丁才成, 劉子玉

(常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教務(wù)處，江蘇 常州 213164)

基于PLC控制的模具機(jī)床自動(dòng)門機(jī)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

丁才成, 劉子玉

(常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教務(wù)處，江蘇 常州 213164)

隨著社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)門系統(tǒng)在日常生活中的運(yùn)用越來越廣泛，受到了大量的關(guān)注，許多企業(yè)、工廠也摒棄了傳統(tǒng)的手動(dòng)開關(guān)門的方式，繼而使用以PLC控制器為核心的智能控制方式。研究了基于PLC控制的模具機(jī)床自動(dòng)門機(jī)控制系統(tǒng)，采用 PLC作為控制的核心單元，使用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)門控制。同時(shí)采用組態(tài)軟件將真實(shí)的工作環(huán)境在計(jì)算機(jī)上顯示，將系統(tǒng)實(shí)時(shí)的信息直觀的反應(yīng)出來，便于操作與記錄。

自動(dòng)門機(jī); PLC; 模具機(jī)床；組態(tài)軟件;設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引 言

精密模具機(jī)床設(shè)備在制造加工業(yè)中已廣泛使用，模具機(jī)床的門機(jī)系統(tǒng)目前廣泛使用工人手工開關(guān)門，大大增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了勞動(dòng)效率，且工人由于長(zhǎng)時(shí)間枯燥、機(jī)械的操作會(huì)降低工作的準(zhǔn)確度，出現(xiàn)誤操作，開模時(shí)間不準(zhǔn)，帶來一系列廢品的出現(xiàn)。

本課題的研究是基于真實(shí)的企業(yè)應(yīng)用，為企業(yè)進(jìn)行精密機(jī)床門機(jī)系統(tǒng)的改造，采用三菱FX1S PLC控制器結(jié)合氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1]完成對(duì)機(jī)床自動(dòng)門機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造，并在實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用。

1 控制策略設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)需求分析

(1)門機(jī)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)按鈕開關(guān)門和根據(jù)系統(tǒng)完成信號(hào)自動(dòng)開門；(2)采用雙速控制方法，即開關(guān)門起步時(shí)快速，當(dāng)門將要閉合或是全開時(shí)減速，以保證開關(guān)門效率的同時(shí)，無過大沖擊力帶來的負(fù)影響[2]；(3)要具備工人誤操作下的保護(hù)功能。

1.2 控制策略設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分為三種：(1)通過使用PLC控制電磁閥來驅(qū)動(dòng)氣缸，通過氣缸的伸縮，繼而轉(zhuǎn)化為門的開關(guān)；(2)通過PLC控制伺服電機(jī)，通過絲杠傳動(dòng)，轉(zhuǎn)化為門的開關(guān)[3]；(3)直接通過傳統(tǒng)的繼電器線路，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或者氣缸伸縮，進(jìn)而控制門的開關(guān)。

經(jīng)過實(shí)地考察，結(jié)合綜合因素分析發(fā)現(xiàn)，方案(3)直接由繼電器控制雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但是系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較差，今后的維護(hù)很困難；方案(2)采用伺服驅(qū)動(dòng)雖然實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，但是現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床排放緊密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓油管交錯(cuò)，采用伺服電機(jī)進(jìn)行絲杠傳動(dòng)沒有足夠的空間，現(xiàn)場(chǎng)安裝無法完成；方案(1)采用PLC結(jié)合氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自帶氣源可以直接使用，成本也能接受。綜合以上各個(gè)因素，最終決定采用方案(1)。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖

1.3 設(shè)計(jì)流程圖設(shè)計(jì)(如圖1所示)

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

圖2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

本系統(tǒng)采用PLC控制氣路通斷、換向來帶動(dòng)氣缸伸縮作為控制門的方式。PLC作為控制核心，既控制電磁閥通斷，同時(shí)也接收磁感應(yīng)開關(guān)的反饋信號(hào)[4]。其硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。 2.2 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)

氣路設(shè)計(jì)主要采用一個(gè)二位五通電磁閥、兩個(gè)二位兩通電磁閥和兩個(gè)節(jié)流閥。將外部氣源接入二位五通電磁閥作為引入氣源，然后再將其兩個(gè)位分別作為開、關(guān)門的控制，分別接上一個(gè)節(jié)流閥和一個(gè)二位兩通的電磁閥[5]。然后再通入氣缸。按照設(shè)計(jì)程序，當(dāng)開門時(shí)開門控制和關(guān)二通電磁閥得電接通，此時(shí)進(jìn)氣通過節(jié)流閥，而排氣通過反向的節(jié)流閥以及關(guān)二通電磁閥，經(jīng)過減速開關(guān)后，使關(guān)二通電磁閥失電，這樣排氣只能通過反向的節(jié)流閥，從而起到減速的效果。關(guān)門亦同理。其氣路設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 氣路設(shè)計(jì)原理圖

2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝

由于系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)動(dòng)力源為氣泵，執(zhí)行器為氣缸，而受控對(duì)象為門，因此本著簡(jiǎn)單可靠原則，在氣缸伸縮軸上連接鉸鏈，并且與門相固定，從而將氣缸的伸縮轉(zhuǎn)化為門的開關(guān)。氣缸與鉸鏈連接如圖4所示。

圖4 氣缸與鉸鏈連接示意圖

2.4 PLC I/O點(diǎn)位表設(shè)計(jì)(如表1所示)

表1 PLC I/O點(diǎn)位表

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序流程圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始位置和異常情形檢測(cè)，如果無異常則檢測(cè)急停與光柵信號(hào)是否正常，如果信號(hào)正常，門機(jī)處于待機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)行控制撥至自動(dòng)檔位，當(dāng)工件加工完成后，機(jī)床控制主板發(fā)出信號(hào)給PLC，PLC自動(dòng)控制門開啟，到減速位置后，自動(dòng)門開門速度降低，直至檢測(cè)到開門到位信號(hào)后，開門行程結(jié)束，關(guān)門行程類似，具體流程見圖5所示。

圖5 程序流程圖

3.2 組態(tài)界面設(shè)計(jì)

在完成組態(tài)基礎(chǔ)步驟與3D效果圖制作后，結(jié)合兩者來設(shè)計(jì)組態(tài)最終的界面并且在界面上制作相應(yīng)的動(dòng)畫鏈接，以反映實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的真實(shí)情形。

組態(tài)界面如圖6所示。

4 控制系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試

在調(diào)試過程中存在許多問題：(1)偶爾出現(xiàn)開門或關(guān)門減速失控，對(duì)門框造成沖擊。(2)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間上氣，初次運(yùn)行時(shí)，偶爾出現(xiàn)速度過慢的情況。

針對(duì)上述問題進(jìn)行反復(fù)實(shí)踐改進(jìn)最終解決如下，對(duì)于問題(1)經(jīng)過反復(fù)測(cè)試與研究發(fā)現(xiàn)，問題存在的根源可能與磁性開關(guān)的安裝或選型有關(guān)，主要是氣缸的活塞在移動(dòng)時(shí)，可能由于過快，或者其他原因造成磁性開關(guān)檢測(cè)不到氣缸的活塞，造成減速信號(hào)的丟失。而造成這種的情況的原因有以下幾種可能：(1)磁性開關(guān)由于是長(zhǎng)方體而氣缸為圓柱體，安裝時(shí)可能存在不緊密的情況，而造成信號(hào)的采集不到。(2)系統(tǒng)選用的磁性開關(guān)為AIRTAC cs1—F型號(hào)，也是最為常見的一種，通常安裝在氣缸的兩端，用作到位的信號(hào)檢測(cè)，而運(yùn)用在中間做信號(hào)的采集可能會(huì)出現(xiàn)不理想的情況，或許應(yīng)該尋找對(duì)應(yīng)的用于過程中檢測(cè)信號(hào)的專用磁性開關(guān)。因此經(jīng)反復(fù)考慮之后將原有磁性開關(guān)改成機(jī)械碰輪開關(guān)，存在問題得到了有效的解決。

對(duì)問題(2)經(jīng)過大量的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其中的不穩(wěn)定原因比較隱蔽，既不是由于氣壓不夠造成，也不是因?yàn)樾盘?hào)采集不到造成，因此猜測(cè)其原因可能與氣缸活塞的潤(rùn)滑度有關(guān)，由于放置時(shí)間過久，

圖6 精密機(jī)床門機(jī)系統(tǒng)操作界面

其潤(rùn)滑液不能充分潤(rùn)滑其內(nèi)壁造成阻力過大?；蛘咭?yàn)榛钊麅?nèi)部密封圈密封度不高，長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)作，出現(xiàn)漏氣使氣缸實(shí)際工作壓力達(dá)不到設(shè)定值，出現(xiàn)過慢情況。因此建議廠商將原有亞德客氣缸更換成費(fèi)斯通氣缸，存在問題得到了有效的解決。

5 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)滿足了設(shè)計(jì)要求，符合實(shí)際生產(chǎn)控制，利用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的控制系統(tǒng)，提高了自動(dòng)門機(jī)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，改善了自動(dòng)門的操作環(huán)境，給工人帶來了極大的方便，提高了勞動(dòng)效率。

[1] 徐國(guó)林.PLC應(yīng)用技術(shù) [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 阮有德.電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教材 [M]. 北京：人民郵電出版社，2006.

[3] 田效伍.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù) [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4] 龔仲華，史建成，孫毅.三菱FX/Q系列PLC應(yīng)用技術(shù) [M]. 北京：人民郵電出版社，2006.

[5] 李長(zhǎng)久.PLC原理及應(yīng)用 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

The Reformation Design and Implementation of a PLC-based Automatic Door Machine System of Mould Machines

Ding Caicheng, Liu Ziyu

(Office of Teaching Affairs, Changzhou Vocational Institute of Engineering, Changzhou Jiangsu 213164, China)

Along with social development, the automatic door system finds increasingly wide application in daily life and receives much attention. Many enterprises and factories abandon their traditional manual door opening and closing and adopt instead intelligent control with PLC as the core. This thesis focuses on a PLC-based automatic door machine control system for mould machines, which adopts PLC as the core unit of the control and uses a pneumatic actuator to achieve automatic door opening and closing. Furthermore, configuration software is used to display real working environment on the computer and give a visual reflection of real-time system information, thus making it easy to operate and record.

automatic door machine;PLC; mould machine;configuration software;design and implementation

本文為丁才成主持的院級(jí)科研課題“精密機(jī)床門機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”的成果，課題編號(hào)：KJ14304

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.025

TP273

A

1000-3886(2016)06-0080-03

丁才成(1983-)，男 ，江蘇常州人，碩士，專業(yè)：控制理論與控制工程，研究方向：建筑智能化，常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處副處長(zhǎng)。 劉子玉(1995-)，男，江蘇泰州人，專業(yè)樓宇智能化工程技術(shù)專業(yè)，學(xué)生。

定稿日期: 2016-06-24