我廠DU1909組合鏜床是加工汽車汽缸體缸孔的主要設(shè)備，屬80年代初期產(chǎn)品，巳使用十多年。該機(jī)床是依靠近23只中間繼電器，17個(gè)液壓電磁閥，5只接觸器和約20個(gè)控制按鈕、行程開關(guān)、壓力繼電器等電器，通過繼電器的邏輯控制來完成機(jī)床的各種加工工序。在加工過程中，聯(lián)動(dòng)工作可靠性差，容易發(fā)生故障，且該機(jī)床在安裝調(diào)試時(shí)，廠家己對該機(jī)床的電器控制線路進(jìn)行過多次修改，以致現(xiàn)有的電器圖紙與實(shí)物嚴(yán)重不符，從而增加了維修工作的難度和機(jī)床停機(jī)檢修時(shí)的時(shí)間。

　　在這十多年的使用期間，我廠的電器維護(hù)人員在對該機(jī)床進(jìn)行維護(hù)時(shí)，克服圖紙與實(shí)物多處不符的困難，排除了許多故障，并積累了不少維修經(jīng)驗(yàn)。但由于機(jī)床電器元件的逐步老化，以致產(chǎn)生了不少新的電器故障，靠以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維修己逐顯困難，造成機(jī)床停機(jī)檢修時(shí)間的不斷增長，嚴(yán)重影響加工工件的質(zhì)量和生產(chǎn)任務(wù)的完成。針對以上的情況，我廠決定對該機(jī)床進(jìn)行電器改造，以解決因動(dòng)作不可靠、維護(hù)困難而影響生產(chǎn)的問題。

2、控制系統(tǒng)簡介

　　該機(jī)床屬早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，由于其動(dòng)作速度慢、可靠性差、連線復(fù)雜、定時(shí)精度不夠準(zhǔn)確、可維護(hù)性差等原因，現(xiàn)在的繼電器邏輯控制系統(tǒng)將逐漸被淘汰。PLC控制系統(tǒng)由于體積小、功耗低、速度快、可靠性高、故障率低、維護(hù)方便、又具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。基于上述原因，根據(jù)機(jī)床工作的要求，我廠決定采用PLC控制系統(tǒng)取代原繼電器邏輯控制系統(tǒng)，對該機(jī)床進(jìn)行電器技術(shù)改造。

3、工藝要求

　　該機(jī)床是立式雙軸三工位移動(dòng)工作臺(tái)精加工專用組合鏜床，加工缸體是六缸孔缸體?，F(xiàn)我廠又開發(fā)生產(chǎn)了四缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，而該機(jī)床在加工四缸缸體時(shí)，機(jī)械方面采用了兩次裝夾的辦法進(jìn)行整改，基本滿足加工的工藝要求，但在電器方面，原系統(tǒng)則無法進(jìn)行改變，不能進(jìn)行自動(dòng)加工，只能靠手動(dòng)一步一步的執(zhí)行動(dòng)作，操作繁瑣且效率極低。用PLC進(jìn)行改造時(shí)，利用PLC在編程方面的優(yōu)點(diǎn)，我們用一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)可方便地實(shí)現(xiàn)六缸機(jī)與四缸機(jī)加工的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。各工藝流程敘述如下：

3.1、六缸機(jī)加工流程

　　六缸機(jī)加工的工藝流程如圖1所示：

　　在初始狀態(tài)下，裝上加工工件，按壓A3按鈕，開始插銷和夾緊，然后撥動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)XA到六缸自動(dòng)位置，自動(dòng)循環(huán)加工開始運(yùn)行。全部加工完成后工作臺(tái)又回到Ⅰ工位位置，并松開和拔銷，撥動(dòng)XA到調(diào)整位置，卸下工件，一個(gè)循環(huán)過程結(jié)束。再裝上另一工件，下一循環(huán)重新開始。圖中的橫向工進(jìn)和橫向快退分別對應(yīng)于橫向出刀和退刀。另外，有關(guān)加工工藝方面的延時(shí)要求，在圖中并未畫出，

　　在下面的圖2中亦是如此，在此說明。

3.2、四缸機(jī)加工流程

　　四缸機(jī)加工的工藝流程如圖2所示：

　　與加工六缸機(jī)不同的是，在插銷夾緊后，轉(zhuǎn)換開關(guān)要撥在四缸自動(dòng)的位置，Ⅰ工位加工完后，工作臺(tái)自動(dòng)移到Ⅲ工位進(jìn)行加工，Ⅱ工位不加工，Ⅲ工位加工完又回到Ⅰ工位，然后自動(dòng)執(zhí)行松開和拔銷，撥動(dòng)XA到調(diào)整位置后可移動(dòng)加工工件，進(jìn)行對加工工件的二次裝夾，再次撥動(dòng)XA到四缸自動(dòng)位置，同在Ⅰ工位又加工工件的另外一個(gè)缸孔，加工完后不再移動(dòng)工作臺(tái)而自動(dòng)執(zhí)行松開和拔銷，撥動(dòng)XA到調(diào)整位置，卸下工件，一個(gè)循環(huán)過程結(jié)束。

3.3、調(diào)整要求

　　無論是加工六缸機(jī)還是加工四缸機(jī)，在PLC控制程序正在運(yùn)行的加工過程中，只要將轉(zhuǎn)換開關(guān)XA由自動(dòng)方式撥回到調(diào)整方式，正在運(yùn)行的程序應(yīng)立即停止運(yùn)行。

　　手動(dòng)過程以及鏜頭對刀、工序調(diào)整等過程應(yīng)在調(diào)整方式下進(jìn)行。

4、PLC控制系統(tǒng)的組成

　　根據(jù)機(jī)床的工作原理，改造后的主要控制對象有：1臺(tái)液壓泵、2臺(tái)進(jìn)給主軸電機(jī)、14只電磁液壓閥、3盞工作狀態(tài)指示燈。主要控制元件有：11個(gè)控制按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)、5個(gè)接觸器和斷路器的輔助接點(diǎn)、5個(gè)壓力繼電器和10個(gè)行程開關(guān)。

　　統(tǒng)計(jì)后得出該機(jī)床的輸入點(diǎn)為28點(diǎn)，輸出點(diǎn)為19點(diǎn)。我們選用OMRON（歐姆龍）C60P型可編程序控制器對該機(jī)床的電器控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，該型的PLC輸入點(diǎn)為32點(diǎn)，輸出點(diǎn)為28點(diǎn)，可滿足該機(jī)床輸入輸出點(diǎn)數(shù)的要求。

　　改造后的PLC（OMRON Ｃ60P）外部I/O連接電氣原理圖如圖3所示。

　　在圖3中，連接輸入點(diǎn)0000的油泵KM7觸點(diǎn)，是使用常開觸點(diǎn)，連接輸入點(diǎn)0001的斷路器QF5-QF7的觸點(diǎn)，也使用串聯(lián)連接的常開觸點(diǎn)。如果都使用常閉觸點(diǎn)如圖4所示，在正常加工時(shí)，該觸點(diǎn)全部是斷開的，這時(shí)如果發(fā)生線路斷路時(shí)，如在圖中的a或b處斷開，在該相應(yīng)的輸入點(diǎn)上卻無法反映出來，程序照常運(yùn)行。一旦真發(fā)生故障使圖中的KM7等觸點(diǎn)動(dòng)作，由于線路斷路，就無法起到故障保護(hù)的作用。

　　在指示燈方面，設(shè)立了一個(gè)四缸機(jī)加工過1次記憶指示燈HL3。根據(jù)四缸機(jī)加工工藝，工作臺(tái)在Ⅰ工位要進(jìn)行兩次加工，以加工不同的缸孔。由于在加工過程中，可能會(huì)出現(xiàn)突然停電、人為停機(jī)和故障停機(jī)等現(xiàn)象，由此可能會(huì)引起操作者不知道Ⅰ工位是何種狀態(tài)，即不知Ⅰ工位是否己經(jīng)進(jìn)行過一次加工，通過HL3指示燈可清楚的指示出Ⅰ工位的加工狀態(tài)。另外，通過控制按鈕A12可方便地轉(zhuǎn)換Ⅰ工位的加工狀態(tài)及其指示。

5、程序編制

　　該機(jī)床所要編制的控制系統(tǒng)控制程序，除插銷夾緊和松開拔銷外，主要?jiǎng)幼鳛殓M頭加工和工作臺(tái)移動(dòng)兩大部份。鏜頭加工主要為順序控制，工作臺(tái)移動(dòng)由于所控制的對象不同，具有分散控制的特點(diǎn)。因此，如何編制出結(jié)構(gòu)清晰、工作效率高白的PLC應(yīng)用程序，我們對此進(jìn)行了有益的嘗試。

5.1、工作方式的轉(zhuǎn)換

　　該機(jī)床要求既可加工六缸缸體，又可加工四缸缸體，故需三種工作方式，即六缸自動(dòng)、調(diào)整、四缸自動(dòng)。在編制程序時(shí)可用兩種方法實(shí)現(xiàn)工作方式的轉(zhuǎn)變。一種是采用跳轉(zhuǎn)指令（即JMP、JME指令）來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，這種方法的特點(diǎn)是各種工作方式分開編程，編制的程序清晰明了，運(yùn)行時(shí)只執(zhí)行相應(yīng)工作方式的指令，此外的工作方式，其指令將不執(zhí)行。這樣，就相應(yīng)縮短了程序的掃描時(shí)間，但卻占用了較多的內(nèi)存單元。

　　另一種方法是采用指令并聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，本機(jī)床控制系統(tǒng)的控制程序采用此方法，如圖5所示，此方法的特點(diǎn)是，編制的程序簡單扼要，相對于上一方法而言，這種方法運(yùn)行程序的掃描時(shí)間將有所增加，但卻使用較少的內(nèi)存單元.

5.2、鏜頭加工的程序編制

　　鏜頭加工的控制特點(diǎn)為順序控制，其邏輯關(guān)系可用布爾代數(shù)式表示。首先根據(jù)工藝流程列出控制狀態(tài)開關(guān)表，如表1所示，再由此表分析出控制對象的布爾代數(shù)表達(dá)式。

表1 鏜頭加工控制狀態(tài)開關(guān)表

下面以輸出點(diǎn)0504鏜頭進(jìn)為例分析其布爾表達(dá)式，由表1可得：

(0504)ON =1005…………………………（1）

其中1005為鏜頭進(jìn)啟動(dòng)信號(hào)，為一個(gè)掃描周期的脈沖信號(hào)。

　　鏜頭進(jìn)0504的停止信號(hào)由0112的行程動(dòng)作產(chǎn)生，0112是橫向刀原位，其動(dòng)作時(shí)間包含了0504鏜頭進(jìn)的全部停止時(shí)間，如果只用0112做停止信號(hào)，由于0112在鏜頭進(jìn)過程中仍為動(dòng)作狀態(tài)，則無法由1005信號(hào)啟動(dòng)鏜頭進(jìn)動(dòng)作，因此只用0112信號(hào)作鏜頭進(jìn)0504的停止信號(hào)顯然是不夠的。分析表1時(shí)可看出，0112的動(dòng)作狀態(tài)是由橫向退刀0606的終端行程控制的，0112動(dòng)作時(shí)又反過來作為0606的停止信號(hào)。眾所周知，PLC控制器的操作循環(huán)是由程序掃描和I/O掃描兩部分組成，在I/O掃描期間，當(dāng)在輸入端檢查到0112信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，在此期間0606還必然保持在原來狀態(tài)，不可能因0112信號(hào)的出現(xiàn)而立即翻轉(zhuǎn)，只有到達(dá)程序掃描期間時(shí)，0606輸出點(diǎn)的工作狀態(tài)才會(huì)隨著0112信號(hào)的出現(xiàn)而被更新，可見0112和0606相與后的信號(hào)為一個(gè)掃描周期的脈沖信號(hào)。因此，完全可用0112和0606信號(hào)相與，即0112·0606信號(hào)作為0504鏜頭進(jìn)的停止信號(hào)，這樣可避免程序在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生意外的誤動(dòng)作。我們用此方法編制程序的啟動(dòng)和停止信號(hào)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，動(dòng)作可靠，取得了良好的運(yùn)行較果。故有：

(0504)OFF =0112·0606………………………（2）

根據(jù)（1）、（2）兩式，可得：

0504=[ 0504+(0504)ON >·(0504)OFF
=(0504+1005)·(0112 +0606 )

同樣,可得其它布爾代數(shù)式:

0505=(0112·0606+0505)·(0107 +0505 )
0506=(0506+1005+0110·0505)(0107 +0505 )(0108 +0504 )
0605=(0605+0109)·0111 ·0505 ·0606
0606=(0606+0111)(0112 +0606 )

　　再考慮到工藝上的延時(shí)要求,然后編制出鏜頭加工的控制程序,如圖6所示。

5.3、工作臺(tái)移動(dòng)的程序編制

　　該機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)由于其控制條件和控制對象的分散特點(diǎn)，在編制程序時(shí)，可根據(jù)其邏輯特性進(jìn)行編程，所編制的程序如圖7所示。圖中只畫出六缸機(jī)程序部分，四缸機(jī)和調(diào)整部分可按類似的方法編制出其PLC程序圖，這里不再介紹。

　　其控制原理簡單介紹如下：工作臺(tái)的移動(dòng)是通過4個(gè)電磁閥的得電狀態(tài)決定的，當(dāng)9DT、11DT得電時(shí)，工作臺(tái)由Ⅲ工位向Ⅰ工位移動(dòng)；8DT、10DT得電，則是由Ⅱ工位向Ⅲ工位移動(dòng)；8DT、11DT得電，由Ⅰ工位向Ⅱ工位移動(dòng)。圖7中0107為鏜頭原位信號(hào)，1004為鏜頭原位脈沖信號(hào)，1005為到達(dá)Ⅱ、Ⅲ工位脈沖信號(hào)，1006為到達(dá)Ⅰ工位脈沖信號(hào)，HR0、HR1、HR2分別為在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工位信號(hào)，此為斷電保持信號(hào)。假設(shè)在Ⅰ工位加工工件時(shí)，加工完成后鏜頭退回到原位，由于在Ⅰ工位時(shí)HR0為ON，則1004為ON使得0603為ON，進(jìn)而0600亦為ON，電磁閥8DT、11DT得電，工作臺(tái)由Ⅰ工位向Ⅱ工位移動(dòng)。到達(dá)Ⅱ工位后，圖7中1005常閉觸點(diǎn)的瞬時(shí)斷開使得電磁閥8DT、11DT失電，至此，工作臺(tái)完成了向Ⅱ工位的移動(dòng)過程。工作臺(tái)向Ⅰ工位和Ⅲ工位的移動(dòng)亦可據(jù)此方法分析。

5.4、Ⅰ工位加工狀態(tài)記憶編制

　　所編制的Ⅰ工位加工狀態(tài)的記憶程序如圖8所示。

　　圖中0011為四缸自動(dòng)方式信號(hào)，0003為調(diào)整方式信號(hào)，1004·HR0為Ⅰ工位加工完成信號(hào)，0113為A12控制按鈕，可轉(zhuǎn)換Ⅰ工位的加工狀態(tài)，CNT03計(jì)數(shù)器的功能是用來記憶四缸機(jī)在Ⅰ工位的加工狀態(tài)，用以保證四缸機(jī)循環(huán)程序的順序執(zhí)行。

　　由圖8可見，在四缸方式下Ⅰ工位加工完一次后，1000為ON，計(jì)數(shù)器CNT03的計(jì)數(shù)值置為1，待下一次在Ⅰ工位又加工完一次后，1000又一次ON，致使計(jì)數(shù)器CNT03復(fù)位成2的預(yù)置值，這樣，通過比較計(jì)數(shù)器CNT03的計(jì)數(shù)值就可得出Ⅰ工位所處的加工狀態(tài)，并由輸出點(diǎn)0610輸出到指示燈指示出來。

　　另外，在調(diào)整狀態(tài)下，每按壓按鈕A12一次，CNT03的計(jì)數(shù)值就變化一次，相應(yīng)地，0610的指示狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次。

5.5、夾緊問題的解決

　　該機(jī)床要求只有在夾緊完好時(shí)，才能進(jìn)行鏜頭加工和工作臺(tái)的移動(dòng)，該夾緊信號(hào)0014的產(chǎn)生是通過壓力繼電器的動(dòng)作而形成的，在運(yùn)行調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，壓力繼電器動(dòng)作的可靠性較差，造成輸入點(diǎn)0014信號(hào)經(jīng)常瞬時(shí)失電，致使運(yùn)行中的程序經(jīng)常產(chǎn)生破壞性的誤動(dòng)作。解決此問題可用自鎖的方法，即將0014夾緊信號(hào)的整個(gè)夾緊過程自鎖，如圖9所示，由1012信號(hào)作為鏜頭加工和工作臺(tái)移動(dòng)的夾緊信號(hào)滿足條件，從而在電氣上解決了壓力繼電器動(dòng)作不可靠的問題。

6、結(jié)論及使用效果

　　通過這次改造，我們覺得用PLC控制器對設(shè)備進(jìn)行電氣改造，非常方便實(shí)用，并且容易修改。一般在電氣方面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)和機(jī)械方面相矛盾的地方。如果電氣控制箱一旦完成，其修改就相當(dāng)困難，但是PLC卻不同，它可對其控制程序隨時(shí)修改，而不必進(jìn)行電氣線路的改動(dòng)。因此在對一些老的機(jī)床設(shè)備進(jìn)行電氣改造時(shí)，可先進(jìn)行系統(tǒng)和輸入輸出點(diǎn)的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行電控箱及外圍電器元器件的安裝，在安裝過程中再進(jìn)行PLC控制程序的程序編制，從而縮短了施工周期。實(shí)踐證明，對于一些電氣可靠性差的機(jī)床設(shè)備用PLC進(jìn)行徹底改造，是保證機(jī)床可靠運(yùn)行的最有效辦法，只要處理得好，就會(huì)取到事半功倍的效果。

　　該機(jī)床自1997年9月改造完成后，到現(xiàn)在已連續(xù)運(yùn)行使用了將近一年，電氣系統(tǒng)從未發(fā)生故障，可靠性相當(dāng)高，徹底解決了改造前由于繼電器控制可靠性差，元器件老化等原因帶來的經(jīng)常性故障及廢品率高的問題，使該機(jī)床的加工能力得到了充分的發(fā)揮。

（轉(zhuǎn)載）