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基（jī）於（yú）三菱（líng） PLC 的雙麵銑床（chuáng）控製係統程序設計

2017-5-4 來源：江蘇商貿職業學院作者：王亞東（dōng）

摘要：采用三（sān）菱 PLC 對雙（shuāng）麵銑床進行技（jì）術改造，針對雙麵銑床（chuáng）的控製要求，給出兩種程序設（shè）計（jì）方（fāng）案，並簡單分（fèn）析了各自的優缺（quē）點，PLC 的應（yīng）用不但大大提高（gāo）了係統（tǒng）運行的可靠性和抗幹擾能力（lì），降低了設計運行的故障率，同時給設（shè）計（jì）維護帶來極大的便利，對（duì）同類設備的技（jì）術改造有較大的參（cān）考價值。

關鍵詞：PLC；銑床；工作方式；IST

PLC 的全稱（chēng）是 Programmable Logic Controller（可編程控製器），剛引入國內時，曾簡稱為 PC。後來，IBM-PC 獲得廣泛應用，PC 成了個人電腦（nǎo）的代名詞，才改為 PLC。PLC 是（shì）一種智能產品，是在電器控製（zhì）技（jì）術和（hé）計算機技術的基（jī）礎上開發出來的，並逐漸（jiàn）發（fā）展成為以微處理器為核心，把自動化技（jì）術（shù）、計算機技術、通信技術融為一（yī）體的新型工（gōng）業控製裝置。目的是用來取代繼電器、執行（háng）邏（luó）輯、記時、計數等順序控製功能（néng），建（jiàn）立柔性（xìng）的程控係統。國際電工委（wěi）員會（IEC）於 1987年頒布（bù）了可編程控製器標準（zhǔn）草（cǎo）案第三稿，明確強調了 PLC 直接應用於工業環境，具（jù）有通用性（xìng）強、使用方（fāng）便、適應麵廣、可靠性高、搞幹擾能力強，編程簡單等特點。在工業（yè）領（lǐng）域中，PLC 控製技術的應用已成為（wéi）世（shì）界潮流。

　　在傳統的（de）機床控製係統中，都是（shì）采用繼電器——接觸器（qì）等元器（qì）件組成的硬件（jiàn）邏輯控製電路（lù），在（zài） PLC 出現之前，一直（zhí）占主導地位，應用廣泛。但是電氣控製係統存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別（bié）是其接線（xiàn）複雜，工藝難度高，不易更改，對生產工藝變化的適應性也（yě）差，所以（yǐ）用 PLC 控製取（qǔ）代傳統機床電（diàn）氣控製係統是機床控製發展的主要趨勢。它可以完美（měi）的解決傳統機（jī）床電氣（qì）控製係統的可靠性、柔性、開發周期、故障自（zì）診（zhěn）斷等問題。

　　銑床作為機械加工的通用設（shè）備，在（zài）汽車等配件生（shēng）產（chǎn）加工中起著（zhe）不可（kě）替代的作用（yòng）。而雙麵銑床由（yóu）於兩麵可同時加（jiā）工，加工效（xiào）率高，應用更為廣泛，本文主要（yào）進行雙麵銑床（chuáng）的 PLC 控製程序設計。

1.雙麵銑床（chuáng）控製係統（tǒng）控（kòng）製要（yào）求。

　　工作台來（lái）回往返運動由液壓驅動，工作台（tái）速度和方向由限位開關SQ1—SQ3 控製（zhì）。工作台與主軸循環工作過（guò）程為：工作台啟動——向右快進（左動力頭）——減速工進，同時主軸啟動，加工結束——停止工進，主（zhǔ）軸延時 10S 停（tíng）轉——工作台向左快退回原位——進入下一循環工作狀態。右動力頭的運行（háng）方向與左動力頭相反。

　　控製要求：PLC 設計時，工作方式設為自動循環、點動（dòng）、單周循環和步進 4 種；主軸隻在自動（dòng）循環和單周循環時啟動；要有必（bì）要（yào）的電氣保護和聯鎖裝置；自動循環時按下圖的順序動作。

圖 1　雙（shuāng）麵銑床動力頭的動作順序

2.PLC 設計設計

2.1　采用 IST 指令實現程序設計

　　根據控製係統要求（qiú），該（gāi）程序主要需包括四種工作方式，分別為自動循環、點動、單周（zhōu）循環和步進，最為簡便的編程方法是使用功能指令的初始化指令 IST（FNC60）。

梯形圖源操作數 S 表明的是首地址，它有共 8 個位連號（hào）軟元件元件組成，由開關量輸入繼電器 X20~X27 組成，其（qí）功能分別是：

　　 X20：手動工作方式的輸入控製（zhì）信號；X21：返（fǎn）回原點工作方式的輸入控製信號；X22：單步工作方（fāng）式的輸入信號（hào）；X23：單周期工（gōng）作方式的輸入控製信號；X24：全自動工作方式的輸入（rù）控製信號；X25：返回原點的啟動（dòng）信號（hào）；X26：進入自（zì）動工作（zuò）方式的啟動信（xìn）號；X27：停止。在開關量（liàng）輸入（rù） X20~X24 中，不允許有兩個或兩個以上（shàng）的輸入端同時閉合，因此，必須選（xuǎn）用滿足該條件的轉換開關，且該開關至少有五擋位置，當開關扳到某擋（dǎng）位置時，隻有該位置的觸點閉合，其（qí）他各位置的觸點斷開。在梯形圖中，目的操作數 D1 和 D2 隻能選用狀態器 S，其範圍是 S20~S899，其中（zhōng） D1 表示自動工作方式所使用的最（zuì）低（dī）位狀態器，D2 表示（shì）自動工作方式（shì）時所使用的最高位狀態器。S0~S9 是實際發（fā）始狀態器地址（zhǐ）編號。S0 是各操（cāo）作的初始狀態，S1 是原（yuán）點回歸（guī）的初始狀態。

　　同時，與IST指令有關的特殊輔助繼電器有 8 個。它們（men）是M8040~M8047，其中 M8040：轉移禁止；M8040：轉（zhuǎn）移開始；M8042：起動脈衝；M8043：返回原點完成，當 M8043 為 1 時，允許進入自動工作方式，當 M8043 為 0 時，表示返回原點（diǎn）未完成，不允許進（jìn）入自動工作方式；M8047：STL 監控有效。

　　因此（cǐ），如（rú）果采用 IST 指令設計該雙麵銑（xǐ）床控製程序時，可將程序設計（jì）成四部分，第一（yī）部分 IST 指令；第二部分為手動程序，設（shè）計在狀態（tài）點 S0 下；第三部分為返回原點程序，設計在狀態點 S1 下，且在該部分（fèn）程序最（zuì）後，到達原點時對 M8043 置 1，表示返回原點（diǎn）完成；第四部分為（wéi）自動（dòng）和（hé）單周程序，設計在狀態點 S2 下。若（ruò） X20 為 ON 時，狀態器 S0 為 1，表示工作在手動工作狀態；若 X21 為 ON 時，狀（zhuàng）態 S1為 1，處於返（fǎn）回工作原點狀態，當返回工作原點完成時，M8043 置 1，，此時如（rú）果 X22 為 ON，則工作於單步工作狀態即步進狀態，每按一次啟動按鈕，就進行一次狀態轉移，如果輸入端 X23 為 ON，則處於單周期工作狀態，每按一次啟動按鈕，掃（sǎo）行完一個周期後，停止在起（qǐ）始狀態 S2；如果輸入端 X24 為 1 時，則處於自動工作方式，循（xún）環執行用（yòng）戶程序（xù）。由此可見（jiàn），該程序完全滿（mǎn）足該雙麵銑床（chuáng）控製係（xì）統的四種工作方式。但是（shì）我們（men）同時也可以發現，一旦采用 IST 指令，其輸入端一次（cì）性占用 X20~X27 共（gòng） 8 個輸（shū）入點，對於三菱 FX2N-32MR 的 PLC 來說，有可能輸入（rù）點是不夠用的，並且它必須采用至少有五檔的轉換開關（guān），那我們可不可以不采用 IST 指令同樣也可以實現控製要求呢？

2.2　采用基本指令實現程（chéng）序設計

2.2.1　程序的總（zǒng）體結構

圖 3　雙麵銑（xǐ）床控製係統 PLC 梯形圖總體結構

圖 3 為雙麵銑床的 PLC 梯形圖程序的總體結構，將程序分為公（gōng）用程序、手動程序和自動程序三個部分，其中自動程序包（bāo）括單步、單（dān）周期、自動循環和自動（dòng）回原點四部分。這是因為它們的工作都是按照同樣的順（shùn）序進行，所以將它（tā）們（men）合在一（yī）起編程更加簡單。回原點程序放在自動程序（xù）的初始狀（zhuàng）態點 S0 中，因為自動循環等工作方式起點（diǎn）就要（yào）求動工作台處於原點位置，梯形（xíng）圖中使用跳轉指令使得自動程序和手動程序不會同時執行。

2.2.2　各部分程序的設計

　　（1）公用程序。公用程序如（rú）圖 4 所示（shì），用於（yú）自動程序和手動程序相互切換的處理。當選擇自動 X7、單周 X10、步進 X11 這三種（zhǒng）工作方式時，程序（xù）跳轉至 P0 執行自動程序，反之若選擇的是手動

X12，則執行手動程序（xù）。當執行手動程序時，首先將狀態點 S0~S13複位，同時將輸出 Y0~Y4 複位，再進行手動工作方式，必免同時有兩個活動步的異常情況，同時為避免（miǎn）手動工作時的越程故障，可在左動力頭和右動力頭輸出上分別加上 SQ3 和（hé） SQ1 的常閉（bì）觸點，進行位置限製。

圖（tú）4 公用程序

自動程序初始狀態點 S0 的激活，由自動 X7、單周 X10、步進X11 三個輸入的並聯進行（háng）觸發，並采用邊沿觸發，如果采（cǎi）用普通觸發（fā），當以上三個輸入（rù）開關閉合時，會出（chū）現初（chū）始（shǐ）狀態（tài）點 S0 一直處於激活（huó）狀態，當自動程序開始執行時，會同時（shí）出現兩個活動步的異常情況，而采用上升沿觸發，隻有當（dāng）開（kāi）關合上一瞬間，初始（shǐ）狀態點 S0 才會被激活（huó），當下一個狀態點滿（mǎn）足條件激（jī）活時（shí），S0 狀態點關閉。

　　步進工作狀態依靠特殊輔助（zhù）繼電器 M8040 來實（shí）現，由啟（qǐ）動按鈕X0 的常閉觸點和步進工作狀態選擇開（kāi）關 S11 的常開狀（zhuàng）態驅動特殊輔助繼電器（qì） M8040。當步進選擇開關 S11 閉合，沒有（yǒu）按下啟動按鈕（niǔ）X0 時，M8040 為 1，禁止狀態（tài）轉移，按下啟動按鈕 X0 時，常閉觸點斷開，M8040 為 0，允許狀態轉移（yí），即跳轉（zhuǎn）至下（xià）一個（gè）狀態點，執行下（xià）一步動作，由此，每按（àn）一次，自（zì）動程序執行一步，即實現了步進控製。

　　（2）自動程序（xù）。自動程序功能圖如（rú）圖 5 所示（shì），其中（zhōng）包含單周、自動（dòng）循環以及自動回原點（diǎn）程序。其中單（dān）同和自動循環（huán）通過（guò）狀態點（diǎn） S13下的跳（tiào）轉實現，當選擇單周或（huò）步進時，程序跳轉至狀態點 S0，當選（xuǎn）擇自（zì）動或步進時，程序跳轉至狀態點 S10。自動回原點程序設（shè）計在初始狀態點 S0 下。當返回原點後，即到達行程開關 SQ1 位置，給出（chū）原點（diǎn）信號 Y5，作為下一個狀態 S10 激活的條件（jiàn）之一。同時需注意的是，因為步進工作方（fāng）式與（yǔ）自動程序是合在一起（qǐ）編程的，當程序工作在單周或（huò）自動（dòng）時，滿足下一（yī）個狀態點激活條件（jiàn）時（shí），則跳轉至下一個狀態（tài）點執行，而（ér）工作在步進工作狀態時，盡管滿足了下一個狀態（tài）點激（jī）活條件，但沒有按下啟（qǐ）動按鈕，程序不會執行下一個狀態（tài）點的動（dòng）作，即當前狀態點一（yī）直處於激活（huó）狀態，當前狀態點也一直有輸出（chū），為了避免這（zhè）種情況的出現，在每個狀態點的（de）輸出元件上（shàng），加上條件限製，當滿足跳（tiào）轉條件時（shí），盡管沒有跳轉，當前狀態點也無輸出。如在狀態點 S10 的輸出元件前串上 SQ2 的常閉（bì）觸點。

圖5 自動程序（xù）的功（gōng）能表圖

（3）程序調試。程序（xù）調（diào）試時，可各部分程序分別調試，然後（hòu）再進行全部程序的調試（shì），也可直接進行全（quán）部程（chéng）序的調試。

3.總結

　　本文介紹（shào）的在雙（shuāng）麵銑床控製係統中應用 PLC 替代繼電器—接觸器電氣控製線路的技術（shù）改造，經過實際運行，係統運行穩定可靠，能很好的保證其加工精度（dù）和定位精度，兩個編程方法各有（yǒu）優缺點，采（cǎi）用IST 指令，編程方（fāng）法簡單，程序結構清晰，但在工作方式的選擇開關上（shàng）一定要采用（yòng）五檔轉換開關來（lái）實現，采用普通指令，編程較為複雜但開關無特殊要求。總（zǒng）之，PLC 的應用不但大大提高了係統運行的（de）可靠性和抗幹擾能（néng）力，降低了設計運行的（de）故障率，同時給設計維護帶來極大的便利（lì），對同類設備的技術改造有較大的參考價值（zhí）。

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