基于PLC的专机进给系统改造应用.pdf

工艺与装备基于 PLC的专机进给系统改造应用93倪朝阳李彦镔王忠峰刘义卿刘增玺姜孝杰（淄柴动力有限公司，淄博2 550 0 0）摘要：购买数量众多的全新数控机床需要花费大量资金，因此把普通机床改造为数控机床成为一条提高数控化率的有效途径。本文提供一种专用机床的进给系统改造方案，将原有的液压系统进给改造成“伺服电机+减速机”的控制方式，并配合机床电箱改造，增加可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，P L C）进行控制，实现老旧设备的再利用，从而达到节省支出成本、提高加工效率的目的。以专机的电箱和进给系统改造为例，介绍专机改造方法，包括进给系统的机械结构改造和电气改造设计，并验证了改造结果。关键词：专机；降本增效；机械设计；电气改造；可编程逻辑控制器（PLC）Special Machine Tools Based on PLC Reformation and Application of Feed SystemNI Zhaoyang,LI Yanbin,WANG Zhongfeng,LIU Yiqing,LIU Zengxi,JIANG Xiaojie(Zichai Power Co.,Ltd.,Zibo 255000)Abstract:The purchase of a large number of new computer number control machine tools needs to spend a lot of money,sothe transformation of ordinary machine tools into computer number control machine tools has become an effective way to improvethe rate of computer number control.This paper provides a special machine tool feed system transformation scheme,the originalhydraulic system feed into“servo motor+reducer control mode,and with the machine tool electric box transformation,increaseProgrammable Logic Controller(PLC)logic control,to achieve the reuse of old equipment,so as to save the cost of enterpriseexpenditure,improve the processing efficiency.Taking the transformation of the electric box and feed system of the specialaircraft as an example,this paper introduces the transformation method of the special aircraft,including the mechanical structuretransformation and the electrical transformation design of the feed system,and finally verifies the transformation results.Keywords:special machine tools;cost reduction efficiency;mechanical design;electrical transformation;Programmable LogicController(PLC)很多老旧机床可以利用原有床身实现机床的再利用。二十世纪七八十年代生产的普通机床刚性普遍较好，完全可以通过电气部分改造和机械结构的改进重新具有使用价值，因此机床改造市场空间很大。老旧机床普遍存在跑、冒、滴、漏现象，设备故障率高，使用成本高，加工的产品质量差，导致企业缺乏竞争力，直接影响企业的产品、市场、效益、发展和生存。当前，我国的机械制造水平和发达国家相比还有较大差距，而机械行业逐步增加数控化机床占比是大势所趋。通过研究专机的传动方式和进给形式，将液压系统改造成“电机+减速机+丝杠”传动，并利用可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）简化机床配电箱内部的电路，按照操作者的使用习惯编写梯形图。经过多次重复试验，改造方案效果良好。1应用前提1.1液压系统液压系统由电机、液压泵、电磁阀、换向阀、液压缸以及油箱等组成。工作台的往复运动是由液压系统控制油缸的往复运动实现的。根据加工要求，液压泵始终处在工作状态，容易造成油泵发热、油温迅速升高。油温过高和油温过低都会影响工作台的移动速度，影响加工效率。1.2电气结构机床的配电箱通过控制面板上的按钮进行人工操作，依靠电箱内的接触器、继电器、定时器等原始电气部件进行驱动。机床电器元件老化，自动化程度低，很容易出现设备故障。1.3设备运行状态机床原进给系统采用液压站作为工作台进给动力，机床周边经常出现油污。随着机床使用时间的增加，机床进给部分维修频率较高。此外，液压系统受季节变化影响明显。冬季油温低，夏季油温低，工作效率都会受影响。进给速度的变化会导致机床的进给量不一致，造成加工的工件表面光洁度不一致而出现超差。液压油的更换周期为34年，且抗磨液压油更换一次的费用很高 2。伺服电机、行星齿轮减速机等一些高精密部件的出现，完全可以将液压系统替换成伺服电机驱动。94现代制造技术与装备2023年第8 期总第32 1期2应用设计过程2.1机械部分设计机械部分设计是PLC电气改造的基础。机械部分的流畅运转是电气控制的前提。机床原传动系统过于老化，单纯进行PLC改造不能起到最佳效果。因此，在PLC改造应用前，要对机床机械部分进行重新设计和改造。为保障机床的加工精度，此次专机改造把工作台驱动部分设计成“伺服电机+减速机+滚珠丝杠”，拆除机床原有的液压缸、油泵等，简化机械机构，为机床PLC改造应用提供便利。图1为机械改造部分结构图，主要包含伺服电机、减速机、滚珠丝杠、丝母、轴承座以及前后丝杠轴承等。减速机通过法兰盘固定在设备床身上。丝杠两端的支撑底座经加工后找平，调整两端底座，将丝杠的直线度调整在0.0 2 mm以内，减少丝母往复运动的阻力。后丝杠轴承减速机后支撑座前丝杠轴承伺服电机日要求：1.零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等；2.装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。滚珠丝杠固定底座内含联轴节丝母0图1机械结构改造简图2.2电气部分设计方式连接每个接点。多路信号都能独立触发时，要采电气部分设计是机床进给系统改造应用最重要、用并联方式连接各接点 4。最后，要根据输入接点的最关键的部分。根据机床原有图纸的线路图和触点对情况，按照专机要求的动作加入一些“自保持”程序。继电器线圈的控制情况，绘制相应的等效梯形电路图。2.2.1逻辑控制程序编写步骤在绘制梯形电路图时，要注意将并联电路中单个触点第一，编写机床控制系统的逻辑代数式，同时简设置在电路块下方，在串联电路中单个触点要设置在化逻辑。第二，进行I/O分配，编制I/O分配表。选电路块的右方 3。择PLC机型，绘制专机的I/O端的接线图。第三，写PLC程序设计的方法和形式很多，要求较高。编出对应的PLC控制逻辑式，需要对照检查并进行适制人员不仅要熟悉梯形图的编程语言，还要熟悉专机当修改。第四，绘制对应的PLC梯形图。第五，程控制的各种顺序环节。比较复杂的控制流程，导致设序内部进行测试。第六，装载到PLC中进行实测。计周期较长。目前，大部分PLC编程软件可以用流结合机床的实际输入和输出情况，本次需要的输程图编制，便于顺序控制系统的编程。将输入/输出入点为6 个，输出点为8 个。为确保机床有充足的输（I n p u t/O u t p u t，I/O）所有输出线圈全部一次性列在梯入点和输出点，同时为后期继续改造提供控制点，本形图的右母线上，可有效防止双线圈输出错误。设置次选择16 个I/O点的PLC。当前，国内的PLC发展各个输出线圈的触发（执行）条件，将触发常开和常较快，溢价率较低，性价比高，各项功能简单，易闭的输入点连接到左母线和线圈之间。需要具体分析于上手，最终选择国产PLC品牌。图2 提供了此次触发的情况和属于多点共同触发作用时，要采用串联PLC逻辑控制的编写样式。U工艺与装备95WeconPLCEditorE:加工二车间双面铣程序XICHUANG0729123.wcp梯形圈（写入）PLC(P)惠PLC类型更改粘贴撒销吊剪切重做复制工程剪贴板工程管理梯形图（写入）X日工程属性X00O中-程序0中软元件注释调整/自中国参数动一软元件内存X000自扩展功能2调整/自动M14调整M主轴启动X003X001前进急停X004X005后退原位急停X005个原位回工程管理指令集图2 只显示了PLC逻辑控制的部分设计。PLC梯形图中的编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器以及内部辅助继电器等。每一个软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。增加K参数，可随时设计暂停时间和启动时间。同时，根据专机的加工特点给操作者预留足够的操作时间，以随时设置PLC参数，降低电箱内部的结构复杂度。图3中的K参数代表的是机床逻辑之间的时间间隔。通过修改此参数可以控制机床的暂停时间，使一个软继电器可以代替一个时间继电器硬件。Y000代表伺服驱动器的脉冲信号，Y001代表工作台的运动方向，这两个信号的改变可以代替液压换向阀的使用 5。DDRVAK700000K33000梯形图输入口注释2.2.2PLC程序测试、修改PLC程序的测试上传需要用到数据线和计算机。用数据线将PLC硬件和计算机相连接，通过查看计算机连接口设置PLC的连接接口。计算机COM号和编程软件COM号设置相同，是通信成功的关键。设置方式如图4和图5所示。连接完成后需进行程序的上传测试。PLC上传或者下载时要注意保存源文件，避免错误操作导致源文视图帮助DDRVAK7000K3300QY000Y001图3PLC内部参数修改注释编编图编译编辑模式传输设置5PLC校验软元件监视PLC时钟设置四程序检查PLC加密工具格PLC向导只之声明编罐净切换2监控模式R下PLC上传：P L C 诊断模块监视营监控编编IMPLC下载远强操作清除PLC内存梯形圈符号编罐X002X001启动急停入M3YOOO脉冲方向确定取消易高线模拟白定时保存设置程序加密工具程序程序模式X001图2 PLC逻辑控制件丢失。程序下载入口如图6 所示。磁盘驱动器电池端口(COM和LPT)USB-SERIALCH340(COM4)计算机监视器图4计算机COM号通讯设置USB连接（最好使用屏蔽良好的线缆）USB端口未检测到设备串口连接COM端口COM4-USB-SERIAL.CH340连接波特率9600口鲜细设置Y00112一元帮助梯形图符号（写入）X软元件注释COMMENTXOO00调整/自动PLC程序的上传测试是整个方案应用设计工作中的一项重要内容，可以初步检查程序的实际效果。程序上传测试和程序的编写是分不开的。程序的很多功能需要在最后的实际专机测试中通过修改完善。编写梯形图时需要注意，PLC模块中输入的距（下转第10 0 页）国生成下载文件U盘下毁在线工具MO自动MM1调整MM3主轴启动MDDRVAK700000K33000YOOO脉冲方向DDRVAK-2000K33000YOOO脉冲方向DMOVKO图5编程软件COM号安注释编缘四编译编锅模式传输设置5PLC验软元件监视新品声明编辑切换盈监控模式(R)下PLC上传PLC诊断模块监视验监控编辑MPLC下载远程操作清除PLC内存编摄程序图6 程序下载入口Y001Y001D8140YOOO脉冲输出数程序模式PLc下下载数据到PLC通讯测试选择查看设备信息在线1004结语针对柔性作业车间出现的问题，列出FMS控制系统开发流程，介绍基于数字李生的FMS控制管理系统开发技术，并进行虚拟实验和现场实验。FMS数字信息系统的机电信息从电气理论上解决了潜在安全隐患。使用分层隔离的方式实现各层通信的物理模型的隔离和电气特性的分离，大大提高了FMS数字信息系统的稳定性。普适性的零件命名规则、染配色和模型与数据库之间的通信标准，提高了数字式AR在线监测仿真模型的效率，实现了物理模型和虚拟模型的同步控制。FMS的通用Petri网理论模型，利用GA进行多目标动态调度优化，从而实现混工艺、混零件以及在线增删零件的动态智能调度和FMS生产排程。参考文献1陈岳林.高职FPGA一体化教学平台的设计开发.电子世界，2 0 2 1（18）：2 5-2 6.2刘欢连.数字李生驱动的柔性生产线虚拟仿真系统研发 D.南京：东南大学，2 0 2 0.（上接第95页）离以毫米为单位，伺服驱动器根据脉冲数量控制电机的运转速度。PLC控制伺服电机的定位精度最高为0.001mm，远高于纯机械传动的机床定位。PLC定位模块控制和伺服驱动系统组成的控制系统属于半闭环控制系统，稳定性很高。3应用成果3.1减少了占用面积此次改造去掉液压站、油泵以及油管，使机床占用面积减小了2 m，同时增加了机床的基本功能。3.2降低了能源消耗伺服电机相比于液压站油缸来说，机床能耗降低了2 0%，解决了机床的跑、冒、滴、漏问题，节能又环保。3.3提高了生产效率伺服电机通过伺服驱动器控制，在改变进给量的同时不会降低扭矩，同时完全可以控制加工节拍，在满足加工表面质量的同时提高生产效率。机床加工节拍从30 min/件提高至2 0 min/件，时间缩短了1/3。3.4减少了后期维护机床的逻辑控制省去了电箱内部的很多控制元件，简化了线路，降低了故障率，同时便于维修人员现代制造技术与装备3王宸.数据驱动优化控制及其在汽车零部件柔性生产过程监控中的研究与应用 D.上海：上海大学，2 0 19.4斯兴瑶，廖映华，任少波，等.基于滚动窗口技术和遗传算法的柔性作业车间动态调度研究 J.机电工程，2022(1):87-93.5吴亚威，杨晓英，李昭楠，等.滚动轴承柔性智能生产线的动态平衡优化方法 J.轴承，2 0 2 2（11）：2 3-31.6方群霞，梁志新.基于工业机器人的“智能制造”柔性生产线结构设计分析 J.科技资讯，2 0 2 2（11）：41-43.7黄忠仕，梁东确.基于工业机器人的“智能制造”柔性生产线的工作原理分析 J.装备制造技术，2 0 2 1（7）：40-42.8沈晓斌，李蕊，李梅红.基于应用型人才培养的智能制造柔性生产线实训室建设 J.天津职业院校联合学报，2020(1):47-53.9孙广合.复兴号中国标准动车组制动控制装置气控模块智能柔性生产线的研究与应用 J.铁道机车车辆，2 0 2 2(6):27-33.10李长武，周晓宇，高苇，等.钎具焊接智能柔性生产线.自动化技术与应用，2 0 2 2（12）：18 1-18 3.+后期维修。4结语随着智能制造的不断发展，机床的智能化应用会大大推动自动化与网络技术的密切结合。制造业正处于由大变强的进程中，PLC技术将大有可为。专机PLC改造技术应用的过程中，机床运行平稳，为提高零部件加工产量打下了基础，既节省了费用，又提高了生产效率。参考文献1刘松.试论基于PLC技术的机床电气改造 J.黑龙江科技信息，2 0 12（2 6）：42.2】卜范骞，王明，张洪国.基于PLC的半精镗机床电气改造技术 J.科技信息，2 0 13（17）：2 8 1.3张国平.浅析台达PLC在各企业机床电气改造上的应用 J.科技资讯，2 0 12（15）：2 1.4郭艳萍，张海红.电气控制与PLC应用 M.2版.北京：人民邮电出版社，2 0 13.5杨可桢.机械设计基础 M.7版.北京：高等教育出版社，2020.2023年第8 期总第32 1期