基于三菱PLC的化油器单钻孔机床的控制系统设计.pdf

2 0 1 0 年6 f l 沈阳航空工业学院学报 第2 7 卷第3 期J o u r n a lo fS h e n y a n gI n s t i t u t eo fA e r o n a u t i c a lE n g i n e e r i n g J u n 2 0 1 0 V 0 1 2 7N o 3 文章编号：1 0 0 7 1 3 8 5 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 5 3 0 4 基于三菱P L C 的化油器单钻孔机床的控制系统设计 赵建朋1 张滢1 杨建军2 ( 1 沈阳航空航天大学，辽宁沈阳1 1 0 1 3 6 ；2 沈阳日新气化器有限公司，辽宁沈阳1 1 0 1 3 6 ) 摘要：本文讨论了如何利用三菱F X 。系列P L C 进行化油器单钻孔机床的自动化控制，根据机 床加工的控制要求及控制分析，选择合适的P L C 机型，设计控制系统的硬件和软件部分；经过机 床的组装、调试，控制系统能够满足机床的加工要求，提高了机床的自动化程度。 关键词：P L C ；单钻孔机床；控制系统 中图分类号：T G 5 4文献标识码：A 我国大部分的化油器生产线的机床控制系统 还是采用传统的继电器控制，继电器控制系统逻 辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或 并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积 大、功耗大，想再改变或增加功能较为困难。另 外，继电器的触点数量有限，所以继电器控制的灵 活性和可扩展性受到很大的限制。 P L C 在性能上比继电器控制系统更优异， P L C 控制系统具有可靠性高、施工周期短、调试修 改方便、体积小、功耗低、使用维护方便的优 点；因此，P L C 控制系统在工业控制领域正在得 到越来越广泛的应用。我国化油器的生产线自动 化控制系统越来越多地应用P L C 的控制，但大多 还只是简单地应用P L C 控制机床的加工动力头， 没有充分地利用P L C 的控制功能；因此，本文利 用P L C 改进机床加工的控制系统，提高控制系统 的自动化程度。 1 机床控制系统的控制设计 1 1 控制系统的控制要求 单钻孔机床的动力头的进给和后退是由电磁 阀Y V l 驱动汽缸完成的，工件的夹紧和弹出则是 分别由电磁阀Y V 2 、Y V 3 驱动汽缸来控制的。工 件放在定位板上后，按下自动启动开关，夹紧电磁 阀Y V 2 得电控制汽缸将工件夹紧，此时，动力头 电机旋转，经旋转确认后，电磁阀Y V l 得电控制 动力头快速进给，当钻刀接触到工件时，经过设置 收稿日期：2 0 1 0 0 4 1 4 作者简介：赵建明 1 9 8 4 一) ，男，山东泰安人，硕士研究生，主要研 究方向：机械设计及理论E m a i l ：z h a o j i a n p e n 9 2 0 0 9 1 6 3 e O I l l 。 动力头的阻尼器，动力头改为工进进给，当加工的 深度达到要求后，动力头不再进给，快速后退到动 力头的加工原位置并停止旋转，夹紧电磁阀Y v 2 失电，夹紧汽缸松开工件，弹出电磁阀Y V 3 得电 控制汽缸将工件弹出定位板，一个工件的加工完 成。机床的自动控制流程如图1 所示。 图1 单钻孔机床自动加工流程图 此外，还要求可以用手动按钮来控制动力头 主轴的旋转、动力头的前进和后退、汽缸的夹紧、 松开、弹出等。并设有全原位置、自动启动、加工 完了行程开关异常，热保护动作、循环超时6 个指 示灯监视系统的运行状态。 1 2 控制分析 本次设计的P L C 控制系统需要1 个启动按 钮、1 个关闭按钮、1 个手动自动选择开关、5 个 行程开关和7 个手动按钮作为输人控制。1 个交 万方数据 沈阳航空工业学院学报第兹卷 流接触器、3 个电磁阀、6 个指示灯作为输出控制。 2 硬件的设计 2 1 机型的选择 P L C 的选型一般基于P L C 功能是否满足要 求、I O 点数的选择、系统对P L C 响应时间的要 求等几方面的考虑旧J 。本设计采用了三菱F X ，N - 4 0 M R 一0 0 1 系列P L C ，三菱F X 。N 系列P L C 采用 了基本单元加扩展的结构形式，基本单元内有 C P U 、存储器、I 0 模块、通信接口和扩展接口等。 三菱F X ，。系列P L C 用户存储器E E P R O M 的 容量为8 0 0 0 步，除兼容F X ，。系列的全部功能外， 还内置实时时钟，有P I D 指令用于实现模拟量闭 环控制，有两个内置用于设置参数的小电位器。 F X 。N 一4 0 M R 一0 0 1 有2 4 个输入点数，1 6 个输出 点数p J ，可以满足系统设计的要求。 2 ，2P L C 控制系统的L O 分配表 根据加工要求，控制系统有手动控制、自动控 制两种工作方式，另有系统状态指示灯；该设计有 1 6 个输入端口，l O 个输出端口；P L C 的I O 分配 表如表1 所示。 表1P L C 的I O 分配表 2 3P L C 控制系统的I O 接线图 P L C 控制系统的I O 接线图如图2 所示，线 路中用额定电流2 A 的熔断器F U 2 保护P L C 电 源，额定电流3 A 的熔断器F U l 保护P L C 输出的 总电路；启动准备按钮与全停止按钮、继电器串 联，并在启动准备按钮两端并联继电器的一对常 开触点，当按下启动准备按钮，继电器得电自锁， P L C 电源也得电，整个电路处于得电状态，只有按 下全停止按钮，自锁解除，电路失电。当Y o 有输 出时交流接触器K M l 得电，从而控制动力头电机 旋转。 图2P L C 控制系统的I O 接线图 3 系统软件设计 本系统的控制程序按控制的功能分为手动控 制程序、自动控制程序、以及指示灯显示程序。 3 1 手动控制和指示灯显示程序的设计 这两种程序都可采用经验设计法设计。手动 工作时用的X 1 5 一X 1 7 、X 2 0 一X 2 3 对应的7 个手 动操作按钮分别是动力头主轴电机旋转、主轴旋 转停止、单元前进、单元后退、夹紧汽缸的夹紧、松 开、弹出汽缸的弹出。为了保证系统的安全运行， 在手动程序中设置了一些必要的输出限制，例如， 电机的旋转和前进必须要保证在夹紧汽缸夹紧工 件的前提下才能运行，弹出汽缸必须在夹紧汽缸 松开的情况下才能输出弹出信号。 指示灯显示程序是为了监视系统的运行状 况，以及在系统出现故障时能在指示灯上得到显 示，便于技术人员更快地发现、排除故障。这类程 序也是根据经验法设计，设计比较简单，不再详 述。 3 2 自动控制程序 自动控制程序采用起保停的编程方式，其工 作方式分析如下： 把选择开关X 1 2 选到自动控制方式，X 1 2 常 开触点接通，按下自动启动开关X 2 4 ，自动启动指 令M 8 和夹紧指令M 9 的线圈为O N ，系统进入夹 万方数据 第3 期 赵建朋等：基于三菱P L C 的化油器单钻孔机床的控制系统设计 5 5 紧步，Y 4 为O N ，在夹紧电磁阀Y V 2 的控制夹紧 汽缸夹紧工件。同时夹紧确认延时T 5 通电定时， 0 5 秒后T 5 为O N ，M 1 0 和M 1 6 线圈得电为O N 。 Y 0 输出信号，电机旋转，x 1 为O N ，单元前进指令 M 1 7 为O N ，Y 2 有信号输出，单元电机前进；单元 前进到前进端时，经前进端延时四，M 1 8 为O N ， M 1 7 变为O F F ，动力头单元后退，当到达单元原 位置时，单元停止后退，同时松开指令M 1 1 为 4 结束语 O N ，Y 4 为O F F ，夹紧汽缸松开工件，当松开确认 延时r I 6 为O N ，弹出指令M 1 2 为O N 。Y 5 为O N ， 弹出汽缸在电磁阀的控制下弹出工件，当弹出汽 缸的弹出杆到达弹出前端时，弹出前端延时，1 7 为 O N ，M 1 3 为O N ，M 1 2 、Y 5 为O F F ，弹出杆返回到原 位置，弹出原位置延时髓为O N ，循环结束指令 M 1 4 为O N ，自动控制结束。部分梯形图程序设 计如图3 所示。 丁 图3P L C 梯形图程序 2 0 0 9 本文设计的化油器单钻孔机床的P L C 控制 系统有手动和自动两种操作方式，还有系统监视 指示灯，对比以前的继电器控制，P L C 控制系统操 作简单、功能更完善、安全稳定、便于维护，而且降 低了工人的劳动强度，生产效率更高，工件的加工 质量更稳定。 参考文献： 1 陈忠乎，周少华，侯玉宝，等三菱F X Q 系歹l JP L C 自学手册 M 北京：人民邮电出版社，2 0 0 9 2 罗伟，邓木生P I E 与电气控制 M 北京：中国电力出版社， 3 菱电国际有限公司系列微型可编程控制器使用手册 M 日本：菱电国际有限公司，2 0 0 7 4 张滢基于分布式的虚拟车削加工仿真系统的设计与实现 J 沈阳航空工业学院学报，2 0 0 8 。2 5 ( 3 ) ：1 9 2 2 5 王璐，许雪峰多包传输网络控制系统的建模【J 沈阳航空 工业学院学报，2 0 0 8 ，2 5 ( 3 ) ：5 5 5 8 6 张苓电脑功率监控器在P L C 机床电控系统中的应用 J 】 重型机械科技，2 0 0 2 ，( 3 ) ：4 1 4 4 7 张滢P r o E 在N C 加工中的二次开发技术研究 J 机械设 计与制造，2 0 0 5 ( 8 ) ：9 9 1 0 0 8 张滢，刘宝明，王子豪，等微机与数控机床远程通信软件开 发( J 组合机床与自动化加工技术，2 0 0 5 ( 5 ) ：3 4 3 5 万方数据 沈阳航空工业学院学报 第2 7 卷 C o n t r o ls y s t e md e s i g nf o rs i n g l e d r i l l i n gm a c h i n e t o o lb a s e do nm r s ；u b i s h iP L C Z H A OJ i a n p e n 9 1Z H A N GY i n 9 1Y A N GJ i a n - j u n 2 ( 1 S h e n y a n gA e r o s p a c eU n i v e r s i t y ，L i a o n i n gS h e n y a n g11 0 1 3 6 ；2 S h e n y a n gN i s s h i nV a p o r i z e rC o ，L t d ，L i a 。 o n i n gS h e n y a n g1 1 0 1 3 6 ) A b s t r a c t ：T h i sa r t i c l ed i s c u s s e sh o wt ou s eM i t s u b i s h iF X lS e r i e sP L Ct or e a l i z ea u t o m a t i cc o n t r o lo fc a r b u r e t o rs i n g l e d r i l l i n gm a c h i n et o o l ，a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o lr e q u i r e m e t sa n dc o n t r o la n a l y s i so fm a c h i n i n g ，s e l e c r i n gt h ea p p r o p r i a t eP L Ct y p e ，a n dd e s i g n i n gt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep a n so fc o n t r o ls y s t e m A f t e ra s s e m h l i n ga n dd e b u g g i n go ft h em a c h i n et o o l ，c o n t r o ls y s t e