉆組合機床的自動控制，本文設計了一種基于 PLC 控制的雙面鉆床控制系統(tǒng)。
1 、系統(tǒng)總體方案
雙面鉆床主要用于在工件相對的兩面鉆孔，機床由動力滑臺提供進給運動，刀具電動機固定在動力滑臺上。機床的控制過程是典型的順序控制，其控制系統(tǒng)模型如圖 1 所示，工作流程為：工件裝入后，按下啟動按鈕 X0，工件夾緊，兩側滑臺同時進入快速進給工步；工件兩面加工完成后，兩側動力滑臺退回原位，工件松開，觸發(fā)限位開關 X10，系統(tǒng)返回初始步，一次加工的工作循環(huán)結束。
傳統(tǒng)的雙面鉆床采用繼電器-接觸器控制方式，需要的繼電器多且接線復雜，可靠性低且容易產(chǎn)生誤動作，故障率高。本文提出 PLC 控制方式實現(xiàn)鉆孔加工的周期性循環(huán)動作，滑臺的位置信息通過觸發(fā)行程開關獲得。為保證每個工序的同步性，采用并行序列程序，在各子序列的末尾增設了一個等待步，如果兩個子序列分別進入了等待步，表示兩側滑臺的快速退回均已結束，應轉換到下一狀態(tài)。
2 、軟件控制系統(tǒng)設計
2.1 I/O 點估算
通過對雙面鉆床總體控制方案分析可知，系統(tǒng)共有 9 個輸入點：啟動按鈕、夾緊開關、左側快進開關、左側工進開關、左側啟動開關、右側快進開關、右側工進開關、右側啟動開關以及松開開關；共有 8 個輸出點：夾緊閥觸發(fā)器、左側快進觸發(fā)器、左側工進觸發(fā)器、左側快退觸發(fā)器、右側快進觸發(fā)器、右側工進觸發(fā)器、右側快退觸發(fā)器以及松開閥觸發(fā)器。根據(jù)控制系統(tǒng)需要具備的功能分析和 I/O 點數(shù)目估算，本文選用三菱 PLC FX1S-20MR 型號，具有 16 個輸入點和 14 個輸出點，且外部接線留有 10％ ~ 20％的余量，便于擴展，能滿足雙面鉆床的控制要求。
2.2 I/O 分配
根據(jù)雙面鉆床控制系統(tǒng)的功能及技術要求，可確定 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配表如表 1 所示，相應的外部接線圖如圖 2 所示。
2.3 S FC 圖和梯形圖設計
基于三菱 GX developer 軟件進行雙面鉆床控制程序設計，其控制系統(tǒng)的 SFC 圖如圖 3（a）所示。具體的實施步驟：工件裝入機床后，按下啟動按鈕 x0，按下夾緊開關 X1，工件夾緊，M2 和 M6 變?yōu)榛顒硬剑瑑蓚韧瑫r進入快速進給工步。待兩面加工均完成后，兩側動力滑臺退回原位，系統(tǒng)進入步 M10；工件松開，觸發(fā)限位開關 X10，系統(tǒng)返回初始步 M0，一次加工的工作循環(huán)結束。
為保證并行序列各子序列同時結束，在各子序列的末尾增設了一個等待步（即步 M5和 M9），如果兩個子序列分別進入了步 M5和 M9，表示兩側滑臺的快速退回均已結束，應轉換到步 M10.步 M5 和 M9 之后的轉換條件為“=1”，表示應無條件轉換，在梯形圖中，該轉換等效為一根短接線，或理解為不需要轉換條件。雙面鉆床控制程序梯形圖如圖 3（b）所示，通過對每步的輔助繼電器 M 置位，完成特定的功能指令。
按下啟動按鈕，系統(tǒng)發(fā)出初始化脈沖，置位 M0 后緊接著置位 M1，隨后完成功能指令 Y0，即實現(xiàn)工件的夾緊。組合機床動力滑臺夾緊運動觸發(fā)限位開關X1，分別置位輔助繼電器 M2、M6，同時復位 M1，實現(xiàn)機床動力滑臺的左側和右側工進。具體功能的實施過程與用狀態(tài)轉移圖編程所實現(xiàn)的功能一致。
3 、結論
針對工廠現(xiàn)階段所使用的老式機床的配備情況以及在使用過程中可能出現(xiàn)的問題，本文設計了一種適用于雙面鉆孔組合機床的 PLC 控制系統(tǒng)。PLC控制程序修改方便，易于擴充且可靠性極高。在實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，保證加工效率的同時節(jié)約了機床設備成本。軟件調(diào)試結果表明：本文設計的控制系統(tǒng)符合設計要求，可以用于雙面鉆床加工控制現(xiàn)場。
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