多工位钻镗组合机床自动控制系统设计.pdf

55多工位钻镗组合机床自动控制系统设计李兰忖(邯郸职业技术学院机电系,河北邯郸056014)摘要:介绍了以PLC控制技术为中心,以触摸屏作为人机界面的多工位钻镗组合机床自动控制系统。根据该机床的工作原理和控制要求,给出了控制系统的硬件配置及软件设计思想。关键词:触摸屏PLC钻镗组合机床AutomaticControllingSystemofMulti-stationDrillingandBoringModularMachineLILancun(HandanCollegeofProfessionandTechnology,Handan056014,CHN)Abstract:Thisarticleintroducestheautomaticcontrolsystemofmulti-stationdrillingandboringmodularma2chine,usingPLCcontroltechnologyascoreandTouchPanelashuman-computerinterface,givesthehardwareconfigurationandtheideaofsoftwaredesignofthecontrolsystemaccordingtotheworkingprin2cipleandcontrolrequirementofthemachineKeywords:TouchPanel；PLC；DrillingandBoringModularMachine组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。但传统的组合机床采用继电器接触器控制系统接线复杂,故障率高,调试和维护困难。社会的发展、企业的竞争使人们对控制系统的可靠性和实时监控提出了更高的要求。因此,将PLC控制技术应用于机床,大大提高了自动化程度和工作效率,同时减少了大量继电器的硬件接线,工作的可靠程度也显著增加；采用触摸屏作为人机界面,大大减少了输入、输出点数,还可实时监控机床各设备的工作状态,方便了操作与维修,具有无可比拟的优点。本文以八工位钻镗组合机床为例,做些说明。1工作原理与控制要求1.1工作原理八工位钻镗组合机床主要用于钻孔和镗孔。它有6个加工位(2个工位用于立式钻,4个工位用于不同精度等级要求的镗)、1个预留工位(为增加加工工艺时备用),1个工位用于人工取放工件。工件传送,通过回转台旋转来完成。系统全自动工作过程如图1所示。其中,回转台和两钻床滑台由液压系统驱动,各动力头及四镗床滑台由电动机驱动,每个滑台都由两台电动机(快速进退电动机、工进电动机)驱动。液压系统中各电磁阀的通断电状态及其相应的动作,如表1所示。表中,标明“+”者表示电磁阀线圈通电,未标明者表示电磁阀线圈处于断电状态。1.2控制要求1.2.1控制方式控制方式采用手动、半自动和自动3种方式。手动方式:供维修用。由按钮对每一工位加工进行单独控制。半自动方式:供维修用。每按一次起动按钮,回转台转一个工位,钻镗同时加工,加工完毕自动停止。1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.56自动方式:正常工作用。当按下起动按钮时,钻镗组合机床周而复始地执行各步动作,直到按下停车按钮为止。表1电磁阀通断电状态及其相应动作表相应动作卸荷回转工作台钻位钻位KA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KA8KA9KA10KA11回转工作台抬起+旋转+落下+返回+钻位滑套头快进+工进+快退+1.2.2工艺要求(1)系统工作之前首先启动液压泵,液压泵正常工作并满足液位要求时系统启动；(2)为减少摩擦和磨损,系统定时启动润滑泵对机器进行润滑；(3)各设备启停必须符合生产工艺要求,必须具备完善的闭锁关系；(4)为防止因行程控制的限位开关失效而损坏设备,设置超行程保护开关。2系统的硬件设计系统硬件组成如图2所示。2.1PLCPLC是整个控制系统的核心,采用西门子公司的S7200系列的主控模块CPU224。CPU224有14个输入点,10个输出点,可连接7个扩展模块,最大扩展到168路输入/输出点或35路模拟输入/输出点。2.2I/O模块及接口根据系统设备数量及其工艺要求,所需输入点数为41点,输出点数为33点,我们选择2块EM223DI161994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.57/2DO1624VDC/继电器(16点输入/16点输出)扩展模块。输入端连接液位及液压信号、控制回转台、钻及镗滑台动作的各位置信号和各设备动作的返回信号(接触器的辅助常开触点)；输出端连接控制各台电动机动作的接触器线圈和控制液压系统工作的各电磁阀线圈。2.3触摸屏系统采用西门子公司TP27式触摸屏,PLC和触摸屏之间用RS485接口进行通讯连接。触摸屏软件的开发使用专用组态工具Protool。3系统软件设计3.1PLC程序设计为方便地增加或删减程序模块,同时也便于针对不同程序模块进行完善,程序设计采用模块化结构。整个程序包括初始化、手动、自动及半自动、润滑和事故报警等程序。其中,手动程序和自动程序的转换通过跳转指令来实现(当M0.0=1时,不执行跳转指令,执行手动程序；当M0.0=0时,执行跳转指令,执行自动程序)。3.1.1初始化模块对所有使用的中间继电器M、定时器T和数据寄存器D进行初始化处理,对一些需要初值的参量赋值。3.1.2手动模块控制每一步动作按钮的常开触点与工艺上执行该动作的条件相串联,驱动与执行该动作的接触器线圈(或电磁阀线圈)相连的PLC输出端继电器线圈,如图3所示。图中,I6.0、I6.1、I6.2、I6.3、I6.4、I615及I616分别为触摸屏上控制回转台、钻位、钻位、镗位、镗位、镗位及镗位的按钮所对应的PLC元件；I7.0、I7.1、I7.2、I7.3分别为触摸屏上控制回转台、钻镗各位前进、后退及主轴启动按钮所对应的PLC元件。3.1.3自动及半自动模块鉴于钻、镗各工位机床均为顺序控制,梯形图中用顺序控制指令来实现,如图4所示。处于半自动时(M0.1=1),用M0.1的常闭触点控制下个周期工作循环的初始位的状态。由图可知,当M0.1=1时,下个周期工作循环的初始位S0.0不置位(S0.0=0),不进行下个周期工作循环(系统工作在半自动方式下)；当M0.1=0,M0.2=1(系统工作在自动方式下),且I8.1=0时(系统工作在自动方式下未发出停车命令),下个周期工作循环的初始位S0.0置位(S0.0=1),进行下个周期工作循环。当系统工作在自动方式下,一旦检测到有停车命令时(I8.1=1),下个周期工作循环的初始位S0.0不置位(S0.0=0),也不进行下个周期工作循环。图中,M0.0、M0.1及M0.2分别为手动、半自动、自动控制方式的标志位,与触摸屏上控制方式按钮相对应；I8.0、I8.1分别为触摸屏上自动控制方式下系统工作启动按钮、停车按钮所对应的PLC元件；M1.0为各机床及回转台均处于原位的信号标志；M3.0为液压泵启动液位正常、润滑电动机间歇启停次数满足要求时发出的信号；S1.3、S2.3、S6.3分别为钻位、钻位、镗位及镗位机床工作返回到原位的标志信号。3.1.4润滑模块通过定时器和计数器来控制润滑电动机间歇启停。系统工作时,液压泵启动,接着启动润滑电动机,由定时器控制其运行时间(时间长短根据实践经验定)。电动机启停次数由计数器来计数(启停次数根据实践经验定)。3.1.5事故报警模块PLC的输入端联接各设备接触器的辅助常开触点,通过检测PLC输入端的状态来判断设备是否出现故障。比如,钻位主轴电动机工作时(Q0.3=1),PLC输入端I4.1=1。程序中,通过Q0.3的常开触点与I4.1的常闭触点串联,驱动V1.0,V1.0=1使触摸屏上的灯闪烁,显示故障设备。3.2触摸屏软件设计使用Protool软件做好人机界面。鉴于系统实际工作的特点,配置主、副画面,主画面用于自动/半自动控制方式,副画面用于手动控制方式。在主画面上配置各种部件:画面选择开关、各种按钮(自动控制方式按钮、半自动控制方式按钮、启动按钮、停车按钮、紧急停车按钮)、指示灯(控制方式显示、液位显示、故障显示)等。副画面上配置各种部件:画面选择开关、钻镗各位控制按钮及钻镗各位每一步动作按钮(滑台向前、向后、主轴起动)、回转台起动按钮、冷却及润滑起动按钮、冷却停车按钮等。现以一个起动按钮为例,说明部件的配置过程。(1)点击作图软件中的部件选择工具条,在部件库中点击开关图标,从多种开关类型中点击所要选择的开关(选择手指按上时ON,手指离开时OFF),开关属性设置窗口随即打开。在打开的开关属性设置窗口中,输人与此开关相连的PLC功能存储器的名称I810；(2)点击窗口中的放置按钮,再点击一下欲放置1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.58开关的位置,开关就被放置在当前位置；(3)双击已放置好的开关,可以编辑开关上所显示的字符,例如把字符编辑为“启动”,把“启动”拖放到开关上的合适位置后关闭编辑窗口,完成“启动”按钮的配置。这个启动按钮的功能为:手指按上时,PLC中的I8.0被设置为ON；手指离开时,I8.