第11章數(shù)控機(jī)床中的PLC控制系統(tǒng)

第11章數(shù)控機(jī)床中的PLC控制系統(tǒng)

11.1PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)控制中的實(shí)現(xiàn)11.2PLC在步進(jìn)電機(jī)控制中的實(shí)現(xiàn)11.3可編程控制器在常用數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用實(shí)例11.1PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)控制中的實(shí)現(xiàn)11.1.1啟動(dòng)、停車和點(diǎn)動(dòng)11.1.2電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止控制11.1.3基本正/反連鎖控制11.1.1啟動(dòng)、停車和點(diǎn)動(dòng)1.電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行停止控制（1）電氣控制電路（2）可編程邏輯控制器控制2.點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制梯形圖

11.1.2電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止控制1.電氣控制電路為了防止誤操作引起電源短路，將KM1和KM2的輔助觸點(diǎn)串入對(duì)方的接觸器線圈回路中，形成互鎖。2.PLC控制SB1、SB2和SB3均用常開按鈕。SB1連接到晶體管輸入單元的I0.0位，SB2連接到輸入單元的I0.1位，SB3連接到輸入單元的I0.2位。正轉(zhuǎn)輸出繼電器和反轉(zhuǎn)輸出繼電器分別連接到輸出單元的Q1.0Q和Q1.1位。11.1.3電動(dòng)機(jī)正/反連鎖控制在電氣控制電路中，SB3是正轉(zhuǎn)復(fù)合按鈕，SB4是反轉(zhuǎn)復(fù)合按鈕，利用各自的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行連鎖控制。在PLC控制中，SB3和SB4均采用常開按鈕，通過編程實(shí)現(xiàn)按鈕連鎖。此外，內(nèi)部常閉“觸點(diǎn)”KM1和KM2也具有連鎖控制功能。電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)連鎖控制梯形圖如下圖所示。11.2PLC在步進(jìn)電機(jī)控制中的實(shí)現(xiàn)

彩色印刷、印染、皮革切割等生產(chǎn)系統(tǒng)的位置偏差直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的手動(dòng)控制定位難，控制復(fù)雜、調(diào)節(jié)不及時(shí)、控制精度差等問題急需解決。而市場(chǎng)上也有一些光電式糾偏系統(tǒng)機(jī)，但其造價(jià)昂貴，不適宜中、小型企業(yè)使用，也很難在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行普遍推廣。本節(jié)將以PLC高級(jí)控制控制理論為例，采用可編程控制器為硬件基礎(chǔ)，并用光電隔離器作為檢測(cè)元件，用三相步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，構(gòu)成造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、性能良好的光電糾偏自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1系統(tǒng)工作原理圖

圖11-1光電糾偏自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖

2PLC機(jī)型的選擇返回本節(jié)本自動(dòng)糾差系統(tǒng)的輸入點(diǎn)主要有：?jiǎn)?dòng)、停止按鈕各一個(gè)，電機(jī)正、反轉(zhuǎn)輸入信號(hào)開關(guān)一個(gè)，5檔偏差檢測(cè)傳感器各一個(gè)，手動(dòng)、自動(dòng)按鈕各一個(gè)，運(yùn)行、調(diào)試切換開關(guān)一個(gè)，刀具狀態(tài)檢測(cè)傳感器，上料檢測(cè)開關(guān)，共需13個(gè)輸入點(diǎn)。輸出信號(hào)主要有：作為脈沖發(fā)生器輸入5個(gè)，作為環(huán)形分配器的輸入點(diǎn)數(shù)2個(gè)，指示信號(hào)燈3個(gè)，輸出繼電器1個(gè)，共計(jì)10個(gè)輸出點(diǎn)。西門子公司生產(chǎn)的小型S系列PLCS7-200，采用整體式結(jié)構(gòu)，具有很高的性能/價(jià)格比，由于考慮到成本的原因，本系統(tǒng)選用了此型號(hào)的PLC作為控制器，并選擇CPU224作為其運(yùn)算控制器。

3

PLC軟件設(shè)計(jì)圖11-2軟件設(shè)計(jì)流程圖

4系統(tǒng)頻率響應(yīng)測(cè)試結(jié)果運(yùn)行結(jié)果表明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，只要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)精心調(diào)整參數(shù)K，可達(dá)到較高的控制精度。

11.3可編程控制器在常用數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用實(shí)例11.3.1PLC在全自動(dòng)導(dǎo)軌除銹磨床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用11.3.2PLC在臥式鏜、銑組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用11.3.3PLC在半自動(dòng)液壓機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用11.3.4PLC在單軸數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用11.3.5PLC在車床電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用11.3.1全自動(dòng)導(dǎo)軌除銹磨床鐵路交通方式是我國(guó)目前主要的跨省物流方式，隨著全國(guó)鐵路建設(shè)的進(jìn)行，鐵路總里程數(shù)的增加，對(duì)鋼軌的需求也越來越大。目前，鐵路路軌大都采用無縫聯(lián)接，鋼軌都是先在焊軌廠內(nèi)用閃光焊將幾段鋼軌接成較長(zhǎng)的鋼軌后再運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)。基于閃光焊接的特點(diǎn)——用大電流快速給鋼軌端部加溫，使鋼軌端部呈熱熔狀態(tài)以使兩段鋼軌對(duì)接，這就要求鋼軌與電極之間有良好的導(dǎo)電性。然而鋼軌大多存放在室外，在焊接之前已經(jīng)上銹，為了使鋼軌與電極之間有很好的導(dǎo)電性，就必須給鋼軌除銹并磨光。1目前現(xiàn)狀由于鋼軌的截面圖如圖11-3所示。目前絕大多數(shù)鋼軌廠都采用原始的手工砂輪除銹方法。這種方法效率極低，通常一個(gè)熟練工人給一根鋼軌的一端除銹大概要花上5~10分鐘的時(shí)間；勞動(dòng)強(qiáng)度大，全部是手工打磨除銹；除銹的質(zhì)量差，經(jīng)常是除銹不均勻或磨虧鋼軌；工作環(huán)境條件差，工作現(xiàn)場(chǎng)通常是粉塵彌漫，對(duì)工人的身心健康極為不利，甚至還對(duì)周邊環(huán)境造成污染。為此我們經(jīng)過一年多時(shí)間的努力工作，研發(fā)了鋼軌頭軌、頂軌、底及端面自動(dòng)除銹磨光機(jī)

。

返回本節(jié)2解決方法（1）

砂輪磨削方式砂輪磨削是最常用的一種磨削方式，其技術(shù)相對(duì)而言是比較成熟的。但相比于砂帶磨削，砂輪磨削效率較低。通常砂輪的寬度只有幾十毫米，我們常用的是50毫米寬度的，最寬也只能達(dá)到一百毫米左右。但我們打磨除銹的鋼軌底面的寬度范圍達(dá)到130~180mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通砂輪的寬度，要完成整個(gè)底面的除銹，磨頭必須往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次。由圖1可以看到60kg鋼軌的頂面是一個(gè)半徑為300mm的一段圓弧，要完成這個(gè)圓弧面的打磨，磨頭的運(yùn)動(dòng)軌跡是條曲線，這勢(shì)必增加進(jìn)給機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，降低整個(gè)機(jī)床的可靠性，也易造成鋼軌磨虧，而且也不易實(shí)現(xiàn)。返回本節(jié)

（2）

砂帶磨削方式砂帶磨削是最近幾十年才發(fā)展起來的新興磨削方式。砂帶磨削工藝，就是將環(huán)形砂帶套在接觸輪和張緊輪的外圓上，在張緊的狀態(tài)下，使高速旋轉(zhuǎn)的砂帶表面與工件的加工表面相接觸，并在一定的壓力作用下，以產(chǎn)生的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn)動(dòng)）對(duì)工件進(jìn)行磨削加工的一種工藝方法。（3）

刷光輪刷光方式采用鋼絲刷光輪刷光除銹，根據(jù)過內(nèi)外使用情況，主要用于鋼軌端面的刷光除銹。機(jī)床的配置及功能3.1機(jī)床的整體布局

該機(jī)床有軌頂砂帶磨頭、軌底砂帶磨頭、垂直端面刷光頭、機(jī)架、地車、機(jī)床防護(hù)系統(tǒng)、鋼軌夾緊及限位裝置、吸塵系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

其中該磨床的上、下磨頭及刷光輪的工步順序圖如圖11-5所示。

圖11-5磨床上、下磨頭及刷光輪的工步順序圖

3.2機(jī)床的液壓系統(tǒng)圖11-6磨床的平移液壓控制原理圖

3.3該機(jī)床的總體工藝加工

圖11-7整體工藝加工流程圖

4、I/O地址分配

根據(jù)加工工藝，可以確定出本機(jī)床所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。輸入器件包括：?jiǎn)?dòng)按鈕，停止按鈕，2組遮擋式光電檢測(cè)傳感器，壓力繼電器2組，砂帶磨損檢測(cè)傳感器、磨頭水平方向上的行程開關(guān)各2組，鉗型電流互感器1個(gè)，垂直方向行程開關(guān)1組，限流器1個(gè)，夾盤上的接觸開關(guān)2個(gè)。輸出器件包括：磨頭電機(jī)控制繼電器，電磁閥，指示燈等。

5、

軟件及部分梯形圖的設(shè)計(jì)

由于該磨床的控制過程較為復(fù)雜，考慮到篇幅等原因，不將起總體的梯形圖設(shè)計(jì)羅列出來，只是以其上、下磨頭加工的動(dòng)作為例進(jìn)行簡(jiǎn)單說明，有興趣的讀者可以進(jìn)一步完整的畫出該機(jī)床的總梯形圖。上、下磨頭的加工梯形圖如圖11-8所示。圖11-8上、下磨頭加工梯形圖6、本機(jī)床的特點(diǎn)本機(jī)床總體結(jié)構(gòu)及控制吸收了國(guó)外的先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)及方法，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)內(nèi)焊軌廠的實(shí)際情況，對(duì)機(jī)床總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，從以下幾個(gè)方面都達(dá)到和超過內(nèi)外先進(jìn)水平。（1）

機(jī)床采用可編程邏輯控制器控制，機(jī)電液組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)安全可靠，操作簡(jiǎn)單方便。（2）

由于機(jī)床各動(dòng)作采用液壓驅(qū)動(dòng)自動(dòng)完成，自動(dòng)化程度高，能保證除銹質(zhì)量好，且穩(wěn)定。（3）機(jī)床的適用性廣，可用于多種規(guī)格鋼軌的除銹，如75Kg，60Kg，50Kg等。

11.3.2PLC在臥式鏜銑組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用整體式汽車驅(qū)動(dòng)后橋三主軸孔的加工，一直是困擾著后橋制造業(yè)的一個(gè)難題。傳統(tǒng)的加工方法采用車床加普通鏜床分多次完成，固定資產(chǎn)投入大，生產(chǎn)效率低。因此，提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平，提高組件的通用化程度，實(shí)現(xiàn)CNC控制及柔性化、機(jī)電一體化等已顯得尤為重要。本專用機(jī)床是針對(duì)橋殼殼身三主軸孔加工而設(shè)計(jì)的一種組合機(jī)床，采用液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)給，切削運(yùn)動(dòng)的電氣控制采用了F1-40MR。具有可靠性高，維修方便抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)1.機(jī)床的整體布局2.本機(jī)床的工作循環(huán)本機(jī)床有三個(gè)工作循環(huán)，這三個(gè)動(dòng)力頭按不同的工作循環(huán)進(jìn)行工作，而且這些循環(huán)還需要和其他部件配合動(dòng)作，并且這些動(dòng)作必須借助程序控制擋鐵來按規(guī)定順序進(jìn)行工作，此處程序擋鐵采用電氣操縱型式。3.各個(gè)部件之間的聯(lián)系和互鎖分析三個(gè)鏜頭的工作過程為：按啟動(dòng)按鈕，機(jī)床啟動(dòng)后，油泵啟動(dòng)，滑臺(tái)調(diào)整，引入自動(dòng)，立動(dòng)力頭快進(jìn)，行程開關(guān)檢測(cè)到位后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)，進(jìn)行鏜孔加工，到規(guī)定長(zhǎng)度后，橫刀進(jìn)給，車上平面至終點(diǎn)在橫退，立動(dòng)力頭快退。左臥鏜頭快進(jìn)，到位后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)，進(jìn)行鏜孔加工，到規(guī)定長(zhǎng)度后，延時(shí)停留（死擋鐵工作），進(jìn)行端面倒角，完工后，動(dòng)力頭快退回原位。右動(dòng)力頭工作過程與左相同。左右動(dòng)力頭在加工終點(diǎn)（死擋上）停止的動(dòng)作由壓力繼電器和限位開關(guān)控制，而在死擋鐵上工作時(shí)，后退應(yīng)由時(shí)間繼電器來控制實(shí)現(xiàn)。立鏜頭縱向工進(jìn)到位后停留，而橫向開始上平面的車削；完工后，按先橫退后縱退的順序自動(dòng)退回原位。縱向加工終點(diǎn)停止的動(dòng)作由限位開關(guān)控制，停留和橫向進(jìn)給的開始，由時(shí)間繼電器控制實(shí)現(xiàn)，橫向后退應(yīng)由壓力繼電器和限位開關(guān)聯(lián)合控制。4.機(jī)床的工步控制流程圖繪制控制流程圖的目的就是通過他來確定被控對(duì)象的各種動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。在此，僅以立滑臺(tái)為例做以說明5.PLC型號(hào)的選擇與I/O接線采用PLC，有體積小、可靠性高、編程方法簡(jiǎn)單、智能監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，本機(jī)床采用的是德國(guó)西門子公司的S型PLC，質(zhì)量輕，尺寸小，結(jié)構(gòu)靈活，功能強(qiáng)大，這是傳統(tǒng)的繼電器無法比擬的。6.結(jié)論該機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，易于操作，大大簡(jiǎn)化了加工工序，提高了生產(chǎn)率。某廠投入使用該機(jī)床后，橋殼批量生產(chǎn)的質(zhì)量得到了保證，工作效率提高了3倍以上，加工成本大幅度下降，受到了從事實(shí)際生產(chǎn)人員的歡迎。11.3.3PLC在半自動(dòng)液壓機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用箱體的加工在機(jī)械制造業(yè)十分普遍，特別是近年來由于汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)箱體的生產(chǎn)更是大批量化。因此，選擇一個(gè)效率高、安全可靠、性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高的控制系統(tǒng)對(duì)于降低箱體加工成本來說是至關(guān)重要的。本節(jié)以某箱體加工廠為例，主要介紹了結(jié)合PLC對(duì)箱體加工的自動(dòng)化控制。1.概述某一箱體加工專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示PLC對(duì)其的控制要求如下：1.該機(jī)床是專門用來加工箱體兩側(cè)的，其加工方法是先將箱體通過夾緊裝置夾緊，再由兩側(cè)左、右動(dòng)力頭對(duì)箱體進(jìn)行加工。當(dāng)加工完畢，動(dòng)力快速返回原位，此時(shí)再送開加工工件，又開始下一循環(huán)。2.左、右動(dòng)力頭主軸電機(jī)為2.2KW，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由液壓驅(qū)動(dòng)，液壓泵電動(dòng)機(jī)為3KW。動(dòng)力頭和夾緊裝置的動(dòng)作由電磁閥控制3.專用機(jī)床的工作步驟如下：按下啟動(dòng)按鈕，夾緊裝置將被加工工件夾緊，夾緊后發(fā)出信號(hào)。左、右動(dòng)力頭同時(shí)快進(jìn)，并同時(shí)啟動(dòng)主軸。到達(dá)工件附近，動(dòng)力頭快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)加工。加工完畢后，左、右動(dòng)力頭暫停２s后分別快速退回原位。夾緊裝置松開被加工工件，同時(shí)主