郭改琴

(楊凌職業(yè)技術(shù)學院，陜西 楊凌 712100)

0　引言

MCGS(Monitor and Control Generated System)是快速生成和構(gòu)成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件.它具有靈活的可視化操作界面、良好的并行處理性能、豐富生動的多媒體畫面、完善的安全機制、強大的網(wǎng)絡(luò)功能以及多樣化的報警信息，在自動化領(lǐng)域中已廣泛使用[1]55-67.

目前T68鏜床是我國機械工廠中使用最為普遍的一種鏜床，已廣泛應(yīng)用于機修、單件或小批量生產(chǎn)車間中，但其傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)仍采用繼電器-接觸器控制，這種控制方式存在接觸觸點多、運行中容易發(fā)生故障、維護檢修工作量大等缺點[2]31-32，[3]49.目前大多數(shù)機床采用變頻器和PLC組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，雖然這種控制方式具有響應(yīng)速度快、操作方便、節(jié)約電能、節(jié)省投資和運行可靠等優(yōu)點，但其運行操作人員的勞動量大且操作不安全、設(shè)備維護費用偏高、設(shè)備的實時運行狀態(tài)不能顯示等缺點不可避免.因此本文提出一種基于昆侖通態(tài)MCGS技術(shù)的T68鏜床操作監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，達到操作簡單安全、設(shè)備狀態(tài)實時顯示、故障少且易于排除、線路簡單方便維修的設(shè)計目的[4]203-205.

1　系統(tǒng)方案設(shè)計

圖1　系統(tǒng)方案

用PLC和變頻器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制方式在機床改造和自動化生產(chǎn)線中經(jīng)常使用.本設(shè)計方案主要由昆侖通態(tài)MCGS、三菱FX2N-48MT型PLC、三菱FR-E740-0.75K-CHR變頻器和三相異步電動機組成.MCGS用于監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，PLC是完成具體動作的末端控制器.MCGS發(fā)出的命令通過PLC運算處理轉(zhuǎn)換成變頻器可以識別的控制指令，變頻器根據(jù)輸入的開關(guān)量或者模擬量信號調(diào)整主電路的電壓頻率來驅(qū)動電動機，從而完成轉(zhuǎn)速調(diào)整的任務(wù)[5]103-108，[6]112-152.系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示.

2　控制硬件組成

主回路由兩臺異步電動機組成，其中一臺是主拖動雙速異步電動機，用來帶動主軸的進給運動和旋轉(zhuǎn).該電動機具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和點動控制以及三角形聯(lián)結(jié)時低速啟動和雙星型聯(lián)結(jié)時高速運轉(zhuǎn)的運行方式.另一臺是快速移動電動機，能實現(xiàn)主軸的軸向進給、主軸箱的垂直進給、工作臺的縱向和橫向進給等的快速移動.

用PLC控制機床時，保持原電氣元件操作方法不變，元件的安裝位置和作用不變，控制回路電壓為交流110V.用變頻器和PLC控制的主軸變頻電機替代原雙速異步電動機.PLC內(nèi)部有存儲編程指令的存儲器，它通過輸入單元接受主命令及反饋信號，然后通過輸入單元控制機床的運行，從而實現(xiàn)對整機的邏輯自動控制.

通過對要實現(xiàn)的功能分析可知，PLC需要16個輸入端口和8個輸出端口.考慮到后期加裝信號和功能擴展，PLC模塊選用三菱公司生產(chǎn)的FX2n-48MT，變頻器選用三菱公司生產(chǎn)的FR-E740-0.75K-CHT.I/O地址分配如表1所示(M0～M17是MCGS組態(tài)界面對應(yīng)的按鈕或開關(guān))，主回路和PLC模塊的外部接線如圖2所示.

表1　I/O地址分配表

圖2　主回路及PLC外部接線

向PLC的兩個輸入端L和N提供110V交流電源，輸出端Y4、Y5、Y6、Y7和COM2之間也提供110V交流電源控制主軸電動機M1和快速移動電動機M2.快速移動電動機控制過程中，在接觸器KM2下方串入接觸器KM3的常閉觸點，在接觸器KM3下方串入接觸器KM2的常閉觸點，可實現(xiàn)電動機運行過程中的互鎖，以防止兩個線圈同時上電時造成主回路三相短路的嚴重事故[7]144-153.

為了防止工作臺或者主軸箱自動快速進給時主軸進給手柄扳到自動快速的誤操作，采用了行程開關(guān)實現(xiàn)機械互鎖，當上述現(xiàn)象發(fā)生時就會自動停車，從而達到連鎖保護的目的[8]48-55.

變頻器的L1、L2、L3分別接三相交流電源的A、B、C相，輸出端子U、V、W分別接阻值相同的限流電阻和熱繼電器，最后連接到主軸電動機的U1、V1、W1端子.變頻器的STF(正轉(zhuǎn))端子和PLC的Y0相連，SFR(反轉(zhuǎn))端子和Y1相連，RH(高速)端子和Y2相連，RL(低速)端子和Y2相連.

3　MCGS組態(tài)設(shè)計

MCGS嵌入版由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫窗口和運行策略窗口5部分組成.其中實時數(shù)據(jù)庫是各部分及各種功能性構(gòu)件的公共數(shù)據(jù)區(qū)，是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心.對T68鏜床電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)用北京昆侖通態(tài)MCGS人機界面控制時發(fā)出的主控信號包括：主軸停止、正轉(zhuǎn)啟動、反轉(zhuǎn)啟動、正轉(zhuǎn)點動、反轉(zhuǎn)點動、正反向速度控制、主軸高低速轉(zhuǎn)換、連鎖、變速行程開關(guān)、變速沖動、快速移動、主軸電動機的4個運行指示燈和進給電動機2個運行指示燈等共計22個信號.

3.1　人機界面設(shè)計

用MCGS軟件制作成的T68鏜床電氣控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖3所示，在人機界面上可以清楚的看到2個電動機的實時運行狀態(tài)，通過按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)可以實現(xiàn)對設(shè)備的操作和控制[9]33-43.人機界面制作方法如下：

圖3　T68鏜床電氣控制系統(tǒng)

1)打開昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件，單擊“文件”，選擇“新建工程”；

2)雙擊進入“設(shè)備窗口”，選擇“設(shè)備工具箱”，查找并添加“通用串口父設(shè)備”和“三菱FX系列編程口”；

3)在“用戶窗口”更改窗口名為“T68鏜床電氣控制系統(tǒng)”，并設(shè)置為啟動窗口；

4)添加按鈕和開關(guān)并進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián).

3.2　數(shù)據(jù)對象關(guān)聯(lián)

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)對象的集合，也是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心.由圖2的PLC輸入和輸出端口可知，16個輸入量全是開關(guān)型，8個輸出量中4個是數(shù)值型4個是開關(guān)型.在組態(tài)畫面設(shè)置完成后，將數(shù)據(jù)庫中定義的開關(guān)型和數(shù)值型變量與人機界面對應(yīng)的按鈕、指示燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、儀表等一一對應(yīng)關(guān)聯(lián)，才能實現(xiàn)預(yù)定的動畫效果.對一些特殊的難以實現(xiàn)的控制，要通過編寫腳本語言程序才能實現(xiàn).

4　MCGS和PLC通訊

4.1　MCGS設(shè)置

MCGS的“設(shè)備組態(tài)”方法是先在“設(shè)備管理”中調(diào)用“通用串口父設(shè)備”，再找到三菱FX系列編程口構(gòu)件，并使“通用串口父設(shè)備”在上，下面掛接“三菱FX系列編程口”子設(shè)備驅(qū)動.對串口父設(shè)備需要設(shè)置設(shè)備名稱、初始工作狀態(tài)、最小采樣周期、串口端口號、通訊波特率、數(shù)據(jù)位位數(shù)、數(shù)據(jù)采集方式、停止位數(shù)等[10]34-37.

4.2　PLC程序處理

對于三菱FX系列編程口子設(shè)備，需先在“屬性窗口”中設(shè)置好設(shè)備名稱、初始工作狀態(tài)，最小采集周期.如果使用Read和Write與PLC之間的直接通訊方式，不需要進一步設(shè)置；如果使用循環(huán)采樣方式自動周期訪問PLC，則還需要增加設(shè)備通道并建立相應(yīng)通道連接，把有關(guān)繼電器和寄存器與MCGS數(shù)據(jù)庫變量一一對應(yīng)關(guān)聯(lián)，然后確定操作方式(只讀、只寫、讀寫)完成設(shè)置[11]15-18.

MCGS和PLC之間的兩種通信方式對應(yīng)不同的PLC程序處理方法.如果使用Write與PLC之間通訊方式，MCGS把數(shù)據(jù)寫入PLC后，該數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)就會置零，所以寫入PLC的數(shù)據(jù)在程序中需要“鎖存”保持，也就是相應(yīng)的繼電器和寄存器要自鎖，避免數(shù)據(jù)丟失；如果使用自動循環(huán)通訊方式，寫入PLC的數(shù)據(jù)直到下一個循環(huán)周期被寫入前不會發(fā)生變化.如果更改FX系列PLC的默認通訊參數(shù)，就要修改特殊寄存器D8120的相關(guān)參數(shù)，并且使MCGS的參數(shù)與PLC參數(shù)保持一致，才能實現(xiàn)兩者之間的正確通訊[12]30-33.

5　結(jié)語

通過對T6鏜床的PLC和交流變頻控制方式的特點分析，提出利用昆侖通態(tài)MCGS作為上位機的控制方式和控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案.對控制硬件的組成和功能分析后編寫了PLC控制的I/O地址分配表， 依據(jù)控制要求對MCGS人機界面進行設(shè)計并完成MCGS和PLC之間的通訊.新的系統(tǒng)設(shè)計具有人機界面信息豐富、操作安全可靠等優(yōu)點，減輕了運行維護和安裝檢修人員的勞動強度，控制系統(tǒng)的自動化水平得到了較大提高，具有一定的使用和推廣價值.