基于plc的多工位机床控制系统

基于plc的多工位机床控制系统内容摘要：

性增强。 2. 技术性能 （ 1） PLC 选型： PLC 的选择是否让功能与任务相适应； PLC 的处理速度是否满足实时控制的要求； （ 2）扩展模块的选择：开关量输入模块工作电压的选择；开关量输出模块输出方式的选择；模拟量输入模块的模拟量值的输入范围考虑。 总之，本次设计的控制系统可行性、可靠性、可扩展性、可维护性都很强，能够进一步 地进行系统设计。 同时，在后续的设计中应该考虑控制系统的技术性能。 基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 15 第 3章 控制系统的硬件设计 根据第三章的四工位组合机床自动控制系统的概述和方案选择，在对控制系统分析的基础上，对所用的元器件进行选型，地址分配，最后对系统硬件进行系统设计。 根据课题设计要求及四工位机床的自动控制系统的特点，对系统的控制分析如下： 1．用夹紧压力传感器来检测压力，用它来检测夹具的夹紧程度，当压力达到夹紧压力传感器中设定值时，夹具夹紧装置不再运动。 夹具的夹紧与 放松由双线圈两位电磁阀驱动气缸来实现的。 2． 滑台共有四个，在滑台的前端则有四个加工动力头，滑台主要是用来载着四个动力头滑动，从而以便加工动力头加工零件，滑台运动由行程开关控制，其运动则由双线圈两位电磁阀驱动气缸来实现的。 3．在动力头对零件进行加工时，为了确保零件达到工艺要求，不应该四工位同时加工，那样由于压力过大并且会出现工位与工位之间加工动力头的碰面而造成破坏，但一个一个工位慢慢的加工则效率低下，所以在这当零件固定后，四个工作滑台同时运动，但四工位并不同时加工，而是 I、 III 工位先加工，延时一点时间后， II、 IV 工位再进行加工。 在动力头的设计上，用电动机驱动加工头，在以往的设计上，一般会设计电动机正反 转驱动电力头，在这则没必要， 只 要电动机正转就可以那，因为在这 里 并不是电动机正转向前加工，反转向前加工。 而是由滑台载着电动机前进和后退。 4． 在输送未加工的零件的过程 中，为了不造成在前端的零件的堆积，在上料推杆抓取零件的部位， 安装 了 一个光电开关，当那有一个零件时，通过光电 开关感应到零件后，通过光电开关切断传输带 1 的运行，而当零件被上料机械手取走后，又通过光电开关启动输送带。 而对与输送加工完毕的零件，因为不会造成零件的累积， 只需直接将输送带连至装放加工完的零件的仓库就可以那，在此设计中 将传送带 2 安装在下料推杆的正下方，这样由下料推杆送来的零件直接掉入到传送带 2 上。 基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 16 5． 在这有两个推杆部分，一个用来上料，一个用来下料。 当光电开关导通时，上料推杆抓取输送带传来的零件、前进、到位后、松开放下零件，而后退回到原始起点。 在零件加工完毕后，下料推杆开始取走零件，它的工作原理与上 料 推杆 一样。 在推杆的操作过程中，启动与后退由按钮控制，而前进、后退这些循环的工作则有行程开关控制。 6． 在这个系统中，为了减少成本，采用了大量的电磁阀取代电动机，使的系统结构简洁实用，例如，滑台的正反运动、上料器正反运动均采用双线圈两位电磁阀来实现。 7． 整个系统要求运行安全可靠，适应连续化生产的需要。 子系统划分 对四工位组合机床控制系统的设计主要分为按钮操作系统、 PLC 电气控制系统、PLC 与上位机通讯系统三部分。 1． 按钮操作系统 按钮操作系统主要用来实现控制系统的启停，还有一个选择按钮可以用来选选择系 统的操作模式：全自动和半自动。 并能实现紧急停车。 2． PLC 电气控制系统 PLC 电气控制系统主要对夹具部分、工作滑台系统、加工动力头系统、进料部分、 传送系统、上料推杆、下料推杆、以及液压和冷却系统进行控制，利用 PLC 实现功能要求的逻辑适时控制和信息传送。 3．检测系统 在传送带的装置上，有光电开关、而夹具上有夹紧压力传感器、进料装置则有进料压力传感器、防料压力传感器。 系统设计的结构分析 由第二章的控制系统原则可知，控制系统设计的结构分析包括：系统结构框图的设计；系统信号传输图的设计。 控制系统的结构框图 根据控制系统的要求， PLC 控制器主要是对夹具、进料装置、工作滑台、加工动基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 17 力头、传送系统、上料推杆、下料推杆、 冷却系统进行控制。 因此，四工位机床自动控制系统的基本结构框图如图 所示。 图 PLC 控制系统结构框图 控制系统的信号传输图 系统的控制工艺要求，由其相互逻辑关系，可以得到控制系统的信号传输图，如图 所示。 控制系统的硬件设计 对系统进行硬件设计，主要包括 I/O 点数的估算、模块选型、 I/O 地址分配和电路设计。 PLC控制系统 I/O 点数的估算 由四工位机床自动控制系统的 PLC 自动控制结构框图以及信号传输图可得：电气控制系统要求 3 个压力传感器分别用来检测夹具的夹紧压力、进料装置的进料压力、进料装置的放料压力。 1 个光电开关用来检测传送带 1 上 的 零件的到来，还需要 12 个位置开关，这些位置开关分别用来控制四个滑台以及上、下料推杆 的运动行程。 输出则主要是控制滑台、加工动力头、进料装置、上下料推杆、冷却、夹具等装置，其中滑台的往返运动、上下料推杆的来回运动由双线圈两位电磁阀来实现、而加工动力头则由电动机带动。 PLC 控制 电源 工作滑台 夹具 冷却系统 上料推杆 上料输送带 下料推杆 加 工动力头 进料装置 下料输送带 基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 18 图 PLC 控制系统的信号传输图 除此之外，还要求一些电机运行，以及指示灯和按钮等器件。 所需各元器件功能及所占 PLC 输入输出点数见表 、表 所示。 可 编 程 序 控 制 器 检 测 夹紧压力 进料压力 放料压力 行程开关 行程开关 行程开关 行程开关 行程开关 行程开关 控 制 上料推杆 夹具 进料装置 工作滑台 加工动力头 下料推杆 冷却装置 传输装置 传输装置 前进 后退 夹紧 放松 进料 放料 进 退 加工 前进 后退 冷却 传送带 1 光电开关 传送带 2 基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 19 表 系统输入点数统计表 项目名称 输入点数 备注 输入总点数 光电开关 1 检测传送带上零件 42 行程开关 12 限位滑台、上下料 检测装置 3 检测进、放料、夹具 按钮 1 3 启动、总停、预停 按钮 2 19 手动启动各电动机、电磁阀 选择按钮 1 选择系统操作模式 表 系统输出点数统计表 项目名称 输出点数 备注 输出总点数 滑台进退 8 控制滑台进、退 23 夹具 2 控制夹具夹紧、放松 动力加工头 6 四个工位的加工、传送带 上下料机械手 4 控制机械手进、退 防料装置 2 控制放料器放、进料 冷却装置 1 控制冷却 PLC的选型 1. PLC 的选型 由以上对 PLC 控制系统的分析可知，该系统是以开关量控制为主，并不带有模拟量控制的应用系统，并不需选用带有 A/D 转换的模拟量输入模块。 同时，考虑到该系统是单机系统，可选择单元式结 构的运算功能较强的 PLC。 单元式结构的特点是结构紧凑，体积小、重量轻、成本低 、安装方便，可直接装入机床或其他设备的电控柜中，在本次设计中， 选用日本三菱电机公司研制开发的 FX2N 系列 PLC。 FX 系列可编程控制器是当前国内外最新、最具特色、最具代表性的微型 PLC。 FX系列 PLC 基于 “基本功能、高速处理、便于使用 ”的研发理念，使其具有数据传送与比较、基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 20 四则运算与逻辑运算、数据循环与移动等应用指令系统。 除此之外，还具有输入输出刷新、中断、高速计数器比较指令、高速脉冲输出等高速处理指令，以及在 SFC 控制方面，将机械 控制的标准封装化的状态初始化指令等，使功能大大增强。 其主要特点是： （ 1）丰富的指令； （ 2）丰富的内置集成功能； （ 3）实时特性； （ 4）强劲的通讯能力； （ 5）丰富的扩展模块； （ 6）可靠性好，适应性强； （ 7）性能价格比高。 2. I/O 点数 根据上述对控制系统的分析、控制系统所要完成的功能以及输入输出点数的估算，系统数字输入点数共 42 点，数字输出点数共 23 点，可选择 FX2N48MR，并对其 I/O口进行一定的扩展，其主要特点如下： （ 1） 24 输入 /24 输出共 48 个开关量 I/O 点；继电器输出 （ 2）扩展模块可使用点数 48~120 点； （ 3） 13KB 的程序和数据存储区空间； （ 4） 6 个独立的 30kHz 的高速脉冲输出； （ 5） 2 个 RS485 通信 /编程口； （ 6）具有多点接口 MPI 通信协议； （ 7）具有点对点接口 PPI 通信协议； （ 8）具有自由通信口； （ 9） I/O 端子排可以很容易地整体拆除。 3. 开关量输入输出的选择 输入输出一般 都是直流 24V供电，可由 PLC内部直接提供。 输入输出则选择继电器输出。 继电器输出方式价格便宜，使用范围广，导通压降小，承受瞬时电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。 基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 21 4. 扩展模块的选择 根据开关量输入输出点数的估算及所要留的裕量，以及现场检测元件与模块之间的距离，在系统设计中选择输入输出模块 FX2N48EXRH，它可扩展 24个输入、 24个输出。 控制系统的 I/O 地址分配 根据控制系统要求利用 PLC 控制的信号的分布情况，综合考虑各输入、输出点的性质，对各输入、输出点进行分组分配，其对应 PLC 输入 /输出地址分配如表 所示。 表 输入输出信号地址分配表 输 入 信号名称 外部 元件 地址号 功能说明 光电开关 YJ4 X17 检测零件的有、无 系统启动按钮 SB2 X22 启动整个系统 系统总停按钮 SB1 X21 停止整个系统 系统预停按钮 SB3 X23 预停整个系统 滑台 I 原位信号 SQ1 X0 在起点位限制 滑台 I 滑台 I 终点信号 SQ2 X1 在终点位限制 滑台 I 滑台 II 原点信号 SQ3 X2 在起点位限制 滑台 II 滑台 II 终点信号 SQ4 X3 在起点位 限制 滑台 II 滑台 III 原点信号 SQ5 X4 在起点位限制 滑台 III 滑台 III 终点信号 SQ6 X5 在起点位限制 滑台 III 滑台 IV 原点信号 SQ7 X6 在起点位限制 滑台 IV 滑台 IV 终点信号 SQ8 X7 在起点位限制 滑台 IV 基于 PLC 的多工位机床控制系统的设计 22 上料器原位信号 SQ9 X10 在原位限制上料器运动 上料器终点信号 SQ10 X11 在终点限制上料器运动 下料器原位信号 SQ11 X12 在原位限制下料器运动 下料器终点信号 SQ12 X13 在终点限制下料器运动 夹紧压力信号 YJ1 X14 用传感器检测压力 进料压力信号 YJ2 X15 用传感器检测进料压力 放料压力信号 YJ3 X16 用传感器检测放料压力 选择开关信号 SA1 X25 选择系统操作模式 启动按钮 SB5 X26 启动滑 台 I 前进 启动按钮 SB6 X27 启动滑台 I 后退 启动按钮。