范 東,劉紅梅
(湖北文理學(xué)院汽車與工程學(xué)院,湖北 襄陽441053)
PLC在鉆孔動力頭上的簡單運用
范 東,劉紅梅
(湖北文理學(xué)院汽車與工程學(xué)院,湖北 襄陽441053)
以三菱的FX2N-80MR-D型號的PLC作為主控制器,設(shè)計了一套自動鉆孔的控制系統(tǒng)。通過程序設(shè)計與調(diào)試解決了傳統(tǒng)設(shè)計的鉆孔動力頭在鉆孔進行到一半停電后恢復(fù)供電會導(dǎo)致的鉆頭卡住無法啟動的問題,并實現(xiàn)了主軸的自動快進、工進、停留和回退。此設(shè)備可以用于PLC的基礎(chǔ)教學(xué),也可以作為課程的實驗設(shè)計參考。
PLC;鉆孔;自動控制;教具;簡單
傳統(tǒng)的鉆孔過程大多是工人們在鉆床上手動操作加工的,這樣的加工方法具有成本高,加工的質(zhì)量不穩(wěn)定而且很難與其他加工設(shè)備互相通訊等缺點。而使用PLC的控制系統(tǒng)就可以很好的解決這一問題,PLC具有抗干擾能力強,通用性好,編程方法簡單易學(xué)并具有完善的監(jiān)視和診斷的功能等一系列的優(yōu)點,并且在結(jié)構(gòu)上可以使用空余的PLC輸入端子[1]來實現(xiàn)與其他自動化設(shè)備的通訊。本次設(shè)計使用型號為TD8-130的動力頭來鉆φ5的小孔。以此動力頭作為對象,使用PLC對其進行控制,并按照實際的工作過程及要求,對所編制程序進行了現(xiàn)場調(diào)試,其運行結(jié)果與實際要求一致。
設(shè)計的控制系統(tǒng)由快速電機、慢速電機、2個動合按鈕、主軸旋轉(zhuǎn)電機、3個動合的行程開關(guān)[1]、斷路器、電源、4個接觸器[1]等組成。系統(tǒng)的控制要求為:
(1)在系統(tǒng)工作前,控制系統(tǒng)需要判斷主軸是否在初始位置,如果是系統(tǒng)進入等待命令狀態(tài),否則進入快退恢復(fù)到初始位置。
(2)當(dāng)按下啟動按鈕且動力頭在原位時主軸開始快速進給,同時主軸開始旋轉(zhuǎn)。
(3)主軸到達指定位置后,切換到工作進給,主軸保持旋轉(zhuǎn)。
(4)主軸到達最下端后,主軸停止進給并保持旋轉(zhuǎn),開始10 s延時。
(5)延時結(jié)束后主軸停止旋轉(zhuǎn)并快退到原始位置。另要求斷電后重新上電可以自動回復(fù)到初始狀態(tài)。
分析:要使主軸到達指定位置后PLC能夠感應(yīng)到,此時需要在初始位置,快進切換到工進的位置和最下端應(yīng)該分別安裝限位開關(guān)ST3、ST1和ST2.鉆孔的流程圖如圖1所示。
圖1 鉆孔動力頭流程圖
(1)I/O口的分配如表1所示。
表1 I/O口分配表
(2)PLC選型
輸入口有:啟動按鈕SB1,停止按鈕SB2,限位開關(guān)ST1,限位開關(guān)ST2,限位開關(guān)ST3共5個接口。
輸出接口有:控制快速電機正傳的接觸器線圈KM1,控制慢速電機啟動的接觸器線圈KM2,控制快速電機反轉(zhuǎn)的接觸器線圈KM3以及控制主軸旋轉(zhuǎn)的線圈KM4.
綜合需要5個輸入的PLC端子,4個輸出的PLC端子,查詢PLC的型號表選擇三菱的FX2N-80MRD型號的PLC此PLC擁有8個輸入端子和8個輸出端子。
如圖2所示按照設(shè)計的表格嚴(yán)格連接外部設(shè)備與PLC的端子時需要注意所有的輸入端子都必須要與com口[1]相連接,這樣PLC才可以通過檢查端子與com口之前電路的通斷來判斷開關(guān)是處于什么狀態(tài)。另由于此型號PLC的工作電壓只有24 V,考慮到無法帶動接觸器的線圈動作因而在輸出回路中串聯(lián)了一個電源,同樣輸出回路也需要連接到指定的com口,另外在輸出回路的總路線上串聯(lián)一個斷路器來確保安全。
圖2 PLC外部接線圖
連接完外部接線圖后,根據(jù)控制需求對此PLC進行程序的寫入,此程序的SFC程序圖[2]如圖3所示,當(dāng)PLC通電的瞬間M8002[1]會產(chǎn)生一個脈沖PLC進入SO狀態(tài),此為初始狀態(tài),這狀態(tài)下系統(tǒng)處于等待命令狀態(tài)。
圖3 SFC程序圖
(1)一般過程
1)快速進給:當(dāng)按下啟動按鈕SB1后PLC會檢查行程開關(guān)ST3的狀態(tài),確保鉆頭在初始位置后,滿足了條件X001,系統(tǒng)進入狀態(tài)S20此時系統(tǒng)開始工作要求鉆頭的主軸開始旋轉(zhuǎn)并開始向前快速進給,由I/O口分配表可知此狀態(tài)下PLC需要接通Y4與Y2端子。
2)過渡階段:當(dāng)主軸碰到行程開關(guān)ST1后X003條件得到滿足系統(tǒng)進入過度狀態(tài)S21此狀態(tài)的前后2個狀態(tài)都有Y4接通的命令,所以加入此過渡狀態(tài)防止出現(xiàn)雙線圈。
3)工作進給:由于M8000[1]為無條件輸出的繼電器所以系統(tǒng)很快進入狀態(tài)S22,此狀態(tài)下轉(zhuǎn)頭即將接觸到工件,主軸需要進入工作進給狀態(tài)同時主軸必須保持旋轉(zhuǎn),則此狀態(tài)下PLC的Y4和Y2端子會被接通。
4)停滯階段:碰到ST2后條件X004得到滿足系統(tǒng)會進入到過渡狀態(tài)S23,此狀態(tài)作一個分隔的作用并以M8000作為跳轉(zhuǎn)條件直接進入到下一個狀態(tài),到達S24后,為了鉆孔的精度主軸需要繼續(xù)旋轉(zhuǎn),因此在此狀態(tài)下Y4需要接通,同時為了設(shè)定鉆孔時間需要調(diào)用到計時器,此時調(diào)用計時器T0開始計時并設(shè)定設(shè)定K=100.
5)快退階段:T0[2]是一個100 ms的定時器在設(shè)定值K=100后系統(tǒng)會記錄計時器發(fā)出的脈沖的次數(shù),在達到設(shè)定的次數(shù)即10 s后發(fā)出信號使系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S25,此時Y3得電主軸快退,當(dāng)退到初始位置后ST3動作,X005接通PLC回到狀態(tài)S0完成一次循環(huán)。
(2)特殊過程
斷電的恢復(fù)過程:當(dāng)此鉆孔動力頭在鉆孔到一半時如果遇到停電,PLC的所有功能都停止,本次設(shè)計沒有使用S500~S899[2]的具有狀態(tài)保持功能的狀態(tài)元件因而數(shù)據(jù)會全部丟失,在PLC重新上電后M8002發(fā)送脈沖PLC進入狀態(tài)S0,此時PLC會檢測到X005處于斷路狀態(tài),即鉆頭由于停電不在初始位置,后PLC會直接跳到狀態(tài)S25使主軸快退回到壓住行程開關(guān)ST3的位置后X005接通回到初始狀態(tài)S0使系統(tǒng)完成復(fù)位,后從新開始等待命令。
停止過程:在按下開關(guān)SB2后,條件X001滿足,PLC的所有端口都斷開,所有電機都停止轉(zhuǎn)動。
PLC控制的鉆孔系統(tǒng)中為弱電,強電的混合系統(tǒng),因而再控制柜的元件布置后走線上需要考慮到對元件的保護,如盡量使PLC遠離發(fā)熱設(shè)備以及變頻器動力回路中的電線需要與PLC的輸入輸出回路分開,防止強電流進入PLC燒壞主機。同時接觸器與PLC也需要保持一定的距離以減少電磁干擾。調(diào)試過程需要注意的是:
(1)電動機轉(zhuǎn)向調(diào)整,再檢修時,使用點動來驗證電動機的轉(zhuǎn)向是否正確。
(2)首次使用請驗證PLC的斷電回復(fù)能力:當(dāng)鉆頭不在初始位置時斷電,再次上點看系統(tǒng)能否自動恢復(fù)到初始狀態(tài)。
(3)安裝成功后請試驗性完成一次自動鉆孔的全過程,驗證系統(tǒng)各零件是否正常工作。
(4)特別需要注意系統(tǒng)突然斷電后的重啟過程,如果恢復(fù)供電后主軸不在初始位置PLC在上電后會立刻控制主軸快退以回到初始位置,會存在有潛在的危險性。
按照要求完成安裝與調(diào)試后進行鉆孔測試,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)所鉆的孔的直徑精度較高,而孔的深度方面的精度有所欠缺,總體基本滿足測試要求。
[1]馮清秀,鄧星鐘,周祖德,等.機電傳動控制[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2011:180-182.
[2]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].2版.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.
Design Control System of Drilling Power Head Based on PLC
FAN Dong,LIU Hong-mei
(Department of Mechanical Engineering,Hubei University of Arts and Science ,Xiangyang Hubei 441053,China)
With mitsubishi’s fx2n-80mr-d model PLC as the main controller,a set of automatic drilling equipment was designed.Drilling power head has been solved by the programming and debugging in the borehole to restore power after a half way through a power outage can cause the bit jamming problem can’t be started,and implements the spindle automatic fast forward,work,and back.This equipment can be used for the basic teaching of PLC,as well as the experimental design reference for the course.
PLC;drilling;the automatic control;simpleness;teaching aid.
TP319
B
1672-545X(2017)09-0058-03
2017-06-10
(1)襄陽市科學(xué)計劃項目,襄科業(yè)【2014】12號;(2)“機電汽車”湖北省優(yōu)勢特色學(xué)科群開發(fā)基金項目資助,項目編號XKQ2017018.
范 東(1996-),男,湖北仙桃人,學(xué)士,研究方向:機械設(shè)計制造及其自動化;劉紅梅(1983-)女,湖北襄陽人,碩士,講師,研究方向:機械設(shè)計與自動控制。