混合可编程控制PLC技术组合机床控制系统研究

邓林兴

（宝鸡职业技术学院，宝鸡 721004）

0 引言

最常用、传统的继电器控制系统存在电子元件和接线复杂、效率低、寿命短、可靠性较差的问题，尤其是出现故障时，诊断和排除比较困难，严重影响生产，对工厂的生产效率非常不利。随着计算机和科学的发展，将继电器控制的机床进行改装，将计算机和继电器、接触器控制技术很好的结合。它与I/O和低压电器关系密切，采用可编程序控制器，能够克服传统机床的缺点，提升性能和效率，增强机床的灵活性和可编程，益处良多。

本文介绍一种自动化控制组合机床。主控制器采用三菱电机的FX2N系列PLC。机床的主要组成部分包括：铣削动力头、液压动力滑台和工件松紧油缸等。组合机床一共有5台电机，都是单向旋转的。整个机床一共包括三种工作方式：单循环自动、单动力头自动循环和点动方式。单循环工作循环过程如图1所示。单动力头方式有：左铣头、立铣头、右1铣头、右2铣头单循环工作。液压系统原理图如图2所示，具体工作流程是：将加工零件放置在工作台上，准备好后向机床发出加工指令。等到工件夹紧后压力继电器开始动作，液压动力滑台执行快进，到位转工进，并且起动左1铣头、右1铣头开始加工，到达某一个位置的时候，立铣头开始工作，又过了一定位置后右1铣头停止，右2铣头开始，到终点时电机同时终止。滑台立即回到原位，工件松开，一次循环工作结束。将加工的工件取下，再放上未加工的工件，发送加工指令重复执行。

图1 机床工作循环图

图2 系统原理图

1 PLC技术

可编程控制器(PLC)，是采用计算机技术为基础的一种新型的控制装置。PLC选择可以编程的存储器，在内部执行逻辑运算、计数、计时、算术等指令，并且通过输入输出控制各类机械或者生产的过程。在过去几十年，PLC技术已经有了很大的进展，到了21世纪，PLC将会有更大的进步。计算机技术将更多地应用在可编程控制器的设计和制造上，今后的产品容量会更大、速度会更快、智能性更好；产品的规模将是超小型或者超大型；品种也将更丰富、更齐全，能很好地适应工业控制的需求。PLC今后将成为国际通用和自动化控制网络的重要组成，在工业甚至更多领域发挥巨大作用。在选择PLC时，要考虑机型、I/O、容量、I/O端口分配、继电器和计数器的地址分配。通常PLC 的控制流程如图3所示。控制和CNC等方面。

图3 可编程控制技术流程

3）简单易用

PLC编程语言简单，做接口方便，容易开发。它的梯形图语言和继电器的电路图十分接近，只需要很少的开关量逻辑指令就能实现继电器电路的功能。

4）设计工作量小，容易维护、改造

PLC使用存储逻辑减少了相当多的外部接线，大大缩短了系统设计、建造周期，维护也很容易。最重要的是可以通过改变程序而改变整个生产过程。

5）低能耗、轻便小巧

超小型的PLC功耗很小，只有几瓦。体积很小，装入机械内部很方便，容易实现机电一体化。

2 可编程控制技术设计

可编程控制技术的特点主要有：

1）高可靠性，抗干扰

PLC采用大规模集成电路，生产工艺严格，内部的电路具有抗干扰性，可靠性很高。采用PLC所构成的控制系统的开关和电气接线的接点大大减少，也就降低了故障的发生。PLC同时还具备自我故障检测，一旦发生故障就发出警报。使用者还能采用外围设备自我诊断，整个系统的可靠性就非常高了。

2）功能完善，适用性强

PLC已经拥有各种规模的一系列产品，适合于各种工业控制系统使用。PLC的数据运算能力都较完善，数字控制方面应用广泛。PLC功能单元的不断强化，使得它也被用在温度控制、位置

2.1 系统硬件设计

本文采用日本三菱的FX2N系列控制器，根据机床对输入和输出要求，控制系统设计选择FX2N系列中的FX2N–80MR-001。输入点和输出点分别为40个，输出形式是R-继电器输出，能够很好的满足本设计的要求，还具有一定的升级空间。

PLC的I/O分配具体情况:

1）PLC的输入端口主要有：自动循环工作按钮、点动按钮、总停按钮、油泵启动、SA1等，此外还有电动机的热保护继电器，输入形式是常开触点。

2）输出端口主要有：交流接触器、继电器、运行指示灯等。

2.2 软件设计

GX-Developer是一款通用性很强的编程软件，它能够完成编辑PLC梯形图、控制CPU、指令表、SFC等工作。该软件将编辑的程序转成GPPQ、GPPA格式，遇到FX系列时，程序又可以存储文档为DOS、WIN格式。该软件又能兼容Excel、Word等说明性文字、数据导入到程序中，使用、编辑更加方便、快捷。

三面铣组合机床有三种工作方式,这里只介绍自动工作循环的工作过程控制。其设计流程如图4所示。

图4 三面铣组合机床工作流程

首先将转换开关选择“单循环自动工作SA1-1”，油泵电机启动运行，液压滑台的夹具中放上需要加工的零件后,开始按下加工指令按钮,加工夹紧零件,压力继电器的触点开始判断是否动作,是则滑台执行快进，复位开关SQ1动作；等到压下滑台快进位置开关SQ2转工进，同时起动左铣头和右1铣头进行加工；当移动到达位置开关SQ3时，立铣头开始加工；当到达SQ4位置开关时, 右2铣头开始加工，右1铣头停止工作,等到终点的三台电动机同时停止工作。这时，由压力继电器BP1的触点执行动作，液压动力滑台就会自动回到原位，复位开关SQ1受到压力，就将工件松开,这样就完成一个自动循环。判断是否继续加工，是则重复上述流程，否则油泵电机停止，机床工作结束。

3 结束语

继电器控制系统具有种种弊端，不利于工厂的生产，可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。由于PLC体积小、结构简单、功能强大、易编译、可靠性强、抗干扰等优点而被广泛用于自动控制以及其他许多行业中。本文的PLC选择了日本三菱电机的FX2N系列，通过工作原理、硬件和软件方面的设计，三面铣组合机床生产周期短、灵活性强，整个系统简单、实用、自动化程度高。

[1]宋世光, 等.机床电气自动控制[M].哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2001.

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