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    可編程PLC在數控車床中的應用

    作者: 來源: 日期:2014-09-25 22:32人氣:
      摘要:可編程控制器廣泛應用于數控機床等工業控制中,本文主要介紹了可編程控制器的工作原理、功能以及與數控機床外部設備之間的信息交換,并以我院的CK160數控車床為例說明其應用。

      關鍵詞:可編程控制器;數控機床;換刀

      1引言

      目前,可編程控制器(PLC)廣泛應用于數控機床等工業控制中。數控機床的控制部分可分為數字控制和順序控制兩部分,數字控制部分包括對各坐標軸位置的連續控制,而順序控制包括對主軸正/反轉和啟動/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾架、排屑等輔助動作的控制,F代數控機床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制,使數控機床結構更緊湊,功能更豐富,響應速度和可靠性大大提高。

      在吸收國外先進技術的基礎上,小規格全功能CK160數控車床。該數控車床采用日本FANUC公司的POWERMATE0數控系統,配置全數字交流伺服裝置,主軸采用進口變頻器控制,數控系統內置PLC,功能指令強,使用方便、靈活、用戶易懂。

      現以CK160為例,說明PLC在數控機床上的應用。

      2車床的PLC數控系統控制原理設計

      2.1車床的操作要求

      車床一般加工回轉表面、螺紋等。要求其動作一般是X、Z向快進、工進、快退。加工過程中能進行自動、手動、車外圓與車螺紋等轉換;并且能進行中步操作。

      2.2PLC數控系統需解決的問題

      車床的操作過程比較復雜,而PLC一般只適用于動作的順序控制。要將PLC用于控制車床動作,必須解決三個問題:

      1)如何產生驅動伺服機構的信號及X、Z向動作的協調;

      2)如何改變進給系統速度;

      3)車螺紋如何實現內聯系傳動及螺紋導程的變化。

      將PLC及其控制模塊和相應的執行元件組合,這些問題是可以解決的。

      2.3數控系統的控制原理

      普通車床數控化改造工作就是將刀架、X、Z向進給改為數控控制。根據改造特點,伺服元件采用步進電機,實行開環控制系統就能滿足要求。Z向脈沖當量取0.01mm,X向脈沖當量取0.005mm。選用晶體管輸出型的PLC驅動步進電機脈沖信號由編程產生,通過程序產生不同頻率脈沖實現變速。X、Z向動作可通過輸入手動操作或程序自動控制。車螺紋的脈沖信號由主軸脈沖發生器產生,通過與門電路接入PLC輸入端,經PLC程序變頻得到所需導程的脈沖。刀架轉位、車刀進、退可由手動或自動程序控制。

      3數控機床改造的可行性

      普通機床改造成數控機床是指對普通機床某些部位機械結構做一定的改造,加上數控裝置,從而使普通機床具有數控加工能力。

      機床數控化改造主要內容有以下幾點:

      其一是恢復原功能。對機床存在的故障部分進行診斷并恢復。

      其二是NC化。在普通機床上加數顯裝置,或加數控系統,改造成NC機床、CNC機床。

      其三是翻新。為提高精度、效率和自動化程度,對機械、電氣部分進行翻新,對機械部分重新裝配加工,恢復原精度;對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新。

      其四是技術改造或技術創新。為提高性能或檔次,或為了使用新工藝、新技術,在原有基礎上進行較大規模的技術改造或技術創新。較大幅度地提高水平和檔次。

      4可編程序控制器選型

      根據D-U3710組合機床動作循環圖、技術特性,確定采用東芝EX系列可編程控制器。東芝EX系列可編程控制器與其他類型的可編程控制器相比,體積小,耗電量小,裝置時間短,耐大電流沖擊,可靠性極高,尤其是采用與眾不同的圖形液晶讀/寫程序編寫器,可以在其顯示器上監視程序的編排、修改,一目了然,非常直觀。通過系統分析,D-3701組合機床的輸入點為24個、輸出點為19個,所以選用東芝EX系列可編程控制器的基木單元EX-40H+擴展單元EX20來完成。EX-40H+EX20的輸入點為36個、輸出點24個,大于系統所確定的I/O數,為此使用EX-40H+EX20是可行的。

      在確定系統所需的I/O數后,還需進一步確定輸入量、輸出量的元件號,輸入/輸出繼電器的元件號與它們對應的I/O號所接的端子編號是一致的,做好這一步就為繪制硬件接線圖做好了準備。在此過程中應列一張地址分配表,標明各信號的名稱、代號和分配的元件號。如果需要還應列出信號的有效狀態,是上升沿有效還是下降沿有效,是高電平有效還是低電平有效等;對于開關量輸入信號還應列出是常開觸點還是常閉觸點,觸點在什么條件下接通或斷開。為輸入量、輸出量分配好元件號后,下一步就可設計出可編程序控制器的硬件接線圖以及其他電氣部分的原理圖、接線圖和安裝圖。

      5PLC的工作過程

      PLC是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器,用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,并通過數字式和模擬式的輸人和輸出,控制各類機械的生產過程。

      PLC的工作過程即是CPU對用戶程序循環掃描并順序執行的過程:對用戶程序的執行主要按三個階段進行。

      1)輸入采樣以掃描方式順序讀入所有輸入信號的狀態,并將此狀態存入輸入映象寄存器中。在程序執行階段和輸出刷新階段中,輸入映象寄存器中的內容不會隨著實際信號變化而變化。

      2)程序執行階段程序執行按從上到下、從左到右的順序對每條指令進行掃描,并從輸入映象寄存器中和輸出映象寄存器中讀取有關數據,然后進行相應運算,運算結果重新存入輸出映象寄存器中。

      3)輸出刷新在所有指令執行完后,輸出映象寄存器中所有輸出繼電器的狀態(接通/斷開)在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中,通過一定方式輸出,驅動外部負載。

      6PLC與數控機床外部設備的信息交換

      PLC、系統和機床三者之間的信息交換包括如下四部分:

      1)機床至PLC

      機床側的開關量信號通過PLC輸入接口送至PLC中,除了極少數信號外,絕大多數信號的含義及所占用PLC的地址(X地址)均可由PLC程序設計者自行定義。

      2)PLC至機床

      PLC控制機床的信號通過PLC的輸出接口送到機床側,所有開關量輸出信號的含義及所占用PLC的地址(Y地址)均可由PLC程序設計者自行定義。

      3)系統至PLC

      系統發出控制信號輸入至PLC,所有一信號的含義及PLC的地址(F地址)均由系統制造商確定,PLC編程者只可使用,不可更改。

      4)PLC至系統

      PLC輸出控制信號到系統,所有信號的含義及PLC的地址(G地址)均由系統制造商確定,PLC編程者只可使用,不可更改。

      7PLC在數控機床中的功能

      1)操作面板的控制

      操作面板分機床操作面板和系統操作面板機床操作面板上的控制信號直接送入PLC,系統操作面板上控制信號由系統送到PLC,控制數控系統的運行。

      2)機床外部開關輸人信號

      將機床側的開關信號送入PLC,進行邏輯運算。這些控制開關包括行程開關、接近開關、壓力開關等。

      3)輸出信號控制

      PLC輸出的信號經強電柜中的繼電器、接觸器、電磁閥、信號燈等輸出給控制對象。

      4)T功能實現

      系統送出T代碼指令給PLC,經過譯碼,在數據表內檢索,找到T代碼指定的刀號,并與現行刀號進行比較,如果不符,發出換刀指令,刀盤換刀,到位停止,系統發出完成信號。

      5)M功能實現

      系統送出M代碼指令給PLC,經過譯碼,輸出控制信號,控制主軸正/反轉和啟動/停止、卡盤的夾緊和松開、冷卻液的開關等。M功能完成時,系統發出完成信號。

      8應用舉例

      下面是PLC在CK160數控車床六工位數控刀盤上的應用:

      系統送出T代碼指令(T00~T31二進制代碼),經TMF時間(參數設定),發出T代碼讀指令信號TF,PLC讀入T代碼,譯碼后,找到T代碼指定的刀號,并與現行刀號進行比較,如果不符,刀盤正轉換刀,到位反轉1秒鎖緊,換刀停止,系統發出完成信號。換刀梯形圖如圖1所示。

      QQ截圖未命名.jpg

      梯形圖中的功能指令MOVE用于邏輯乘后數據轉移,屏蔽二進制數據的高四位,完成刀具當前位置的傳送;COIN用于刀具符合檢查,完成目標刀號與當前刀號的比較;TMRB用于定時。梯形圖中的信號地址見表1。

      QQ截圖未命名1.jpg

      應用PLC的邏輯控制技術,可以大大簡化強電控制線路,提高工業產品的可靠性,隨著其性能的進一步提高和完善,必將進人更多的工控領域。

      參考文獻

      [1]卓迪仕.數控技術及應用「M].北京:國防工業出版社.1997.

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