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豳啜—強圜l Academic·Papers 基于PLC的組合機床控制系統(tǒng)木 The Control System for the Modular Machine Tool Based on PLC 張偉中 沈軍達 (浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣工程系，杭 州310053) 摘要：闡述了基于PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)的控制原理、硬件選擇、程序設(shè)計。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)簡單，操作方便，運行可靠，提高了經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞：組合機床PLC 控制系統(tǒng) Abstract：Combine with the sample of the PLC control system for modular machine tool in hangzhaou advance gearbox group，the systems control principle，component choose，and programer design are studied in this pape．And the results of parctice show that its structure is simple，its operation is convenient，and its run reliable．The application of this system can improve its benefit． Key words：modular machine tool PLC Control system 0引 言 組合機床是對某種工件進行特定加工的一種高效率、自動 化專用加工設(shè)備。原有的控制電路為繼電器、接觸器控制。其觸 點多，線路復(fù)雜，故障率高，給操作及維修人員帶來不便．并影 響生產(chǎn)率的進一步提高 而PLC是一種專用工業(yè)控制器．功能 強大，操作方便，可靠性高．能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境．在各種工 業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用 本文使用歐姆龍公司CPM2A型． 以杭州前進齒輪箱集團用于加工齒輪箱體兩個通孔的組合機 床為對象．對其電氣控制部分進行了改造 1控制功能和原理 1-1 組合機床基本組成 (1)動力部件用于實現(xiàn)主軸的左、右運動和液壓油的供 給，以及驅(qū)動滑臺的運動和夾緊裝置動作。 (2)運動部件 主要包括主軸及用于完成機床部件的移動 與機床各部件之間的傳動部分．包括主軸、進給滑臺、工作臺、 傳動皮帶輪調(diào)速、夾緊裝置等 (3)支承部件是機床的基礎(chǔ)部件，用于支承、安裝組合機 床的其他部件。主要部分有床身、立柱、立柱墊。 除此之外，組合機床還有用于機床加工、冷卻、排屑、潤滑 等輔助動作 1．2組合機床動作過程 該組合機床主要目的是實現(xiàn)齒輪箱箱體左、右兩個通孔的 加工，為此工位有3個：第一個是工件的夾緊工序；第二個是鏜 孔工序(主軸)；第三個工位做裝卸工具用。其加工動作過程為： 左、右滑臺同時快進；左、右滑臺同時工進；左、右滑臺同時快 退；夾緊缸夾緊；夾緊缸松開；回到原位。 1．3改造設(shè)計思路 1．3．1設(shè)計思路 根據(jù)具體設(shè)備加工要求．考慮綜合因素．改造設(shè)計思路如 下：(1)原有機床的加工工藝步驟保持不變；(2)原有的電氣系 統(tǒng)的操作方式不變；(3)在改造過程中，機床原有的按鈕、行程 開關(guān)、控制變壓器、交流接觸器及熱繼電器等繼續(xù)使用，總停按 鈕繼續(xù)使用常閉觸頭。油路和液壓缸等都繼續(xù)使用；(4)將原有 的繼電器控制線路改由PLC實現(xiàn)。 1．3．2 PLC選型 經(jīng)過詳細分析組合機床控制要求．系統(tǒng)需要22個輸入點、 基金項目：浙江機電職業(yè)技術(shù)學院孵化基金資助項目，課題名稱“專用數(shù)控設(shè)備研制”(編號20080103)。 作者簡介：張偉中 碩士，講師。研究方向為數(shù)控系統(tǒng)方向理論及應(yīng)用技術(shù)。 沈軍達機電教研室主任．高級工程師。學科帶頭人。 64機電一體化{2．"09 4 15個輸出點，都為開關(guān)量。因此．選用OMRON 4O點的 CPM1A一40CDR．其中輸人點24個。輸出點16個。在滿足要求 的同時也留有一定的裕量 1．3-3控制功能模塊圖 該組合機床控制系統(tǒng)改造后核心模塊為PLC．主要的輸入 模塊包括啟動、停止按鈕，夾緊、松開開關(guān)，左右運動點動和自 動的開關(guān)等。輸出模塊主要包括左右滑動的實現(xiàn)、動力源起停 控制、各指示燈、保護措施等。見圖1。 竺 r_r——一 巫 c A ．J(主機) 左右滑臺點動 ／自動開關(guān) 左／右運動電磁閥 泵／電機動作實現(xiàn) 各類指示燈 備用電機電磁閥 ===：================ 有關(guān)動作保護 圖1控制功能模塊示意圖 2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 改造后?？刂茖ο鬄镸1液壓泵、M2左邊主軸電動機、M3 右邊主軸電動機，分別由交流接觸器KM1、KM2、KM3控制。主 電路電壓為380V，由電網(wǎng)提供：3臺電動機控制用的交流接觸 器繼續(xù)使用原有的．其控制電壓為220V．仍由原有的控制變壓 器提供；電磁閥的直流控制電壓為24V．還由原來的整流電路 提供。經(jīng)分析確定PLCI／O點的分配表后，繪出其輸入、輸出硬 件的接線見圖2 0l001 O1002 O】OD3 0l0o4 O1005 0l()06 OlOo7 Yv8夾緊 油泵開 左主軸 右主軸 圖2 PLC輸入、輸出接線圖 控制系統(tǒng)具體動作實現(xiàn)分析如下 (1)電磁閥YV1、YV2、YV3控制左工作臺的進給．電磁閥 YV4、YV5、YV6控制右工作臺的進給。 (2)當SA1打到手動狀態(tài)時，按下SB3按鈕，YV8得電， 主軸夾緊；按下SB5按鈕，電磁閥YV2、YV3得電．左工作臺點 Academic·Papers l暖盼—圈圜 動快進；按下SB6，電磁閥YV1得電，左工作臺點動快退：按下 SB7，電磁閥YV2得電，左工作臺點動工進；按下SB8按鈕．左 軸點動運轉(zhuǎn)；按下SB9按鈕，電磁閥YV5、YV6得電 左工作臺 點動快進；按下SB10，電磁閥YV4得電，左工作臺點動快退：按 下SB1l。電磁閥YV5得電，左工作臺點動工進：按下SB12按 鈕．左軸點動運轉(zhuǎn) (3)當SA1打到自動狀態(tài)時，按下SB3按鈕，YV8得電，主 軸夾緊。左自快進．撞到位置開關(guān)SQ1．位置開關(guān)SQ1常開閉 合；左自工進，撞到位置開關(guān)SQ2，位置開關(guān)SQ2，常開閉合；左 自快退，撞到位置開關(guān)SQ0；右自快進，撞到位置開關(guān)SQ4，位 置開關(guān)SQ4常開閉合；右自工進，撞到位置開關(guān)SQ5．位置開關(guān) SQ5常開閉合；右自快退．撞到位置開關(guān)SQ3 (4)位置開關(guān)SQO、SQ3常開閉合、常閉斷開，循環(huán)結(jié)束。 3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 該PLC控制系統(tǒng)的軟件由公用程序、全自動程序、半自動 程序、手動程序以及故障報警程序等六部分組成 主要功能程 序按照控制要求，按照手動和自動兩個模進行順序設(shè)計．使程 序邏輯清楚，便于維護與擴展。順序功能圖見圖3。 PLC上電后，PLC自動循環(huán)掃描程序：如果該手動執(zhí)行條 00002+O(O01+00107 油泵開 H 0l104 夾緊缸夾緊L一01103 左、右快進 01005 01006 0ll00 Ol101 01105 01l06 左、右工進H 01005 01100 O1106 Ol105 左、右快退主軸停H 01004 01007 夾緊缸松開 左、右原位 L-J 01002 圖3程序順序功能圖 (下轉(zhuǎn)第69頁) 扮 4}機電一體化65 m m 咀mⅢ 瞄吡 叭 叭叭一叭 叭叭 躲 腿鉀帖 帆∞舵m∞¨m∞傀 ∞吆郵∞ llllll l1 2 5 4 3 21 0 l¨ B 7 5 5l 3 ZI 剛嘲眥 葶i嗽 i；} 辱} 4．1．3列車制動力的計算 制動是列車調(diào)速的重要手段．尤其在限制速度、下坡道及 進站停車時 列車的制動模式分為常用制動和緊急制動兩種。 正常駕駛時采用常用制動．遇到突發(fā)事件時啟用緊急制動。列 車制動包括電制動和氣制動．電制動力由列車牽引電機施加， 其計算方法與前面牽引力計算方法類似。由于電制動力與列車 速度有關(guān)．因此列車制動時常輔以氣制動來達到制動減速的目 的。列車運行的中途過程中．由于運行線路不同，對列車的限制 速度也不同．一旦列車因超目標速度而進入常用制動模式 列 車的速度呈遞減趨勢．此時列車的牽引力為零。氣制動力為 B2=m 二 一只一Bl。 (7) t 其中，曰。為電制動力， 為氣制動力，m為列車總質(zhì)量， 。為列 車當前速度 為列車目標速度，t為制動時間， 為列車阻力。 要求獲得的最大減速度不超過一1．0m／s2。列車進站停車時，由于 對進站速度及停車位置的準確性有嚴格的要求．因此我們采取 分段制動的方法．即列車離?？空九_某一固定距離時．在該點 至停車點處設(shè)置若干限速區(qū)間 限速區(qū)間內(nèi)制動力的求解方法 與式(7)類似。列車緊急制動時，我們一般取減速度為一1．3 m／s 。 3．2邏輯控制模型 實際列車的控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜的．但由于該虛擬駕駛仿 真系統(tǒng)的硬件資源有限．我們按其功能實現(xiàn)可簡化為以下幾個 模塊：駕駛模塊、制動模塊、照明模塊、受電弓控制模塊、推進模 塊、門控制模塊。 駕駛模塊主要完成喚醒列車、斷開列車、鑰匙開關(guān)閉合、司 機駕駛臺指示燈的顯示、除霜、司機室的風擋清洗、列車救援用 到的掛鉤解鉤等功能。照明模塊實現(xiàn)客室普通照明、緊急照明、 司機室照明、頭燈尾燈閱讀燈的功能。受電弓控制模塊完成受 電弓的升降功能 制動模塊實現(xiàn)列車所需要的常用制動和緊急 制動功能 推進模塊主要的功能有列車駕駛模式的選擇．以及 Academic·Papers l島田—圈圜 對主控器駕駛手柄位置解碼的功能。門控制模塊主要實現(xiàn)門的 開關(guān)功能。 根據(jù)對這些模塊的分析，我們可建立模塊方框圖，見圖4。 圖中每個模塊并不是孤立的，它們之間存在著聯(lián)系，各個系統(tǒng) 之間的變量傳遞可以在程序中通過設(shè)置全局變量實現(xiàn)。 圖4控制系統(tǒng)的模塊圖 4結(jié)束語 列車虛擬駕駛仿真系統(tǒng)包括虛擬控制臺、列車運行虛擬場 景等．通過驅(qū)動場景和噪聲仿真．可以給駕駛者提供一個較逼 真的環(huán)境．使列車司機培訓不用復(fù)雜的設(shè)備和較大的場地就能 使駕駛者對列車的駕駛技術(shù)有較深的了解．達到了節(jié)省資源提 高效率的目的。 參考文獻 [】]徐安．城市軌道交通電力牽引[M]．：lli~：中國鐵道出版社，2007． [2]王裕儉．基于Muhigen Creator和Vega的虛擬現(xiàn)實探討[J]．測繪 信息與工程，2003(4)：4—7． [31高志偉．Visual 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