基于PLC的卧式镗床控制系统的设计

基于PLC的卧式镗床控制系统的设计

姓名：杨晓锋

身份证：410928198701291823

摘要：卧式钻孔机是目前机床上应用最广泛的一种机床，由于常规钻机的继电器接触件多，线路多，线路多，工作可靠度低，因此，在对T68型卧式钻机的继电器-接触器的情况下，给出了PLC的设计方法，并对其进行了编程。

关键词：卧式镗床PLC控制系统

一、绪论

由于传统的钻具控制方式是由继电器式接触器来实现的，触头多，线路多，容易发生短路，工作可靠度低。

该系统利用PLC实现了水平钻机数控加工过程的控制，实现了对加工过程的控制。该控制系统性能可靠，抗干扰能力强，经济实用，功能完善，体积小巧，扩展性好，是一种理想的机械结构。传统的继电器-接触器电路存在着接线线路繁杂、电气部件频繁、触头易老化、诊断与处理难度大、可靠性差等缺陷。通过对数控机床的技术指导，利用PLC实现了数控机床的整体结构，并结合自己在大学的实践经验，通过对PLC的硬件操作和软件操作的深入研究，最终实现了数控机床的总体设计与开发。

二、卧式镗床的系统总体方案设计

（一）卧式镗床的介绍

T68水平钻机的床体为一体铸造，一头安装了一根前柱，并在其竖向导向器上安装了一台钻头支架，该钻机可以沿着该导向装置进行纵向运动。该钻头支架上装有主轴、主轴齿轮箱、进给箱和操作装置。切削工具被安装在钻杆的前部或工具滑板上。在钻孔中，钻杆一边转动一边做送料动作。平转式圆盘仅能转动，其上装有切割机滑板作放射状的送料，因而单独转动或在同一时间内转动。

在床的另外一头安装一个后支柱，后支柱可以在钻孔的主要方位上沿着导向杆进行定位。后柱梁上装有一尾座，用以支撑钻杆的一端，使钻杆与钻杆的两端同步上升，使两者的轴线处于相同的水平面上。

该工位位于机床中心的导向槽内，包括下溜板、上溜板和可旋转的工作平台。滑板可以沿着床边的轨道进行纵向移动，而上滑板可以沿着滑道的方向进行侧滑，而平台可以在滑道上进行旋转。

（二）卧式镗床的控制工艺要求

(1）在轴的转动和进料方面，具有很大的转速调节，主运动和进给运动都是单电机驱动，为了使驱动装置简单，使用了双速笼式异步电机。

(2）因为各个送料动作均在正、反向两个方向上运行，所以要求主马达正反转。

(3）为了适应调节工作的要求，必须使电机能实现正反转点动。

(4）确保主轴停车迅速准确，主电机使用动力反向刹车。

(5）当主马达停止或运行时，可执行主轴换挡和送料换档。为了使传动机构在换挡时容易发生啮合，必须采用低转速的推动力工艺。

(6）为了减少辅助工作的次数，使每一送料的速度都很快，并配备快速运动马达，并使用快速电机正反转点动。

(7）主马达是两档马达，有高低转速可供选用，在高转速下，必须先以低转速起步。

(8）因移动构件众多，必须设置联动和防护连接。

（三）系统的PLC设计方案

根据水平钻机中继电器的技术特点，给出了 PLC控制系统的设计思路。

(1）采用中继系统主要回路，采用正反转、低速高速切换等方式；

(2）采用高速运动马达的主回路，保持了继电保护，并使其具有正反两方面的作用；

(3）将外部按钮、限位开关、速度继电器等预留的位置及数目，并将外部按钮、限位开关、速度继电器等连接至 PLC的输入部；

(4）对高速运动马达和转子马达进行接触控制，从可编程控制器输入并控制接触器的吸力；

(5）彻底清理所有的继电器控制线，并对其进行逻辑控制，利用 PLC进行编程，以实现该功能。

三、卧式镗床PLC设计的硬件设计

1、中央处理单元

中央处理单元也称为CPU，是可编程控制器的“大脑”，CPU可以进行电源自检、硬件组态自检、存储器调用、I/O点的状态调用等。当可编程控制器处于运行状态时，CPU以环形扫描的形式，把采集到的信号资料存储到对应的映像区，再根据使用者所设计的程序，将其进行扫描，并把计算的结果输出到映像区。CPU持续地重复扫描执行器直至可编程控制器停下来为止。CPU的运行速度是非常重要的硬件参数，该参数往往决定着可编程控制器的指令处理能力，I/O数量的计算和软件程序的容量等。

2、存储器

内存分为：一种是存储 CPU的软件，另一种是不属于用户的，属于 PLC的内部软件。而使用者记忆体则能储存使用者所撰写之程式，并于程式控制器运作期间，即时呼叫使用者之记忆，完成程式指令之完成。

3、通信接口

在PLC中，通讯接口是一个不可或缺的接口， MPI接口、 DP接口、以太网接口、RS-232接口、RS-485接口等。PLC可以用它们把上位机、仪表、变频器等其他设备相结合。

4、电源

PLC是电力系统中的一种，它对电力系统的稳定、安全发挥着关键的功能，一般采用AC220V和DC24V。

由于工业领域中的信号扰动较为复杂，必须要有一系列的线路将其与外界的信号隔绝开来，因此在接口方面，应用了一种新型的光学耦合器，利用光学耦合器的特性，实现了对现场的信号的分离，从而达到了保护目的。该系统的输出界面主要由可编程控制器中的输出数据寄存器的工作状况来实现，并根据该软件的工作状况将运算结果输出给线路，实现对该系统的控制。

现在大部分可编程控制器都是一些知名的外国公司，例如三菱 PLC、西门子 PLC、欧姆龙PLC等。每一种PLC都有自己的产品系列，可用于不同的应用，并使用相应的程序，但是其工作的基本原则和构成是一样的。都是由 CPU，电源，扩展数字量，模拟量等模块构成。

FX2N-48MR可编程控制器的结构示意图，见图3-1。FX2N型PLC工作稳定、指令集中、能够完成多种功能的编写、编写、通讯能力强、能够与PC进行通讯、扩充模块多、最多7个扩充功能。FX2N可编程控制器种类繁多，根据不同的性能需求，选择FX2N-32MR系列可编程控制器，根据设计的技术需求及输入输出数据，选择FX2N-48MR系列可编程控制器进行软件设计和软件的研制。此控制器功能多样，能够完成基本逻辑控制、数据操作和一些特定的应用。可以对其他的模块进行扩充，实现对场地的监控。所使用的程序是GX-Developer。此可编程控制器具有较高的运算速度和较好的扩充性能，适用于中小型控制系统的通用设计。

四、结语

传统的钻井设备采用的是继电器式触点，多条导线，多个触点，易产生短路，工作可靠性差。采用PLC技术，对卧式钻井平台进行CNC工艺的控制，以达到对工艺的实时监控。本系统具有运行稳定、抗干扰性好、经济性好、功能齐全、体积小、伸缩性好等优点。常规的接触器线路复杂，电气部件频繁，触头老化，诊断和处理困难，可靠性差。针对数控加工设备的技术要求，采用PLC进行整个系统的结构，并根据本人在高校的实际工作经历，对PLC的软硬件及软件的操作进行了深入的分析，最后完成了整个数控系统的设计与研制。

参考文献

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