摘 要：作為PLC控制的應(yīng)用實(shí)例，介紹用于縫紉機(jī)機(jī)殼加工的組合機(jī)床進(jìn)行PLC控制改造。描述了組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀況及控制要求。對(duì)PLC控制設(shè)計(jì)及編程作了具體的闡述。關(guān)鍵詞：PLC;梯型圖;組合機(jī)床
Abstract: Improvement of electrical system in the machining combined lathe of domestic sewing machine using PLC control was introduced as an example. Movement status and control requirement of the machining combined lathe were described. The article is to demonstrate the design of PLC control and the process of program in more detail.
Key words: PLC;Ladder chart;Machining combined lathe
隨著我國(guó)微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC技術(shù)在機(jī)械加工的各類機(jī)床的電氣設(shè)備的改造和新型設(shè)備的自動(dòng)控制中得到日益廣泛的應(yīng)用，本文將闡述家用縫紉機(jī)的機(jī)加工專用組合機(jī)床的PLC改造實(shí)例。
1 組合機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及控制情況
浙江某縫紉機(jī)廠，擁有很多的加工縫紉機(jī)部件的專用組合機(jī)床，用以生產(chǎn)家用縫紉機(jī)。如對(duì)家用縫紉機(jī)的機(jī)殼實(shí)施機(jī)械切削加工的組合機(jī)床，其動(dòng)力頭分布與運(yùn)動(dòng)情況如圖1所示。圖1中動(dòng)力頭Ⅰ、Ⅲ分別用于針距大孔和夾線器孔的鉆削加工，動(dòng)力頭Ⅱ用于挑線桿行線槽的銑削加工。M1，M2和M3均為三相異步電動(dòng)機(jī)，分別為Ⅰ、Ⅱ和III動(dòng)力頭的切削主運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。為便于控制組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)，在組合機(jī)床上裝了許多行程開(kāi)關(guān)，以獲取的位置信號(hào)。圖1中的行程開(kāi)關(guān)的壓動(dòng)情況為：SQ51、SQ61和SQ71分別為Ⅰ、Ⅱ和III動(dòng)力頭在原位時(shí)壓動(dòng);SQ52、SQ63和SQ72分別為Ⅰ、Ⅱ和III動(dòng)力頭工進(jìn)到位時(shí)壓動(dòng);加工時(shí)Ⅱ動(dòng)力頭先動(dòng)作，當(dāng)壓合SQ62時(shí)，Ⅰ、III動(dòng)力頭才能離開(kāi)原位。另外還有：后插銷(xiāo)滑臺(tái)降、升到位分別壓動(dòng)SQ11、SQ12;人工拔、插定位銷(xiāo)分別壓動(dòng)SQ21、SQ22;針孔桿拔、插銷(xiāo)分別壓動(dòng)SQ31、SQ32;夾具松開(kāi)、夾緊分別壓動(dòng)SQ41、SQ42。
組合機(jī)床中的液壓系統(tǒng)的油泵也由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)M0驅(qū)動(dòng)。液壓系統(tǒng)的第一個(gè)功能是給三個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)、后運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，液壓系統(tǒng)三個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)給、后退運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)中的三個(gè)三位五通換向電磁閥分別控制，動(dòng)力頭從快進(jìn)轉(zhuǎn)換到工進(jìn)由液壓行程調(diào)速閥控制，與電氣控制無(wú)關(guān)。液壓系統(tǒng)的第二個(gè)功能是：用于加工件——機(jī)殼的夾緊和松開(kāi)。其中機(jī)殼的裝夾過(guò)程是：將機(jī)殼（工件）放于工作臺(tái)上，先由液壓驅(qū)動(dòng)后插銷(xiāo)滑臺(tái)上升，再進(jìn)行人工插銷(xiāo)定位，接著由液壓驅(qū)動(dòng)針孔桿插銷(xiāo)定位，最后是液壓驅(qū)動(dòng)下夾具壓夾緊工件。夾緊過(guò)程的動(dòng)作由液壓系統(tǒng)中的三個(gè)二位五通換向電磁閥控制，這三個(gè)換向閥帶有機(jī)械自鎖。加工好的機(jī)殼（工件）的下卸過(guò)程正好與裝夾過(guò)程相反。同樣，松開(kāi)過(guò)程的動(dòng)作也由液壓系統(tǒng)中的另三個(gè)二位五通換向電磁閥控制。所以加上三個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)、退動(dòng)作，共有12個(gè)電磁閥線圈的通斷電進(jìn)行控制。
組合機(jī)床的單循環(huán)、循環(huán)和調(diào)整三種工作狀態(tài)的選擇由組合開(kāi)關(guān)SA的三個(gè)位置選擇;SB1、SB2為油泵電動(dòng)機(jī)M0的起動(dòng)、停止按鈕;SB3、SB4為選擇循環(huán)工作（含單循環(huán)）狀態(tài)時(shí)組合機(jī)床工作的起動(dòng)、停動(dòng)按鈕;其余按鈕SB11～SB62（共15個(gè)）均為選擇調(diào)整工作狀態(tài)時(shí)組合機(jī)床的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制按鈕。無(wú)論選擇何種組合機(jī)床工作狀態(tài)，油泵起動(dòng)是組合機(jī)床工作的前提，油泵停止組合機(jī)床立即停止工作。選擇單循環(huán)或循環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)動(dòng)調(diào)整按鈕 SB11～SB62不起作用;選擇調(diào)整工作狀態(tài)時(shí)，組合機(jī)床工作起動(dòng)、停止按鈕SB3、SB4不起作用。
因此原組合機(jī)床的控制電路有一個(gè)組合開(kāi)關(guān)、19個(gè)按鈕、4個(gè)接觸器、12個(gè)行程開(kāi)關(guān)、12個(gè)電磁閥線圈、還有眾多的中間繼電器、時(shí)間繼電器，其控制電路的接線非常復(fù)雜，電器觸點(diǎn)易損壞。所以使用時(shí)間一長(zhǎng)，可靠性變差，故障率增大，維修困難，從而使生產(chǎn)受到很大的影響，因此迫切需要對(duì)此專用組合機(jī)床的電氣控制電路進(jìn)行技術(shù)改造，經(jīng)分析決定采用PLC控制技術(shù)，以滿足生產(chǎn)可靠性的要求。
2 PLC控制的設(shè)計(jì)
2.1 PLC的I/O分配表
根據(jù)組合機(jī)床的電氣控制、液壓系統(tǒng)原理，設(shè)備要求的輸入/輸出均為開(kāi)關(guān)量，分析輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，選擇了日本OMRON公司的CPM1A-40CDR型的PLC，繼電器輸出。其中PLC的輸入點(diǎn)是24點(diǎn)，輸出是16點(diǎn)。16個(gè)輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)控制4臺(tái)電動(dòng)機(jī)的4個(gè)接觸器，12個(gè)電磁閥線圈，剛好夠用。對(duì)于輸入點(diǎn)，有SA的3個(gè)檔位、油泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止按鈕，循環(huán)工作的起動(dòng)、停止按鈕和調(diào)整用的15個(gè)按鈕共22個(gè)輸入點(diǎn)，另有行程開(kāi)關(guān)輸入點(diǎn)15個(gè)，這樣有 37個(gè)輸入點(diǎn)，因此PLC的24個(gè)輸入點(diǎn)不夠用，為此采用輸入公共端切換的方法來(lái)擴(kuò)充PLC的輸入點(diǎn)數(shù)，將單循環(huán)和循環(huán)控制的輸入置于一條公共線上，而將點(diǎn)動(dòng)調(diào)整的輸入置于另一條公共線上，這兩條公共線的切換由組合開(kāi)關(guān)SA完成。保證每種情況下的輸入點(diǎn)不超過(guò)24 點(diǎn)。具體的PLC的I/O點(diǎn)分配表如表1 所示。
表1 I/O點(diǎn)分配表
2.2 PLC控制的程序設(shè)計(jì) PLC控制程序用梯型圖編程完成，根據(jù)控制要求，總框圖如圖2所示。圖中有一個(gè)復(fù)位至原位的程序，這是考慮到油泵電動(dòng)機(jī)M0起動(dòng)后，選擇循環(huán)工作方式時(shí)，如果機(jī)床不在原位狀態(tài)，按下工作起動(dòng)按鈕，可能會(huì)使各動(dòng)力頭相撞。因此必須使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ動(dòng)力頭自動(dòng)回原位，夾具自動(dòng)松開(kāi)，針孔桿自動(dòng)拔銷(xiāo);如果后插銷(xiāo)滑臺(tái)沒(méi)有下降，則人工拔定位銷(xiāo)使滑臺(tái)自動(dòng)下降。
圖3所示為組合機(jī)床循環(huán)工作（含單循環(huán)）的PLC的梯形圖。其中組合機(jī)床的循環(huán)工作狀態(tài)與單循環(huán)工作狀態(tài)由SA組合開(kāi)關(guān)選擇，它們的不同之處是，單循環(huán)工作狀態(tài)每開(kāi)始一個(gè)循環(huán)必須按一下SB3，而循環(huán)工作狀態(tài)則在一個(gè)循環(huán)結(jié)束后設(shè)置30秒鐘的延時(shí)，用于取放工件，延時(shí)到，則機(jī)床自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)工作循環(huán)，不需再按SB3。梯形圖中的內(nèi)部輔助繼電器20110、20111、20112分別代表復(fù)位至原位程序中的復(fù)位1、復(fù)位2和原位，而20000至 20010分別用于移位，按加工流程進(jìn)行控制。
3 結(jié)語(yǔ)
把PLC技術(shù)應(yīng)用于家用縫紉機(jī)的機(jī)殼加工專用組合機(jī)床，采用了輸入公共點(diǎn)切換的方法來(lái)擴(kuò)充輸入點(diǎn)數(shù)，用少輸入點(diǎn)的PLC代替多輸入點(diǎn)的PLC，節(jié)省了改造成本;用移位指令控制循環(huán)加工流程，經(jīng)改造后的控制系統(tǒng)可靠性高，穩(wěn)定性好，易于維護(hù)，加工零件的質(zhì)量也得到了得到了很好的保證，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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