【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性增強(qiáng)。 2. 技術(shù)性能 （ 1） PLC 選型： PLC 的選擇是否讓功能與任務(wù)相適應(yīng)； PLC 的處理速度是否滿足實(shí)時(shí)控制的要求； （ 2）擴(kuò)展模塊的選擇：開關(guān)量輸入模塊工作電壓的選擇；開關(guān)量輸出模塊輸出方式的選擇；模擬量輸入模塊的模擬量值的輸入范圍考慮。 總之，本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可行性、可靠性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性都很強(qiáng)，能夠進(jìn)一步 地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。同時(shí)，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮控制系統(tǒng)的技術(shù)性能。 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 第 3章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)第三章的四工位組合機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)的概述和方案選擇，在對(duì)控制系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)所用的元器件進(jìn)行選型，地址分配，最后對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求及四工位機(jī)床的自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)的控制分析如下： 1．用夾緊壓力傳感器來檢測(cè)壓力，用它來檢測(cè)夾具的夾緊程度，當(dāng)壓力達(dá)到夾緊壓力傳感器中設(shè)定值時(shí)，夾具夾緊裝置不再運(yùn)動(dòng)。夾具的夾緊與 放松由雙線圈兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來實(shí)現(xiàn)的。 2． 滑臺(tái)共有四個(gè)，在滑臺(tái)的前端則有四個(gè)加工動(dòng)力頭，滑臺(tái)主要是用來載著四個(gè)動(dòng)力頭滑動(dòng)，從而以便加工動(dòng)力頭加工零件，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)由行程開關(guān)控制，其運(yùn)動(dòng)則由雙線圈兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來實(shí)現(xiàn)的。 3．在動(dòng)力頭對(duì)零件進(jìn)行加工時(shí)，為了確保零件達(dá)到工藝要求，不應(yīng)該四工位同時(shí)加工，那樣由于壓力過大并且會(huì)出現(xiàn)工位與工位之間加工動(dòng)力頭的碰面而造成破壞，但一個(gè)一個(gè)工位慢慢的加工則效率低下，所以在這當(dāng)零件固定后，四個(gè)工作滑臺(tái)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，但四工位并不同時(shí)加工，而是 I、 III 工位先加工，延時(shí)一點(diǎn)時(shí)間后， II、 IV 工位再進(jìn)行加工。在動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)上，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)加工頭，在以往的設(shè)計(jì)上，一般會(huì)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)正反 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電力頭，在這則沒必要， 只 要電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)就可以那，因?yàn)樵谶@ 里 并不是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)向前加工，反轉(zhuǎn)向前加工。而是由滑臺(tái)載著電動(dòng)機(jī)前進(jìn)和后退。 4． 在輸送未加工的零件的過程 中，為了不造成在前端的零件的堆積，在上料推桿抓取零件的部位， 安裝 了 一個(gè)光電開關(guān)，當(dāng)那有一個(gè)零件時(shí)，通過光電 開關(guān)感應(yīng)到零件后，通過光電開關(guān)切斷傳輸帶 1 的運(yùn)行，而當(dāng)零件被上料機(jī)械手取走后，又通過光電開關(guān)啟動(dòng)輸送帶。而對(duì)與輸送加工完畢的零件，因?yàn)椴粫?huì)造成零件的累積， 只需直接將輸送帶連至裝放加工完的零件的倉(cāng)庫(kù)就可以那，在此設(shè)計(jì)中 將傳送帶 2 安裝在下料推桿的正下方，這樣由下料推桿送來的零件直接掉入到傳送帶 2 上。 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 5． 在這有兩個(gè)推桿部分，一個(gè)用來上料，一個(gè)用來下料。當(dāng)光電開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，上料推桿抓取輸送帶傳來的零件、前進(jìn)、到位后、松開放下零件，而后退回到原始起點(diǎn)。在零件加工完畢后，下料推桿開始取走零件，它的工作原理與上 料 推桿 一樣 。在推桿的操作過程中，啟動(dòng)與后退由按鈕控制，而前進(jìn)、后退這些循環(huán)的工作則有行程開關(guān)控制。 6． 在這個(gè)系統(tǒng)中，為了減少成本，采用了大量的電磁閥取代電動(dòng)機(jī)，使的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔實(shí)用，例如，滑臺(tái)的正反運(yùn)動(dòng)、上料器正反運(yùn)動(dòng)均采用雙線圈兩位電磁閥來實(shí)現(xiàn)。 7． 整個(gè)系統(tǒng)要求運(yùn)行安全可靠，適應(yīng)連續(xù)化生產(chǎn)的需要。 子系統(tǒng)劃分 對(duì)四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為按鈕操作系統(tǒng)、 PLC 電氣控制系統(tǒng)、PLC 與上位機(jī)通訊系統(tǒng)三部分。 1． 按鈕操作系統(tǒng) 按鈕操作系統(tǒng)主要用來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的啟停，還有一個(gè)選擇按鈕可以用來選選擇系 統(tǒng)的操作模式：全自動(dòng)和半自動(dòng)。并能實(shí)現(xiàn)緊急停車。 2． PLC 電氣控制系統(tǒng) PLC 電氣控制系統(tǒng)主要對(duì)夾具部分、工作滑臺(tái)系統(tǒng)、加工動(dòng)力頭系統(tǒng)、進(jìn)料部分、 傳送系統(tǒng)、上料推桿、下料推桿、以及液壓和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制，利用 PLC 實(shí)現(xiàn)功能要求的邏輯適時(shí)控制和信息傳送。 3．檢測(cè)系統(tǒng) 在傳送帶的裝置上，有光電開關(guān)、而夾具上有夾緊壓力傳感器、進(jìn)料裝置則有進(jìn)料壓力傳感器、防料壓力傳感器。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)分析 由第二章的控制系統(tǒng)原則可知，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)分析包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)信號(hào)傳輸圖的設(shè)計(jì)。 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求， PLC 控制器主要是對(duì)夾具、進(jìn)料裝置、工作滑臺(tái)、加工動(dòng)基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 力頭、傳送系統(tǒng)、上料推桿、下料推桿、 冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，四工位機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸圖 系統(tǒng)的控制工藝要求，由其相互邏輯關(guān)系，可以得到控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸圖，如圖 所示 。 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，主要包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算、模塊選型、 I/O 地址分配和電路設(shè)計(jì) 。 PLC控制系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 由四工位機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)的 PLC 自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)框圖以及信號(hào)傳輸圖可得：電氣控制系統(tǒng)要求 3 個(gè)壓力傳感器分別用來檢測(cè)夾具的夾緊壓力、進(jìn)料裝置的進(jìn)料壓力、進(jìn)料裝置的放料壓力。 1 個(gè)光電開關(guān)用來檢測(cè)傳送帶 1 上 的 零件的到來，還需要 12 個(gè)位置開關(guān)，這些位置開關(guān)分別用來控制四個(gè)滑臺(tái)以及上、下料推桿 的運(yùn)動(dòng)行程。輸出則主要是控制滑臺(tái)、加工動(dòng)力頭、進(jìn)料裝置、上下料推桿、冷卻、夾具等裝置，其中滑臺(tái)的往返運(yùn)動(dòng)、上下料推桿的來回運(yùn)動(dòng)由雙線圈兩位電磁閥來實(shí)現(xiàn)、而加工動(dòng)力頭則由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。 PLC 控制 電源 工作滑臺(tái) 夾具 冷卻系統(tǒng) 上料推桿 上料輸送帶 下料推桿 加 工動(dòng)力頭 進(jìn)料裝置 下料輸送帶 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 圖 PLC 控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸圖 除此之外，還要求一些電機(jī)運(yùn)行，以及指示燈和按鈕等器件。所需各元器件功能及所占 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)見表 、表 所示。 可 編 程 序 控 制 器 檢 測(cè) 夾緊壓力 進(jìn)料壓力 放料壓力 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 控 制 上料推桿 夾具 進(jìn)料裝置 工作滑臺(tái) 加工動(dòng)力頭 下料推桿 冷卻裝置 傳輸裝置 傳輸裝置 前進(jìn) 后退 夾緊 放松 進(jìn)料 放料 進(jìn) 退 加工 前進(jìn) 后退 冷卻 傳送帶 1 光電開關(guān) 傳送帶 2 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 表 系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目名稱 輸入點(diǎn)數(shù) 備注 輸入總點(diǎn)數(shù) 光電開關(guān) 1 檢測(cè)傳送帶上零件 42 行程開關(guān) 12 限位滑臺(tái)、上下料 檢測(cè)裝置 3 檢測(cè)進(jìn)、放料、夾具 按鈕 1 3 啟動(dòng)、總停、預(yù)停 按鈕 2 19 手動(dòng)啟動(dòng)各電動(dòng)機(jī)、電磁閥 選擇按鈕 1 選擇系統(tǒng)操作模式 表 系統(tǒng)輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目名稱 輸出點(diǎn)數(shù) 備注 輸出總點(diǎn)數(shù) 滑臺(tái)進(jìn)退 8 控制滑臺(tái)進(jìn)、退 23 夾具 2 控制夾具夾緊、放松 動(dòng)力加工頭 6 四個(gè)工位的加工、傳送帶 上下料機(jī)械手 4 控制機(jī)械手進(jìn)、退 防料裝置 2 控制放料器放、進(jìn)料 冷卻裝置 1 控制冷卻 PLC的選型 1. PLC 的選型 由以上對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的分析可知，該系統(tǒng)是以開關(guān)量控制為主，并不帶有模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，并不需選用帶有 A/D 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊。同時(shí)，考慮到該系統(tǒng)是單機(jī)系統(tǒng)，可選擇單元式結(jié) 構(gòu)的運(yùn)算功能較強(qiáng)的 PLC。單元式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕、成本低 、安裝方便，可直接裝入機(jī)床或其他設(shè)備的電控柜中，在本次設(shè)計(jì)中， 選用日本三菱電機(jī)公司研制開發(fā)的 FX2N 系列 PLC。 FX 系列可編程控制器是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最新、最具特色、最具代表性的微型 PLC。 FX系列 PLC 基于 “基本功能、高速處理、便于使用 ”的研發(fā)理念，使其具有數(shù)據(jù)傳送與比較、基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 四則運(yùn)算與邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)循環(huán)與移動(dòng)等應(yīng)用指令系統(tǒng)。除此之外，還具有輸入輸出刷新、中斷、高速計(jì)數(shù)器比較指令、高速脈沖輸出等高速處理指令，以及在 SFC 控制方面，將機(jī)械 控制的標(biāo)準(zhǔn)封裝化的狀態(tài)初始化指令等，使功能大大增強(qiáng)。其主要特點(diǎn)是： （ 1）豐富的指令； （ 2）豐富的內(nèi)置集成功能； （ 3）實(shí)時(shí)特性； （ 4）強(qiáng)勁的通訊能力； （ 5）豐富的擴(kuò)展模塊； （ 6）可靠性好，適應(yīng)性強(qiáng)； （ 7）性能價(jià)格比高。 2. I/O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)上述對(duì)控制系統(tǒng)的分析、控制系統(tǒng)所要完成的功能以及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算，系統(tǒng)數(shù)字輸入點(diǎn)數(shù)共 42 點(diǎn)，數(shù)字輸出點(diǎn)數(shù)共 23 點(diǎn)，可選擇 FX2N48MR，并對(duì)其 I/O口進(jìn)行一定的擴(kuò)展，其主要特點(diǎn)如下： （ 1） 24 輸入 /24 輸出共 48 個(gè)開關(guān)量 I/O 點(diǎn)；繼電器輸出 （ 2）擴(kuò)展模塊可使用點(diǎn)數(shù) 48~120 點(diǎn)； （ 3） 13KB 的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)空間； （ 4） 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 的高速脈沖輸出； （ 5） 2 個(gè) RS485 通信 /編程口； （ 6）具有多點(diǎn)接口 MPI 通信協(xié)議； （ 7）具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 PPI 通信協(xié)議； （ 8）具有自由通信口； （ 9） I/O 端子排可以很容易地整體拆除。 3. 開關(guān)量輸入輸出的選擇 輸入輸出一般 都是直流 24V供電，可由 PLC內(nèi)部直接提供。輸入輸出則選擇繼電器輸出。繼電器輸出方式價(jià)格便宜，使用范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)電壓和過電流的能力較強(qiáng)，且有隔離作用。 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 4. 擴(kuò)展模塊的選擇 根據(jù)開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算及所要留的裕量，以及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件與模塊之間的距離，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇輸入輸出模塊 FX2N48EXRH，它可擴(kuò)展 24個(gè)輸入、 24個(gè)輸出。 控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配 根據(jù)控制系統(tǒng)要求利用 PLC 控制的信號(hào)的分布情況，綜合考慮各輸入、輸出點(diǎn)的性質(zhì)，對(duì)各輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行分組分配，其對(duì)應(yīng) PLC 輸入 /輸出地址分配如表 所示。 表 輸入輸出信號(hào)地址分配表 輸 入 信號(hào)名稱 外部 元件 地址號(hào) 功能說明 光電開關(guān) YJ4 X17 檢測(cè)零件的有、無 系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 SB2 X22 啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng) 系統(tǒng)總停按鈕 SB1 X21 停止整個(gè)系統(tǒng) 系統(tǒng)預(yù)停按鈕 SB3 X23 預(yù)停整個(gè)系統(tǒng) 滑臺(tái) I 原位信號(hào) SQ1 X0 在起點(diǎn)位限制 滑臺(tái) I 滑臺(tái) I 終點(diǎn)信號(hào) SQ2 X1 在終點(diǎn)位限制 滑臺(tái) I 滑臺(tái) II 原點(diǎn)信號(hào) SQ3 X2 在起點(diǎn)位限制 滑臺(tái) II 滑臺(tái) II 終點(diǎn)信號(hào) SQ4 X3 在起點(diǎn)位 限制 滑臺(tái) II 滑臺(tái) III 原點(diǎn)信號(hào) SQ5 X4 在起點(diǎn)位限制 滑臺(tái) III 滑臺(tái) III 終點(diǎn)信號(hào) SQ6 X5 在起點(diǎn)位限制 滑臺(tái) III 滑臺(tái) IV 原點(diǎn)信號(hào) SQ7 X6 在起點(diǎn)位限制 滑臺(tái) IV 滑臺(tái) IV 終點(diǎn)信號(hào) SQ8 X7 在起點(diǎn)位限制 滑臺(tái) IV 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 上料器原位信號(hào) SQ9 X10 在原位限制上料器運(yùn)動(dòng) 上料器終點(diǎn)信號(hào) SQ10 X11 在終點(diǎn)限制上料器運(yùn)動(dòng) 下料器原位信號(hào) SQ11 X12 在原位限制下料器運(yùn)動(dòng) 下料器終點(diǎn)信號(hào) SQ12 X13 在終點(diǎn)限制下料器運(yùn)動(dòng) 夾緊壓力信號(hào) YJ1 X14 用傳感器檢測(cè)壓力 進(jìn)料壓力信號(hào) YJ2 X15 用傳感器檢測(cè)進(jìn)料壓力 放料壓力信號(hào) YJ3 X16 用傳感器檢測(cè)放料壓力 選擇開關(guān)信號(hào) SA1 X25 選擇系統(tǒng)操作模式 啟動(dòng)按鈕 SB5 X26 啟動(dòng)滑 臺(tái) I 前進(jìn) 啟動(dòng)按鈕 SB6 X27 啟動(dòng)滑臺(tái) I 后退 啟動(dòng)按鈕