繆澤宇，孔凡玉，李愛琴

(1.中國計量學院 質(zhì)量與安全工程學院 浙江省家具檢測技術研究重點實驗室，杭州　310018；2.鹽城工學院 電氣工程學院，江蘇 鹽城　224000)

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基于PLC的多工位刷光線加工機床控制系統(tǒng)設計*

繆澤宇1，孔凡玉1，李愛琴2

(1.中國計量學院 質(zhì)量與安全工程學院 浙江省家具檢測技術研究重點實驗室，杭州310018；2.鹽城工學院 電氣工程學院，江蘇 鹽城224000)

文章以多工位刷光線加工機床控制系統(tǒng)為研究對象，利用三菱FX2N系列PLC對其進行技術改造,通過visio程序設計了系統(tǒng)的主電路及操作面板圖，并根據(jù)系統(tǒng)運行要求，作出了PLC的外部接線圖。通過組態(tài)王軟件實現(xiàn)了多工位刷光線加工機床上位機各工作方式的模擬界面。下位機PLC軟件設計分別從全線自動，全線手動兩種工作方式對多工位刷光線加工機床進行了敘述，完成了各工作方式下系統(tǒng)梯形圖，并且實現(xiàn)了與上位機的的通信。結果表明將PLC控制技術應用于多工位組合機床的控制系統(tǒng)中，大大提高了起自動化程度和工作效率，提高了系統(tǒng)可靠性。

多工位機床；可編程控制器；控制系統(tǒng)

MIAO Ze-yu1，KONG Fan-yu1，LI Ai-qin2

(1.College of Quality & Safety Engineering, Zhejiang Key Laboratory of Furniture Testing Technology,China Jiliang University, Hangzhou 310018,China；2.School of Electrical Engineering,Yancheng Institute of Technology College, Yancheng Jiangsu 224000,China)

0　引言

普通車床是應用非常廣泛的金屬切削工具，目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍然大量使用。由于繼電器系統(tǒng)接線復雜，故障診斷與排除困難，并存在諸多缺點，因而造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)效率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購買新的數(shù)控車床。因此，當務之急就是對這些普通車床進行技術改造，以提高企業(yè)的設備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。設備的技術性能和技術狀況的好壞，直接影響到企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益。設備的技術改造和更新速度又直接影響企業(yè)技術進步、產(chǎn)品開發(fā)和市場開拓后勁。本文中的多工位刷光線加工機床是專門設計用來加工曲軸箱的一種刷光機床。

1　工藝要求及動作流程

曲軸箱是薄鋼板沖壓而成，由于沖壓工藝對工件表面不能做到很光滑，會有許多毛刺，同時 不能加工絲紋，所以就需要刷光機床對曲軸箱進一步加工。機床結構如圖1所示。

圖1　多工位刷光線加工機床的示意圖

多工位刷光線加工機床的加工針對曲軸箱的刷光孔加工(12工位)，其工作流程圖示意圖如圖2所示。

圖2　機床自動循環(huán)工作流程圖

具體加工過程為：基于PLC的多工位刷光線加工機床全部運動部件原位停(電子信號)→人工裝料→按循環(huán)啟動按鈕→送料氣缸送料(氣缸行程到位)→機床夾具的夾緊氣缸夾緊工件(壓力信號)→多工位刷光線動力頭啟動→各動力頭的進給汽動滑臺由原位快進、快進轉工進、工進至加工終點→各動力頭的進給氣動滑臺快退至原位?！鷻C床夾具的氣動油缸松開工件→送料氣缸送料→人工卸料→重復上述相關循環(huán)。若切換成手動模式，自動循環(huán)中每一步皆可單獨控制。由于本設計中利用了大量行程開關SQ，所以可以有效地保障每一步驟的互鎖功能，與以往控制系統(tǒng)每一步采用延時的方法相比，大大提高了效率與可靠性。

2　設計主電路控制電路

主電路主要有17個電機以及PLC模塊接口，其中包括冷卻裝置電機M1，控制加工冷卻液的啟閉；排屑裝置電機M2；集中潤滑裝置電機M3；電氣柜散熱裝置電機M4；沖壓泵電機M5；M5～M17分別為12個加工工位動力頭的驅(qū)動電機。每個電機支路上安裝有熱繼電器，對電機祈禱過載保護作用；在主電路中設有熔斷器FU1起短路保護作用；在主電路中裝有變壓器，通過降壓為中間繼電器線圈提供安全的24V直流電壓，用來驅(qū)動液壓電磁閥，實現(xiàn)油泵的控制功能；同時給PLC提供110V電壓進行工作。系統(tǒng)主電路如圖3、圖4所示。

圖3　系統(tǒng)主電路圖一

圖4　系統(tǒng)主電路圖二

在控制面板中，如圖5所示，有總電源、急停、冷卻、排屑、集中潤滑、電氣柜散熱、循環(huán)/手動、送料、夾具夾緊、夾具松開、循環(huán)啟動、工位快進、工位工進、工位快退等按鈕，機床溫度、電氣柜溫度兩個溫度顯示器，電源指示燈、滑塊原位指示燈、排屑指示燈、物料屑滿、夾具夾緊指示燈、夾具到位指示燈、工件行程到位指示燈、工位快進燈、工位快退燈、冷卻指示燈、電氣柜散熱指示燈等，還有故障報警燈、電氣柜溫度報警燈、機床溫度報警燈、潤滑液位低報警燈四個報警燈。

圖5　控制面板圖

當需要給系統(tǒng)施加命令時，在控制面板上操作即可控制機床的運行?？刂泼姘蹇梢愿鶕?jù)需要安裝在車間或者監(jiān)控室，以便更好的監(jiān)控系統(tǒng)運行。

3　多工位刷光線加工機床程序設計

通過對多工位刷光線加工機床工藝要求及控制流程的分析，編制了PLC控制程序。由于本設計中機床的加工工位數(shù)量較多，若用傳統(tǒng)控制方法對每個工位進行單獨的控制，不僅會使控制界面變得復雜，也不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以本設計中利用在每個工位分別對應的原位、快進轉工進位、最終的到位位置都裝上了行程開關SQ，將12個工位控制集合到一起，這樣既可以簡化控制程序，又可以便于上位機直觀的觀察各個工位的工作情況，同時也方便針對不同尺寸的曲軸箱對機床不同工位位置的調(diào)整。

以滑臺快進為例，梯形圖如圖6所示，手動模式下，按下滑臺快進按鈕時，X005=1，滑臺1至滑臺12同時快進，當某一個滑臺先到達快進轉工進行程開關所在位置時，其行程開關對應的常閉節(jié)點斷開，快進繼電器失電，滑臺停止，等待其他滑臺到位，當所有滑臺全部到位時快進到位指示燈亮起，方可進行下一步驟。

圖6　手動滑臺快進梯形圖

4　可編程控制器選型及端口設計

本設計中由于所需輸入輸出接口數(shù)量較多，所以選用FX2N-128MR-001。設計中需要檢測機床溫度與電氣柜溫度，所以還需FX2N-4AD-PT溫度A/D輸入模塊。

PLC主要的工作是當滑臺處于原位時，S100-S180處于初始狀態(tài)時，置位S100。當置位S100后，送料氣缸進氣繼電器得電，當工件行程到位時，送料氣缸出氣繼電器得電，延時5s后，置位S110。當S110置位后，夾具夾緊繼電器得電，當夾具夾緊到位后，夾緊繼電器失電，夾具夾緊指示燈亮，并置位S120。當S120置位后，滑臺1～滑臺12快進繼電器得電，滑臺快進燈亮，當某一個滑臺先到達快進轉工進行程開關時，其快進繼電器失電，滑臺停止，等待其他滑臺到位，當所有滑臺全部到位時快進指示燈熄滅，置位S130。當S130置位后，滑臺1～滑臺12同時工進，滑臺工進指示燈亮，當某一個滑臺先到達快滑臺終點行程開關時，其工進繼電器失電，滑臺停止，等待其他滑臺到位，當所有滑臺全部到位時工進指示燈熄滅，并置位S140。當S140置位后，滑臺1～滑臺12同時快退，滑臺快退指示燈亮，當某一個滑臺先到達滑臺原位行程開關時，其快退繼電器失電，滑臺停止，等待其他滑臺到位，當所有滑臺全部到位時快退指示燈熄滅，并置位S150。當置位S150后，夾具松開繼電器得電，當夾具退到原位時，夾具松開繼電器失電，并置位S160。S160置位后，置位 S2，循環(huán)繼續(xù)。如上是自動循環(huán)的工作流程，若切換手動模式，每一步皆可單獨控制，由于篇幅所限，在此不再闡述。PLC輸入輸出接線圖如圖7所示。

圖7　PLC輸入輸出接線圖

5　PC與PLC的通信

(a)下位機運行畫面

(b)上位機運行畫面

PC與生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC之間處于實時的交互通信狀態(tài)。本文用利用組態(tài)王6.53軟件制作上位機操作界面，既可以遠程控制下位機PLC，進而控制機床工作，又可以直觀的顯示機床的工作狀況。操作界面具有總電源啟動、急停、循環(huán)工作、冷卻、6結論

排屑、集中潤滑、電氣柜散熱、送料、夾具夾緊、夾具松開、快進、工進、快退等功能，同時還有各個工作狀態(tài)下的指示燈和報警燈。如圖8所示，為工作狀態(tài)下滑臺快進組態(tài)界面，以及下位機運行畫面(為了便于程序的調(diào)試，將滑臺2～滑臺12有關的輸入輸出接口全部取消，僅用滑臺1來代替12個滑臺，這樣可以有效減少端口所需數(shù)量，可以利用FX2N-48MR型號PLC進行調(diào)試)。

將PLC和PC用于多工位刷光線加工機床的控制，大大提高了設備的自動化水平和生產(chǎn)效率，減輕了現(xiàn)場操作人員的勞動強度，同時，還簡化了機床的電氣控制系統(tǒng)。投入生產(chǎn)后，經(jīng)過一段時間的運行表明，減少了大量繼電器的硬件連接，使得故障率低，可靠性高，受到用戶的好評。

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(編輯李秀敏)

The Design of Control System of Multi-station Brushing Machine Tool Based on PLC

In this paper, the research of multi-station brushing machine tool control system technological transformation based on Mitsubishi FX2N Series PLC. The operation panel pictures are designed by Vi-sio program，according to the system requirements. This paper makes the external wiring diagram of P-LC and uses the KingView program to realize the simulation of automatic and manual working modes of each working mode of multi-station brushing machine tool on PC. Software designs two ways of w-orking for multi-station brushing machine tool control system: the automatic and the manual. It accom-plishes the ladder chart under different working ways and realizes the communication between PLC andPC. Results show that the application of PLC control technology in the control system for multi-station brushing machine tool, greatly improving the degree of automation and productivity. It improves system reliability.

multi-station machine; PLC; control system

1001-2265(2016)09-0040-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.011

2016-03-28;

2016-04-28

國家自然科學基金項目(51104134)

繆澤宇(1992—)，男，江蘇無錫人，中國計量學院碩士研究生，研究方向為控制工程，(E-mail)807246860@qq.com。

TH166;TG65

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