1 引言

　　隨著PLC技術(shù)在機(jī)電一體化、工業(yè)自動(dòng)化控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用PLC取代機(jī)床傳統(tǒng)的繼電器硬接線控制已成趨勢(shì)。歐姆龍小型PLC機(jī)體積小、性價(jià)比高。雙面鉆削組合機(jī)床電氣控制采用PLC技術(shù)，不僅簡(jiǎn)化了電氣電路，而且使控制更穩(wěn)定、維護(hù)更方便。

2 機(jī)床工作原理和控制要求

　　在著手PLC設(shè)計(jì)之前，需要詳細(xì)了解雙面鉆削組合機(jī)床的丁藝過(guò)程和控制要求。雙面鉆削機(jī)床用于孔深與孔徑比較大的深孔加工。刀具分別從工件的兩端同時(shí)進(jìn)行鉆削，最后在工件中間位置鉆通。深孔鉆削的特點(diǎn)是排屑困難、不易散熱、刀桿長(zhǎng)而剛性差，所以雙面鉆削組合機(jī)床常采用行程控制法的分級(jí)進(jìn)給方式，將鉆削的行程分成若干級(jí)，每加工一定距離即快退至工件端口外進(jìn)行排屑和冷卻。其電氣控制系統(tǒng)分析如下：

　　2.1主電路

　　機(jī)床左右動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)左右刀具；左右快進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)左右滑臺(tái)快進(jìn)和快退；左右工進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)左右滑臺(tái)工進(jìn)；所有電動(dòng)機(jī)均有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和失壓保護(hù)。

　　2.2控制要求

　　組合機(jī)床自動(dòng)鉆削工作流程圖如圖1所示。

　　滑臺(tái)進(jìn)入工作狀態(tài)之前，動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)應(yīng)先起動(dòng)，驅(qū)動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)；

　　自動(dòng)控制時(shí)，左滑臺(tái)在原位、工件夾緊后立即起動(dòng)；右滑臺(tái)在原位延時(shí)起動(dòng)；

　　滑臺(tái)快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)由移動(dòng)行程開(kāi)關(guān)控制，移動(dòng)行程開(kāi)關(guān)受控于分級(jí)進(jìn)給的滑動(dòng)擋鐵；滑臺(tái)工進(jìn)行程則由時(shí)間確定；

　　滑臺(tái)快進(jìn)與快退由快進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，所以應(yīng)有相應(yīng)的互鎖；

　　滑臺(tái)可進(jìn)行“快進(jìn)一工進(jìn)一快退”自動(dòng)控制，也可進(jìn)行手動(dòng)控制；

　　滑臺(tái)可在刀具停轉(zhuǎn)后進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整；

　　左右滑臺(tái)可單獨(dú)退出，左右動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)也可單獨(dú)退出，以便調(diào)整或檢修；

　　應(yīng)有避免兩刀具在工件中間位置發(fā)生碰撞的措施；

　　應(yīng)有過(guò)扭退出和故障退出等控制。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1 硬件設(shè)計(jì)

　　3.1.1 確定輸入/輸出元件

　　雙面鉆削機(jī)床左右兩邊結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱。其中輸入元件可分為兩方面。①刀具方面：動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)起停按鈕2個(gè)，用于過(guò)扭保護(hù)的載荷繼電器左右各1個(gè)，動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)單獨(dú)退出開(kāi)關(guān)左右各1個(gè)；②左右滑臺(tái)方面：前進(jìn)與后退手動(dòng)按鈕各2個(gè)，點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)各1個(gè)，方式控制開(kāi)關(guān)各1個(gè)，故障退回按鈕各1個(gè)，行程開(kāi)關(guān)各5個(gè)，夾緊壓力繼電器1個(gè)，單獨(dú)退出開(kāi)關(guān)各1個(gè)；另有各電動(dòng)機(jī)的熱繼電器6個(gè)，共計(jì)35個(gè)。輸出元件有：控制各電動(dòng)機(jī)的交流接觸器共8個(gè)，左右滑動(dòng)擋鐵復(fù)位電磁鐵各1個(gè)，左右滑臺(tái)快進(jìn)電動(dòng)機(jī)電磁制動(dòng)器各1個(gè)，共計(jì)12個(gè)。

　　3.1.2 PLC機(jī)型選擇

　　通常PLC的是根據(jù)機(jī)床的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要確定的。不過(guò)，為了降低改造成本，節(jié)約I/0點(diǎn)數(shù)是經(jīng)常要考慮的因素。因此，對(duì)PLC的I/0點(diǎn)數(shù)可做如下處理：

　　(1)輸入元件中的熱繼電器、動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)和滑臺(tái)退出開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)均不接入PLC輸入端，而接入PLC輸出端的接線中，直接控制相應(yīng)的接觸器線圈；

　　(2)滑動(dòng)擋鐵復(fù)位用電磁鐵以及電磁制動(dòng)器為直流24V供電，所以保持原硬接線不變。同時(shí)，令控制滑動(dòng)擋鐵的中間繼電器為一輸出元件連接到PLC。

　　這樣，輸入點(diǎn)25個(gè)，輸出點(diǎn)10個(gè)，可選擇30點(diǎn)的歐姆龍CPM2A主機(jī)配8點(diǎn)的I/O擴(kuò)展單元，根據(jù)輸出元件的電氣要求，選擇交流繼電器輸出型。

　　3.1.3外部接線設(shè)計(jì)

　　PLC機(jī)型確定后，即可進(jìn)行I/0點(diǎn)的分配及相應(yīng)的PLC外部接線設(shè)計(jì)。PLC輸入端的接線簡(jiǎn)單，輸入元件均以常開(kāi)觸點(diǎn)接入。輸出端接線要注意兩點(diǎn)，一是要將卜面提到熱繼電器、動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)和滑臺(tái)退出開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)接入相應(yīng)的接觸器線圈同路中；二是在PLC外部輸出接線中，仍要有滑臺(tái)快進(jìn)和快退的電氣互鎖，以避免相問(wèn)短路的發(fā)生。

　　3.2梯形圖設(shè)計(jì)

　　3.2.1基于梯形圖的軟件設(shè)計(jì)思路

　　設(shè)計(jì)思路主要有三點(diǎn)：一是先從單邊控制人手，即先進(jìn)行左邊控制設(shè)計(jì)，再進(jìn)行右邊控制設(shè)計(jì)，然后兩段程序組合在一起；二是每邊控制程序町分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分，自動(dòng)控制過(guò)程大致分為刀具起動(dòng)、分級(jí)進(jìn)給加工、加丁結(jié)束退回三個(gè)階段。手動(dòng)控制主要是針對(duì)滑臺(tái)進(jìn)行的手動(dòng)調(diào)整；三是運(yùn)用移位指令SFT實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)自動(dòng)進(jìn)給控制。刀具未起動(dòng)或工件加工結(jié)束作為SFT指令的復(fù)位信號(hào)，使分級(jí)進(jìn)給加工階段停止；而滑臺(tái)“快進(jìn)一工進(jìn)一快退”的轉(zhuǎn)換條件作為SFT指令的移位脈沖；滑臺(tái)起動(dòng)的初始條件做為SFT指令的初始輸入數(shù)據(jù)。

　　3.2.2左邊控制的梯形圖設(shè)計(jì)

　　如上所述，左邊梯形圖程序分為兩部分。即自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，由方式控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行兩者之間的切換。雙面鉆削組合機(jī)床左邊自動(dòng)控制梯形圖如圖2所示。

　　手動(dòng)控制相對(duì)簡(jiǎn)單，采人手動(dòng)按鈕信息，由位邏輯指令實(shí)現(xiàn)快進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)長(zhǎng)動(dòng)控制，包含電氣自鎖、電氣互鎖及機(jī)械互鎖環(huán)節(jié)。如需前進(jìn)點(diǎn)動(dòng)，則利用點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)切斷自鎖回路即可。

　　需要注意的是手動(dòng)與自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換時(shí)的復(fù)位問(wèn)題。一般手動(dòng)和自動(dòng)的切換由JMP-JME指令實(shí)現(xiàn)，當(dāng)JMP的執(zhí)行條件由ON變?yōu)镺FF時(shí)，JMP與JME之間的各輸出狀態(tài)保持不變，所以在手動(dòng)方式與自動(dòng)切換時(shí)，要進(jìn)行復(fù)位操作。以免出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作。

　　3.2.3右邊控制的梯形圖設(shè)計(jì)

　　右邊控制要求與左邊基本相同，將左邊控制程序內(nèi)的軟繼電器編號(hào)作相應(yīng)的變動(dòng)，就得到了右邊控制程序。但要注意兩處明顯的不同：一是左滑臺(tái)快進(jìn)結(jié)束后，已在原位的右滑臺(tái)開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到則右滑臺(tái)起動(dòng)快進(jìn)，所以正常情況下，左刀具先鉆達(dá)目的位，然后退回，以免與右刀具相撞。那么在程序設(shè)計(jì)中，SFT指令的初始輸人數(shù)據(jù)修改為定時(shí)器的常開(kāi)觸點(diǎn)，并同時(shí)增加相應(yīng)的定時(shí)控制邏輯行；第二，為確保避免兩刀具在中間相撞，當(dāng)左滑臺(tái)加工至終點(diǎn)，壓下左邊終點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)SQ4退回時(shí)。右滑臺(tái)也同時(shí)退回。所以，SQ4作為復(fù)位信號(hào)引入SFT指令，當(dāng)滑臺(tái)退回至工件端口處時(shí)，利用微分指令DIFD產(chǎn)生SFT輸人數(shù)據(jù)和移位脈沖，滑臺(tái)可再次進(jìn)入循環(huán)控制。

4 結(jié)語(yǔ)

　　從雙面鉆削機(jī)床的PLC程序設(shè)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)。移位指令SFT在實(shí)現(xiàn)順序控制中具有一定的編程優(yōu)勢(shì)，尤其是多工位(工步)的控制。另外，如果今后功能的擴(kuò)展和丁藝的改進(jìn)，出現(xiàn)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)不足的情況，可針對(duì)程序不同時(shí)執(zhí)行的部分采取分組輸入，組合輸入或者輸入輸出設(shè)備不進(jìn)PLC等常用方式，達(dá)到減少I(mǎi)/O點(diǎn)數(shù)的目的。