本次设计中所用的PLC为日本OMRON公司的产品CPM1A,整个设计体现以下两个思想:(1)在控制系统中,大量软件的使用可以使系统硬件接线简单,成本降低,可行性提高;(2)使用CPT软件,直接可以画梯形图,并转换为程序,操作更方便,准确率高，
PLC在龙门刨床中的应用
。一、龙门刨床中的控制工艺
刨床是金属切削机床的一种,主要用于加工各种平面和沟槽,表面形成方法是轨迹——轨迹法。而龙门刨床主要用于中小型生产车间及修理车间,加工大平面,特别是长而窄的平面,如导轨面和泡槽等。
龙门刨床在加工工件之时,工件固定在工作台上作前进或后退的直线往返运动(主运动),而刀具固定在刀架上作垂直于主运动方向的周期性进给运动(相对运动)。因此工件在加工之前要调整好工件与刀具的相对位置(即对刀)。龙门刨床刨台主运动由二台直流电动机(容量为2*60KW)拖动,电动机在电气上串连,机械上并联。
龙门刨床在切入工件时,要求刨台作低速运动(Vqj),以便刀具以低速切入工件,而后升速到正向前进速度(Vqo),到前进末,为了防止刀具将工件边缘剥落和减少正向越位,也要前进末减速。当挡块碰到行程开关QHXK时,刨台经过一定越位(惯性引起,大型龙门刨床越位小于400mm,中型小于 300mm,),从正向进入反向启动,一直升速到后退速度(Vho)。反向末,挡块碰到HSXK行程开关,进入反向末减速(Vhj),当挡块碰行程开关 HQXK时,刨台经反向越位后进入正向低速。当DQXK复位时,前进初低速段结束转正向速度。如此反复循环进行。在刨台反向末,刀具作进给运动。工作台侧面有二个挡块A和B,它不断碰撞行程开关,实现各种运动的转换。
刨台拖动直流电机是由逻辑无环流可控硅整流装置供电。改变可控硅的速度给定就可以得到要求的速度波形。龙门刨床主传动继电器控制线路如下图所示:
图中速度给定部分(Vg)是由W1~W6中的一个电位器取得电压信号。电位器的选择是由继电器的接点进行。图中各继电器的符号说明如下:FKJ——综合继电器;SJ1——刨床电源分闸时,延时继电时间继电器CF——刨床电源控制接触器; ZDC——能耗制动联锁接点;QJ——刨台前进继电器;HJ——刨台后退继电器;JJ——刨台自动往返继电器;IOJ——刨台后退换前进继电器;IHJ ——刨台前进换后退继电器;J——刨台减速继电器;QHXK——刨台前进换后退行程开关;HQXK——刨台后退换前进行程开关;HSXK——刨台后退减速行程开关;DQXK——刨台前进减速行程开关; 2AN、5AN——刨台点进、动退按钮; 3AN、4AN——刨台自动进退按钮;RDJ、ZHJ、YJL、RJ——故障联锁接点。
刨台自动进退控制过程:按下1AN,综合继电器FKJ得电,其常开触点闭合,常闭触点断开,电源控制接触器CF上电,按下3AN,自动往返继电器JJ 得电,其常开闭合,常闭断开,从而前进继电器QJ得电,刨台前进(注:此时HQXK、DQXK、HSXK尚没有复位)刨台低速切入。当HQXK、 DQXK、HSXK复位,刨台低速切入断结束转正向前进速度。当挡块A压下前进末减速行程开关QSXK,其常开闭合,常闭断开,则前进继电器QJ失电,其触点复位,刨台由前进转为后退,同时QHXK、QSXK复位,当挡块B碰到后退末减速行程开关HSXK,其常开触点闭合,常闭断开,刨台转低速后退，
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《PLC在龙门刨床中的应用》(https://www.unjs.com)。当压到后退转前进行程开关HQXK时,刨台重新进入低速切入状态,如此反复循环进行。二、PLC在龙门刨床中的应用
根据上面的龙门刨床继电器控制线路图,结合CPM1A端子编码和外部接线图,就可以设计刨床主运动部分的梯形图。如下所示:
原继电器控制电路中QJ、JJ、HJ、IQJ、IHJ、J等继电器,只要不是直接从I/O点输出,均可用内部继电器取代,图中用2000-20005代替。
在继电器控制线路图中,当按刨台总停开关时,刨台立即停止,但制动接触器CF通过断电延时时间继电器SJ1延时切断CF,使能耗制动回路和消除剩磁爬行回路延时接通。当将这样的延时五环节转换成梯形图时,由于CPM1A设备内部只有通电延时继电器,因此在梯形图中要用线路的方法采用通电延时继电器来达到断电延时的目的。
三、电路调试
本次设计的电路调试部分主要是PLC程序的调试。我们使用了日本欧姆龙公司生产的CPM1A系列的PLC,根据龙门刨床的输入输出特点,选用的型号是CPM1A-40CDR-A,适配器为RS-232C。
具体的操作是使用了CPT软件,它是将个人计算机通过RS232C通信适配器CPM1-C1F01与PLC连接进行程序调试。整个调试过程如下:拔动开关00000、00006(即为ON)时,中间继电器20000、前进继电器20001得电,因为此时行程开关00011、00101、00102还没复位,在实际的龙门刨床的运动中应该是低速切入,(具体运动过程见刨台自动进退控制过程),不过这一部分在程序调试中并不能直接表示出来,只能通过开关的接通或断开来显示。因此同时拔动开关00011、00101、00102(即为ON)时,中间继电器20005得电,即减速继电器得电,所以是低速切入运动。
当拔动开关00007(即为ON)时,后退继电器 20002得电,由于20002的互锁功能,前进继电器20001失电,刨台由前进转转后退运动,同时也由于自锁功能,就一直保持。这样依次操作,刨台反复循环进行。在下面部分具体的线圈(01000—01006)输出,主要是通过开关的接通与断开来控制龙门刨床运作的某一速度。
四、总结
整个设计过程下来,本文有自己的深刻体会。从最初设计到电路的调试结束,确实发现运用PLC控制龙门刨床,电路接线简单,程序编写方便,实现了刨床的自动控制,可靠、稳定和安全。在调试阶段,遇到一些细小问题。每个细小问题虽不是很明显,但却足以让你无法达到正确结果,甚至无法进行下一步工作。比如, 在进行程序调试时,发现后退继电器20002不能动作,经仔细检查才知道原因,改正后,程序就能正常运作了。诸如此类问题我们碰到了很多,但经过我们反复检查和思考,总算能逐一解决并达到预期的效果。