基于PLC的二工位组合机床控制系统设计.docx

熊幸明王新辉长沙大学 机电系 , 湖南 长沙410003摘要 :文章对基于 PL C (可编程控制器) 的钻孔 、攻丝二工位组合机床控制系统的结构 、控制程序进行介绍 , 对系统的硬件和软件设计作了详细阐述 。利用上位计算机对生产现场设备的状态实施监控和对现场参数进行调整 ,使设备工作在最佳 状态 。关键词 :组合机床 ; PL C ; PC ; 步进顺控指令 ; 梯形图程序中图分类号 : T G65 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 2265 (2004) 06 - 0038 - 03The design of control system of combinat ional machine tool ba sed on PL CXION G XingmingWAN G XinhuiAbstract :The article int roduces t he co nst ructio n and co nt rol p rogram of co nt rol system of co mbinatio nal machine tool applied to drill hole and tap based o n PL C , and expounds t he hardware and sof t ware design of t he system. The equip ment state can be mo ni2 tored and t he parameter can be adjusted in t he site by top - co mp uter , enabling t he equip ment to have op timal p ropert y.Key words :modular machine tool ; PL C ; PC ; stepping sequence co nt rol inst ructio n ; ladder chart p rogramYV1 得电 ,液压系统控制夹具将工件夹紧 ,由限位开关 SQ7 检测其是否可靠夹紧 。同时 ,控制凸轮电机 M4 启动运转 ; ( 2) 钻 孔加工 。工件夹紧后 ,启动钻孔动力头主运动电机 M1 ,控制凸 轮控制相应的液压阀使钻孔滑台前移 ,进行钻孔加工 。当钻孔 滑台到达终点时 , SQ3 动作 , 滑台后退回到原位停止 , M1 亦停 止 ; (3) 工作台右移 。钻孔滑台回到原位后 ,电磁阀 YV4 得电 ,液压系统使工作台右移 ,到达攻丝位时 ,限位开关 SQ6 动作 ,工 作台停止 ; (4) 攻丝加工 。启动攻丝动力头电机 M2 ( 正转) , 攻 丝滑台开始前移 ,进行攻丝加工 。当攻丝滑台到达终点时 ,限位 开关 SQ5 动 作 , 制 动 电 磁 铁 得 电 , 对 攻 丝 动 力 头 制 动 。延 时0 . 25s后 ,攻丝动力头电机 M2 反转 。同时 , 攻丝滑台在控制凸 轮的控制下后退 。当其后退到原位时 , SQ4 动作 ,滑台停止 , M2 停止 。凸轮正好运转一个周期 , M4 亦停止 ; ( 5) 工作台左移 ( 复位) 。攻丝滑台退到原位 ,延时 3s 后 ,电磁阀 YV3 得电 ,工作台 左移 ,到钻孔工位时停止 。电磁阀 YV2 得电 ,夹具松开 ,限位开 关 SQ8 动作 ,表示工件已放松 ,取出工件 ,等待下一个循环 。2 系统组成机床控 制 采 用 以 可 编 程 控 制 器 ( PL C) 为 下 位 机 、计 算 机 ( PC) 为上位机的分布式控制系统 ,不仅能实现对开关量信号的 逻辑控制 ,还能实现上 、下位机之间的通信 。具有操作简单 、运 行可靠 、工艺参数修改方便 、扩充性强 、自动化程度高等特点 ,完 全能满足本机床的技术要求 。系统的控制核心为 M I TSUB ISHI 的 FX2N - 48M R 小型 PL C ,其结构如图 2 所示 。各电动机 的 控 制 如 下 : 钻 孔 动 力 头 电 动 机 M1 由 接 触 器KM1 控制 ;攻丝动力头电动机 M2 由接触器 KM2 控制其正转 ,1机床概况本设备为某厂一台用于钻孔 、攻丝的二工位组合机床 ,能自 动完成工件的钻孔和攻丝加工 。机床主要由床身 、移动工作台 、 夹具 、钻孔滑台 、钻孔动力头 、攻丝滑台 、攻丝动力头 、滑台移动 控制凸轮和液压系统等组成 。其结构如图 1 示 。图 1 钻孔 、攻丝二工位组合机床结构示意图机床上有五台电动机 :钻孔动力头电机 M1 、攻丝动力头电 机 M2 、液压泵电机 M3 、凸轮控制电机 M4 、冷却泵电机 M5 。机 床工作台的左 、右移动 ,夹具的夹紧 、放松 ,钻孔滑台和攻丝滑台 的前 、后移动 ,均由电气 - 液压联合控制 ,其中钻孔滑台和攻丝 滑台移动的液压系统由滑台移动控制凸轮控制 ,工作台移动和 夹具的夹紧 、放松由电磁阀 YV1 YV4 控制 ,各电磁阀的动作 如表 1 所示 。表 1 电磁阀动作要求机床启动前 ,工作台处于钻孔工位 ,限位开关 SQ1 动作 ; 钻孔滑台和攻丝滑台也在原位 ,限位开关 SQ2 、SQ4 均动作 。在液 压系统工作正常的情况下 ,机床加工的动作程序如下 : ( 1) 工件夹紧 。将工件放到工作台上 , 按下加工启动按钮 , 夹紧 电 磁 阀图 2 系统结构框图38组合机床与自动化加工技术YV1YV2YV3YV4工件夹紧+-工件放松-+-工作台左移-+-工作台右移-+化 ,提 高 编 程 效 率 , 为 程 序 的 调试 、试运行带来许多 方 便 。当 一 个工件完成钻孔 、攻丝加工时 ,工 作台 、钻孔滑台 、攻丝滑台均返回 原位 ,夹具处于放松状态 ,为下一个工件的加工循环作好准备 。控 制系 统 由 SB3 发 出 加 工 启 动 指 令 ,进入下一轮循环 。系 统 的 自 动控制状态转移图如图 5 所示 , 根据状态转移图 , 很容易得到梯 形图程序 ,由于篇幅所限 ,在此不再赘述 。4 PC 与 PL C 的通信PC 与生产现场的 PL C 之间 处于实时的交互通信状态 。如果 生产规模大 ,可采用 1 : n 上位链 接通信方式 , 用一台计算机管理 多台机床 。为了增大 通 信 距 离 , 在上位 计 算 机 与 PL C 之 间 可 加图 4 公共及手动控制程序图 3 PL C 输入/ 输出端子分配图KM3 控制其反转 ;液压泵电动机 M3 由接触器 KM4 控制 ; 凸轮 控制电动机 M4 由接触器 KM5 控制 ;冷却泵电动机 M5 由接触 器 KM6 控制 。为了便于生产加工和维修 、调整 ,设置了工作方 式选择开关 SA 。当开关置于“自动”位时 ,工件从装入夹具定位 夹紧到加工完毕 , 工作台返回钻孔工位夹具松开 , 全部自动进 行 ;置于“手动”位时 ,通过按钮 SB4 SB13 对钻孔动力头 、攻丝 动力头 、液压泵 、凸轮控制 、冷却泵等电动机和机床的各动作流 程进行点动控制 。当动力头工作到中途因停电或自动控制系统 发生故障时 ,可点动复位 。为了使系统工作稳定 ,设置压力继电 器 SP 检测液压系统油压 ,只有在油压达到一定值时 ,系统才能 工作 。限位开关 SQ1SQ8 用于检测工作台 、钻孔滑台 、攻丝滑 台的位置以及工件的夹紧 、放松状态 ,并对系统实施控制 。其中 SQ1 、SQ6 检测工作台是在钻孔 、还是攻丝工位 ; SQ2 、SQ3 检测 钻孔滑台是在原位 、还是终点 ; SQ4 、SQ5 检测攻丝滑台是在原 位 、还是终点 ; SQ7 、SQ8 检测工件在夹具内是夹紧 、还是放松 。 PL C 输入/ 输出端子的分配如图 3 所示 。机床运行分二级控制 。第一级由 SB1 、SB2 分别控制系统 的启 、停 。按下 SB1 ,系统启动 ,由“自动/ 手动”选择开关决定其 工作方式 ;第二级由 SB3 启动自动方式下的加工过程 ,由 SB4 SB13 控制手动方式下机床各动作的点动 。设置了液压压力指 示灯 HL 1 、原位指示灯 HL 2 ,工作方式指示灯 HL 3 HL 10 ,指示 设备的工作状态 。3控制程序设备有“自动/ 手动”二种工作方式 ,其控制程序可分为公共 程序 、自动控制程序 、手动控制程序三个模块 。各模块程序分开 编写 ,结构简单 ,思路清晰 ,便于调试和修改 。公共程序是系统 共用程序 ,包含系统的启 、停控制和执行“自动”、“手动”程序的 跳转控制 。手动控制程序用于实现机床的点动控制和状态指 示 。这二段程序均较简单 ,因此 ,将其梯形图合并于图 4 中 。分析机床的加工工艺可知 ,在“自动”工作方式下 ,其控制过 程为顺序循环控制 , 采用步进顺控指令对其编程 , 可使程序简图 5 自动控制状态转移图一个 RS232C/ RS485 的转换器 , 用于链 接 计 算 机 的 RS232C 串 行口和 PL C 的 RS485 通信适配器 。操作人员可根据生产现场 的需要 ,在不中断生产的情况下 ,在上位机上实时地对现场参数 进行调整 ,使控制系统工作于最佳状态 。还可在上位机上编程 、 监测设备运行状态 、显示故障等 ,对系统进行管理和调度 ,使设 备潜力得到充分发挥 。PC 与 PL C 的通信程序 ,此处限于篇幅 , 后面再作专文介绍 。5结束语将 PL C 和 PC 用于本机床的控制 ,大大提高了设备的自动 化水平和生产效率 ,减轻了现场操作人员的劳动强度 。同时 ,它 还简化了机床的电气控制系统 ,在工艺程序变更时 ,更突出表现 其灵活方便的优越性 。系统具有控制实时性好 、可靠性高 、扩充 性强 、操作方便的优点 ,受到用户的欢迎 。(下转第 42 页)2004 年第 6 期39调查样本数据如表 3 :表 3 调查样本数据对调查样本进行归一化处理 , 归一化后的调查样本如表 4 :表 4 归一化后的调查样本数据各个因素权重向量为 ( 0 . 2 , 0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 1 , 0 . 1 , 0 . 1 , 0 . 2) , 评判等级和其对应分数的向量为 ( 0 , 10 , 30 , 50 , 70 , 90 , 100) , 根 据归一化后的样本 , 计算各个样本的用户满意度如表 5 。表 5 用户满意度调查结果了以用户为中心的思想 。通过采用基于变因素集和多语义粒度的用户满意度评价方法 ,使得企业的用户满意度调查体现“以用 户为中心”的思想 ,为企业评价自身的服务质量提供了更加客观 的数据 。参考文献岑咏霆 1 顾客满意度测评的模糊综合评判模型 , 辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) ,2001 (10) :715718宇文立平 ,钱敏 ,张金锁 1A HP 法在顾客满意度指标评价中 的应用 J 1 西安科技学院学报 ,2001 (6) :175177Hendrickso n A , Glorfeld K , Cro nan T. On t he repeated test - retest reliability of t he end - user co mp uting satisfactio n inst ru2 ment J . Aco mment , Decisio n Sciences , 1994 , 25 ( 4 ) : 655 667何新贵 1 模糊知识处理的理论与技术 1 北京 ,国防工业出 版社 ,1998收稿日期 :2003 - 10 - 14作者简介 : 赵丽萍 ( 1963 - ) ,女 ,西安交通大学 CIMS 研究1对于表 5 中的计算结果采用加权平均法的到最终的用户满意度指数 。一般取各个样本权重相同 , 最终的用户满意度指数I 为所有调查样本用户满意度指数的平均值 , 即n23w i ri I = i = 1 = 82 + 61 + 62 = 683n对于评价结果采取 5 分层法 ( 很 满 意 100 80 、满 意 80 60 、一般 6040 、不满意 4020 、很不满意 200) , 用户对该企 业的服务满意 。45结束语本文提出了基于变因素集和多语义粒度的进行用户满意度 评价的方法 ,并采用模糊综合评价法进行了评价方法的实现 ,给 出了相应的应用实例 。该方法充分考虑到用户的多样性 ,体现中心副教授 ,博士 。(编辑 李秀敏)(上接第 39 页)3 熊幸明 1 基于 PL C 的缸体加工机床控制系统 1 组合机床与自动化加工技术 ,2002 (5)收稿日期 :2003 - 10 - 14作者简介 :熊幸明 (1954 - ) ,男 ,湖南长沙人 ,长沙大学机电 系教授 。(编辑 江复) 参考文献 1 钟肇新等 1 可编程控制器原理及应用 1 广州 : 华南理工大 学出版社 ,20022 M I TSUB ISHI EL EC TR IC COR PORA T ION FX2N 系 列 微 型可编程控制器使用手册 , 199942组合机床与自动化加工技术样本样本 1样本 2样本 3用户满意度826162因素名称样本 1样本 2样本 3质量(0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0/ c3 , 0 . 85/ c4 , 0 . 85/ c5 ,0 . 39/ c6)( 0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0 . 25/ c3 , 0 . 5/ c4 , 0 . 75/c5 , 1/ c6)V 3 极好功能(0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0/ c3 , 0 . 18/ c4 , 0 . 58/ c5 ,1/ c6)( 0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0 . 25/ c3 , 0 . 5/ c4 , 0 . 75/c5 , 1/ c6)V 3 较好价格(0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0/ c3 , 0 . 85/ c4 , 0 . 85/ c