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1、来源：本站原创 作者：陈扬熊捷秦付军 日期：2009年04月27日 访问次数：284 0 引言组合机床是一种在制造领域中用途广泛的半自动化专用机床，由通用部件（如动力头、动力滑台、床身、立柱等）和专用部件（如专用动力箱、专用夹具等）组成。这种机床既可以单机使用，也可以多机配套组成加工自动线，用于大批量机械产品的高效自动化生产，如汽车零部件制造中的许多生产线。三面钻组合机床由三个液压动力滑台和液压传动的工作台组成。左、右动力头和后动力头分别由其主轴电机拖动，左、右动力头滑台和后动力滑台由液压缸驱动前进或后退。工件通过液压夹具安装在工作台上。左、右动力头和后动力头同时工作、依次工作或选择其中任意一
2、个滑台进行一轮自动加工循环。 1 三面钻组合机床控制系统现状分析目前，三面钻组合机床动力滑台及夹紧机构的控制传统上普遍采用液压结合电气控制，电气控制采用传统的继电器（RLC）硬布线逻辑控制。这种控制方式具有很大的局限性，即一种控制系统只能控制特定的对象。当控制对象变化时，需要重新设计、重新布线；另外，这种控制系统可靠性差，需经常维修。而可编程控制器（PLC）是工业控制当中的通用设备，当控制对象变化，只需改变程序软件就能满足控制要求。同时，PLC相对于RLC具有可靠性高、抗干扰能力强、性能价格比高、硬件配套齐全，适应性强、用户使用方便等优势。因此，随着近几年来数控技术、电子技术、计算机技术等的发
3、展，在三面钻组合机床的控制系统中用PLC代替传统的RLC是必然的趋势。 2 控制系统的设计2.1PLC的选取由于PCL的品种、型号、规格、功能各不相同，综合多种因素考虑，本控制系统的主控设备选用西门子公司的S7-200系列小型可编程序控制器。S7-200型是一个小型模块化的PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，具有功能完善、结构紧凑、使用方便、易于掌握、性价比高等特点。并且具有多种功能模块和人机界面可供选择，可以很容易地组成PLC网络，它同时具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，非常适用于本系统。2.2硬件设计2.2.1系统主电路的设计控制系统的主电路主要
4、由刀开关、熔断器、接触器的主触点、热继电器的热元件和电动件构成。对于三面钻组合机床来说，机床上有四台电动机：液压泵电动机M1（整个系统提供油液）、左刀具电动机M2、右刀具电动机M3、后刀具电动机M4（对工件进行钻孔加工）。各电动机的控制如下：液压泵电动机M1接触器KM1控制；左动力头电动机M2由接触器KM2控制；右动力头电动机M3由接触器KM3控制；后动力头电动机M 4由接触器KM4控制。四台电动机功率不是很大，启动电流不大，无须采用降压启动，同时也无正反转要求，均为直接启动，单向旋转。2.2.2系统控制回路的设计PLC控制系统中的控制回路，是指由继电器、接触器等低压电器构成的强电控制回路。在
5、常见的控制系统中，控制回路一般有AC220V与DC24V两种。具体设计步骤如下：A）控制系统的I/O点数的确定对三面钻组合机床的要求进行分析，可以确定的输入/输出量有：液压泵启动/停止按钮、系统启动按钮、工作台前进/后退点动按钮、滑台前进/后退点动按钮、动力头电机启动/停止按钮、急停按钮、手动/自动选择开关、自动工作模式选择开关、滑台选择开关、工作台选择开关以及各执行元件的位置检测行程开关等输入量。四个电机的接触器线圈、工作台前进/后退电磁阀、夹具夹紧电磁阀、左右后滑台的快进/快退电磁阀、指示灯等输出量。具体分配如表1所示。表1 三面钻组合机床部分I/O定义表输入量 输出量 1 液压泵启动按钮
6、 SB1 1 四电动机接触器线圈KM1-KM4 2 液压泵停止按钮 SB2 2 工作台前进电磁阀 YA1 3 系统启动按钮 SB3 3 工作台后退电磁阀 YA2 4 液压夹具夹紧按钮 SB4 4 夹具夹紧电磁阀 YA3 5 液压夹具松开按钮 SB5 5 左滑台快进电磁阀 YA4 6 主轴电机启动按钮 SB6 6 左滑台工进电磁阀 YA5 7 主轴电机停止按钮 SB7 7 左滑台快退电磁阀 YA6 8 工作台前进点动按钮 SB8 8 右滑台快进电磁阀 YA7 9 工作台后退点动按钮 SB9 9 右滑台工进电磁阀 YA8 10 滑台前进点动按钮 SB10 10 右滑台快退电磁阀 YA9 主机单元C
7、PU224AC/DC 继电器 扩展单元EM22116点DC输入 扩展单元EM2238DC输入/8继电器输出 扩展单元EM2234DC输入/4DC输出 B）中央处理单元和扩展模块的选择 从上表的分析可以知道，系统共有开关量输入点38个，开关输出点19个；无模拟量的输入和输出点，因此可以选择CPU224PLC作为主机单元。参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224（14输入/10输出）一台，加上一台纯输入模块EM221（16DC输入），一台混合扩展模块EM223（8DC输入/8继电器输出）和一台混合扩展模块EM223（4DC输入/4DC输出）。这样的配置是最经济的。整个P
8、LC系统的配置如图2所示。C）确定PLC输入/输出回路PLC输入/输出回路设计非常简单，只是按照系统的要求与模块的I/O情况，对各模块的I/O点进行功能分组与相对均匀的分配而已，这些分配不仅需要考虑PLC的负载均匀，而且同时要求考虑PLC程序设计方面的需要。因此，在三面钻组合机床I/O点的确定以及PLC选型完成后，便可以分配I/O点，然后确定出PLC输入/输出回路。I/O点分配情况如表2和3所示。其中，选择开关SA2打到I 3.0时为同时工作模式，打到I 3.1为选择工作模式，都断开时表示为顺序工作模式。选择开关SA3都断开时表示滑台全选，SA4都断开时表示主轴电机全选。这样的选择有利于节省点
9、数。表2 部分输入点分配SB1 液压泵启动 I0.0 SA4 主轴电机选择（右） I4.1 SB2 液压泵停止 I0.1 SA4 主轴电机选择（后） I4.2 SB3 系统启动 I0.2 SQ1 左快进结束行程开关 I3.2 SB4 夹具夹紧 I0.4 SQ2 左工进结束行程开关 I3.3 SB5 夹具松开 I1.5 SQ3 左原位行程开关 I3.4 SB6 主轴电机启动 I0.6 SQ4 右快进结束行程开关 I2.0 SB7 主轴电机停止 I0.7 SQ5 右工进结束行程开关 I2.1 SB8 工作台前进点动 I1.0 SQ6 右原位行程开关 I2.2 SB9 工作台后退点动 I1.1 SQ
10、7 后快进结束行程开关 I2.3 SB10 滑台前进点动 I1.2 SQ8 后工进结束行程开关 I2.4 表3 输出点分配KM1 液压泵电机 Q0.0 YA7 右滑台快进电磁阀 Q2.0 KM2 左主轴电机 Q0.1 YA8 右滑台工进电磁阀 Q2.1 KM3 右主轴电机 Q0.2 YA9 右滑台快退电磁阀 Q2.2 KM4 后主轴电机 Q0.3 YA10 后滑台快进电磁阀 Q2.3 YA1 工作台前进电磁阀 Q0.4 YA11 后滑台工进电磁阀 Q2.4 YA2 工作台后退电磁阀 Q0.5 YA12 后滑台快退电磁阀 Q2.5 YA3 液压夹具电磁阀 Q0.6 HL1 系统压力正常批示灯 Q
11、2.6 YA4 左滑台快进电磁阀 Q0.7 HL2 夹紧压力正常指示灯 Q2.7 YA5 左滑台工进电磁阀 Q1.0 HL3 报警指示灯 Q3.0 YA6 左滑台快退电磁阀 Q1.1 在分配好I/O点后，便可以连接PLC输入/输出回蹯。2.3 软件设计三面钻组合机床的控制是比较复杂的，要满足多位置、多控制的要求。但是其运行还是有规律可循的，它总是按照一定的程序性，重复地进行动作，循环过程为：夹紧工作台前进滑台快进工进滑台快退工作台后退放松。由三面钻组合机床的控制要求可知，该控制系统需要实现3个控制功能： 执行元件的点动、复位控制动力滑台的单机自动循环控制整机全自动工作循环控制。由此可首先设计出
12、该组合机床的顺序功能图，再由顺序功能图最终设计出符合要求的控制梯形图。分析三面钻组合机床的加工过程，可知系统的工作条件是在液压泵启动且系统压力达到指定值后，执行元件才能工作。这就相当于整个系统的启停控制，而设备有“自动/手动”两种工作方式，其控制程序由系统主程序、“自动”控制程序、“手动”控制程序三个模块组成。和模块程序分开编写，结构简单，层次清楚，便于调和修改。系统主程序包含系统的起、停控制和指示灯等部分。当按下液压泵启动按钮I0.0时，液压泵电机启动，系统压力逐渐升高，直到达到工作要求时，压力继电器I4.3（ON），指示灯 Q2.6亮，当夹紧压力继电器I4.4（ON），指示灯Q2.7亮，当4个电机过载时，指示灯Q3.0亮。本程序经模拟调试，完全符合三面钻孔组合机床的电气控制要求，使用效果良好。在使用过程中，不要根据不同的控制要求，在不改动接线或改动很少的情况下，通过改变程序来实现不同要求，大大节省了安装调试时间，提高了效率。 3 结束语本文在对三面钻组合机床控制系统现状分析的基础上，提出了一种基于西门子公司S7-200系列小型可编程序控制器作为主控设备的控制系统，并完成了硬件设计和软件设计。经模拟调试，完全满足相关控制要求，同原有控制系统相比具有稳定性高、适应性强、成本低等优点。为组合机床控制系统智能化、知识化、小型化的发展提供了有利的参考。