基于PLC的二工位組合機床控制系統(tǒng)設計

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1、熊幸明 王新輝 長沙大學 機電系 , 湖南 長沙 410003 摘要 :文章對基于 PL C (可編程控制器) 的鉆孔 、攻絲二工位組合機床控制系統(tǒng)的結構 、控制程序進行介紹 , 對系統(tǒng)的硬件 和軟件設計作了詳細闡述 。利用上位計算機對生產現(xiàn)場設備的狀態(tài)實施監(jiān)控和對現(xiàn)場參數進行調整 ,使設備工作在最佳 狀態(tài) 。 關鍵詞 :組合機床 ; PL C ; PC ; 步進順控指令 ; 梯形圖程序 中圖分類號 : T G65 文獻標識碼 :A 文章編號 :1001 - 2265 (2004) 06 - 0038 - 03 The design of control system

2、 of combinat ional machine tool ba sed on PL C XION G Xingming WAN G Xinhui Abstract :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 des

3、ign 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 rogram

4、YV1 得電 ,液壓系統(tǒng)控制夾具將工件夾緊 ,由限位開關 SQ7 檢 測其是否可靠夾緊 。同時 ,控制凸輪電機 M4 啟動運轉 ; ( 2) 鉆 孔加工 。工件夾緊后 ,啟動鉆孔動力頭主運動電機 M1 ,控制凸 輪控制相應的液壓閥使鉆孔滑臺前移 ,進行鉆孔加工 。當鉆孔 滑臺到達終點時 , SQ3 動作 , 滑臺后退回到原位停止 , M1 亦停 止 ; (3) 工作臺右移 。鉆孔滑臺回到原位后 ,電磁閥 YV4 得電 , 液壓系統(tǒng)使工作臺右移 ,到達攻絲位時 ,限位開關 SQ6 動作 ,工 作臺停止 ; (4) 攻絲加工 。啟動攻絲動力頭電機 M2 ( 正轉) , 攻 絲滑臺開始前移 ,進

5、行攻絲加工 。當攻絲滑臺到達終點時 ,限位 開關 SQ5 動 作 , 制 動 電 磁 鐵 得 電 , 對 攻 絲 動 力 頭 制 動 。延 時 0 . 25s后 ,攻絲動力頭電機 M2 反轉 。同時 , 攻絲滑臺在控制凸 輪的控制下后退 。當其后退到原位時 , SQ4 動作 ,滑臺停止 , M2 停止 。凸輪正好運轉一個周期 , M4 亦停止 ; ( 5) 工作臺左移 ( 復 位) 。攻絲滑臺退到原位 ,延時 3s 后 ,電磁閥 YV3 得電 ,工作臺 左移 ,到鉆孔工位時停止 。電磁閥 YV2 得電 ,夾具松開 ,限位開 關 SQ8 動作 ,表示工件已放松 ,取出工件 ,等待下一個循環(huán)

6、。 2 系統(tǒng)組成 機床控 制 采 用 以 可 編 程 控 制 器 ( PL C) 為 下 位 機 、計 算 機 ( PC) 為上位機的分布式控制系統(tǒng) ,不僅能實現(xiàn)對開關量信號的 邏輯控制 ,還能實現(xiàn)上 、下位機之間的通信 。具有操作簡單 、運 行可靠 、工藝參數修改方便 、擴充性強 、自動化程度高等特點 ,完 全能滿足本機床的技術要求 。系統(tǒng)的控制核心為 M I TSUB ISHI 的 FX2N - 48M R 小型 PL C ,其結構如圖 2 所示 。 各電動機 的 控 制 如 下 : 鉆 孔 動 力 頭 電 動 機 M1 由 接 觸 器 KM1 控制 ;攻絲動力頭電動機 M

7、2 由接觸器 KM2 控制其正轉 , 1 機床概況 本設備為某廠一臺用于鉆孔 、攻絲的二工位組合機床 ,能自 動完成工件的鉆孔和攻絲加工 。機床主要由床身 、移動工作臺 、 夾具 、鉆孔滑臺 、鉆孔動力頭 、攻絲滑臺 、攻絲動力頭 、滑臺移動 控制凸輪和液壓系統(tǒng)等組成 。其結構如圖 1 示 。 圖 1 鉆孔 、攻絲二工位組合機床結構示意圖 機床上有五臺電動機 :鉆孔動力頭電機 M1 、攻絲動力頭電 機 M2 、液壓泵電機 M3 、凸輪控制電機 M4 、冷卻泵電機 M5 。機 床工作臺的左 、右移動 ,夾具的夾緊 、放松 ,鉆孔滑臺和攻絲滑臺 的前 、后移動 ,均由電氣 - 液

8、壓聯(lián)合控制 ,其中鉆孔滑臺和攻絲 滑臺移動的液壓系統(tǒng)由滑臺移動控制凸輪控制 ,工作臺移動和 夾具的夾緊 、放松由電磁閥 YV1～ YV4 控制 ,各電磁閥的動作 如表 1 所示 。 表 1 電磁閥動作要求 機床啟動前 ,工作臺處于鉆孔工位 ,限位開關 SQ1 動作 ; 鉆 孔滑臺和攻絲滑臺也在原位 ,限位開關 SQ2 、SQ4 均動作 。在液 壓系統(tǒng)工作正常的情況下 ,機床加工的動作程序如下 : ( 1) 工件 夾緊 。將工件放到工作臺上 , 按下加工啟動按鈕 , 夾緊 電 磁 閥 圖 2 系統(tǒng)結構框圖 38 組合機床與自動化加工技術 YV1 YV2 YV3

9、 YV4 工件夾緊 + - - - 工件放松 - + - - 工作臺左移 - - + - 工作臺右移 - - - + 化 ,提 高 編 程 效 率 , 為 程 序 的 調 試 、試運行帶來許多 方 便 。當 一 個工件完成鉆孔 、攻絲加工時 ,工 作臺 、鉆孔滑臺 、攻絲滑臺均返回 原位 ,夾具處于放松狀態(tài) ,為下一 個工件的加工循環(huán)作好準備 。控 制系 統(tǒng) 由 SB3 發(fā) 出 加 工 啟 動 指 令 ,進入下一輪循環(huán) 。系 統(tǒng) 的 自 動控制狀態(tài)轉移圖如圖 5 所示 , 根據狀態(tài)轉移圖 , 很容易得到梯 形圖程序 ,由于篇幅所限 ,

10、在此不 再贅述 。 4 PC 與 PL C 的通信 PC 與生產現(xiàn)場的 PL C 之間 處于實時的交互通信狀態(tài) 。如果 生產規(guī)模大 ,可采用 1 : n 上位鏈 接通信方式 , 用一臺計算機管理 多臺機床 。為了增大 通 信 距 離 , 在上位 計 算 機 與 PL C 之 間 可 加 圖 4 公共及手動控制程序 圖 3 PL C 輸入/ 輸出端子分配圖 KM3 控制其反轉 ;液壓泵電動機 M3 由接觸器 KM4 控制 ; 凸輪 控制電動機 M4 由接觸器 KM5 控制 ;冷卻泵電動機 M5 由接觸 器 KM6 控制 。為了便于生產加工和維修 、調整 ,設置了工作

11、方 式選擇開關 SA 。當開關置于“自動”位時 ,工件從裝入夾具定位 夾緊到加工完畢 , 工作臺返回鉆孔工位夾具松開 , 全部自動進 行 ;置于“手動”位時 ,通過按鈕 SB4～ SB13 對鉆孔動力頭 、攻絲 動力頭 、液壓泵 、凸輪控制 、冷卻泵等電動機和機床的各動作流 程進行點動控制 。當動力頭工作到中途因停電或自動控制系統(tǒng) 發(fā)生故障時 ,可點動復位 。為了使系統(tǒng)工作穩(wěn)定 ,設置壓力繼電 器 SP 檢測液壓系統(tǒng)油壓 ,只有在油壓達到一定值時 ,系統(tǒng)才能 工作 。限位開關 SQ1～SQ8 用于檢測工作臺 、鉆孔滑臺 、攻絲滑 臺的位置以及工件的夾緊 、放松狀態(tài) ,并對系統(tǒng)實施控制 。其中

12、SQ1 、SQ6 檢測工作臺是在鉆孔 、還是攻絲工位 ; SQ2 、SQ3 檢測 鉆孔滑臺是在原位 、還是終點 ; SQ4 、SQ5 檢測攻絲滑臺是在原 位 、還是終點 ; SQ7 、SQ8 檢測工件在夾具內是夾緊 、還是放松 。 PL C 輸入/ 輸出端子的分配如圖 3 所示 。 機床運行分二級控制 。第一級由 SB1 、SB2 分別控制系統(tǒng) 的啟 、停 。按下 SB1 ,系統(tǒng)啟動 ,由“自動/ 手動”選擇開關決定其 工作方式 ;第二級由 SB3 啟動自動方式下的加工過程 ,由 SB4～ SB13 控制手動方式下機床各動作的點動 。設置了液壓壓力指 示燈 HL 1 、原位指示燈 HL 2

13、,工作方式指示燈 HL 3～ HL 10 ,指示 設備的工作狀態(tài) 。 3 控制程序 設備有“自動/ 手動”二種工作方式 ,其控制程序可分為公共 程序 、自動控制程序 、手動控制程序三個模塊 。各模塊程序分開 編寫 ,結構簡單 ,思路清晰 ,便于調試和修改 。公共程序是系統(tǒng) 共用程序 ,包含系統(tǒng)的啟 、?？刂坪蛨?zhí)行“自動”、“手動”程序的 跳轉控制 。手動控制程序用于實現(xiàn)機床的點動控制和狀態(tài)指 示 。這二段程序均較簡單 ,因此 ,將其梯形圖合并于圖 4 中 。 分析機床的加工工藝可知 ,在“自動”工作方式下 ,其控制過 程為順序循環(huán)控制 , 采用步進順控指令對其編程 , 可使程序簡 圖

14、5 自動控制狀態(tài)轉移圖 一個 RS232C/ RS485 的轉換器 , 用于鏈 接 計 算 機 的 RS232C 串 行口和 PL C 的 RS485 通信適配器 。操作人員可根據生產現(xiàn)場 的需要 ,在不中斷生產的情況下 ,在上位機上實時地對現(xiàn)場參數 進行調整 ,使控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài) 。還可在上位機上編程 、 監(jiān)測設備運行狀態(tài) 、顯示故障等 ,對系統(tǒng)進行管理和調度 ,使設 備潛力得到充分發(fā)揮 。PC 與 PL C 的通信程序 ,此處限于篇幅 , 后面再作專文介紹 。 5 結束語 將 PL C 和 PC 用于本機床的控制 ,大大提高了設備的自動 化水平和生產效率 ,減輕了現(xiàn)場

15、操作人員的勞動強度 。同時 ,它 還簡化了機床的電氣控制系統(tǒng) ,在工藝程序變更時 ,更突出表現(xiàn) 其靈活方便的優(yōu)越性 。系統(tǒng)具有控制實時性好 、可靠性高 、擴充 性強 、操作方便的優(yōu)點 ,受到用戶的歡迎 。 (下轉第 42 頁) 2004 年第 6 期 39 調查樣本數據如表 3 : 表 3 調查樣本數據 對調查樣本進行歸一化處理 , 歸一化后的調查樣本如表 4 : 表 4 歸一化后的調查樣本數據 各個因素權重向量為 ( 0 . 2 , 0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 1 , 0 . 1 , 0 . 1 , 0 . 2) , 評 判等級和其對應分

16、數的向量為 ( 0 , 10 , 30 , 50 , 70 , 90 , 100) , 根 據歸一化后的樣本 , 計算各個樣本的用戶滿意度如表 5 。 表 5 用戶滿意度調查結果 了以用戶為中心的思想 。通過采用基于變因素集和多語義粒度 的用戶滿意度評價方法 ,使得企業(yè)的用戶滿意度調查體現(xiàn)“以用 戶為中心”的思想 ,為企業(yè)評價自身的服務質量提供了更加客觀 的數據 。 參考文獻 岑詠霆 1 顧客滿意度測評的模糊綜合評判模型 , 遼寧工程 技術大學學報 (自然科學版) ,2001 (10) :715～718 宇文立平 ,錢敏 ,張金鎖 1A HP 法在顧客滿意度指標評價中 的應

17、用 J 1 西安科技學院學報 ,2001 (6) :175～177 Hendrickso 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 何新貴 1 模糊知識處理的理論與技術 1 北京 ,國防工業(yè)出 版社 ,1998 收稿日期 :200

18、3 - 10 - 14 作者簡介 : 趙麗萍 ( 1963 - ) ,女 ,西安交通大學 CIMS 研究 1 對于表 5 中的計算結果采用加權平均法的到最終的用戶滿 意度指數 。一般取各個樣本權重相同 , 最終的用戶滿意度指數 I 為所有調查樣本用戶滿意度指數的平均值 , 即 n 2 3 Σw i ri I = i = 1 = 82 + 61 + 62 = 68 3 n 對于評價結果采取 5 分層法 ( 很 滿 意 100 ～ 80 、滿 意 80 ～ 60 、一般 60～40 、不滿意 40～20 、很不滿意 20～0) , 用戶對該企 業(yè)的服務滿意 。

19、 4 5 結束語 本文提出了基于變因素集和多語義粒度的進行用戶滿意度 評價的方法 ,并采用模糊綜合評價法進行了評價方法的實現(xiàn) ,給 出了相應的應用實例 。該方法充分考慮到用戶的多樣性 ,體現(xiàn) 中心副教授 ,博士 。 (編輯 李秀敏) (上接第 39 頁) 3 熊幸明 1 基于 PL C 的缸體加工機床控制系統(tǒng) 1 組合機床與 自動化加工技術 ,2002 (5) 收稿日期 :2003 - 10 - 14 作者簡介 :熊幸明 (1954 - ) ,男 ,湖南長沙人 ,長沙大學機電 系教授 。 (編輯 江復) [ 參考文獻 ] 1 鐘肇新等 1 可編程控制器

20、原理及應用 1 廣州 : 華南理工大 學出版社 ,2002 2 M I TSUB ISHI EL EC TR IC COR PORA T ION FX2N 系 列 微 型可編程控制器使用手冊 , 1999 42 組合機床與自動化加工技術 樣本 樣本 1 樣本 2 樣本 3 用戶滿意度 82 61 62 因素名稱 樣本 1 樣本 2 樣本 3 質量 (0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0/ c3 , 0 . 85/ c4 , 0 . 85/ c5 , 0 . 39/ c6) ( 0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0 .

21、25/ c3 , 0 . 5/ c4 , 0 . 75/ c5 , 1/ c6) V 3 極好 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 較好 價格 (0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0/ c3 , 0 . 85/ c4 , 0 . 85/ c5 , 0 . 39/ c6) ( 0 . 25/

22、 c0 , 0 . 5/ c1 , 0 . 75/ c2 , 1/ c3 , 0 . 75/ c4 , 0 . 5/ c5 , 0 . 25/ c6) V 3 一般 設計 (0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0/ c3 , 0 . 18/ c4 , 0 . 58/ c5 , 1/ c6) V 3 較好 品位 (0/ c0 , 0/ c1 , 0/ c2 , 0/ c3 , 0 . 18/ c4 , 0 . 58/ c5 , 1/ c6) ( 0 . 25/ c0 , 0 . 5/ c1 , 0 . 75/ c2 , 1/ c3 , 0

23、. 75/ c4 , 0 . 5/ c5 , 0 . 25/ c6) V 3 較好 包裝 (0/ c0 , 0 . 18/ c1 , 0 . 58/ c2 , 1/ c3 , 0 . 58/ c4 , 0 . 18/ c5 , 0/ c6) ( 0 . 25/ c0 , 0 . 5/ c1 , 0 . 75/ c2 , 1/ c3 , 0 . 75/ c4 , 0 . 5/ c5 , 0 . 25/ c6) V 3 一般 服務質量 V 3 較差 因素名稱 質量 功能 價格 設計 品位 包裝 附加 1 V 2 較好 V 2 很好 V 2 較好 V 2 很好 V 2 較好 V 2 一般 2 V 1 好 V 1 好 V 1 一般 V 1 一般 V 1 一般 3 V 3 極好 V 3 較好 V 3 一般 V 3 較好 V 3 較好 V 3 一般 服務質量 , V 3 較差 , 重要程度 = 價格