基于MCGS技術的T68鏜床電氣控制系統設計

郭改琴

(楊凌職業技術學院，陜西 楊凌 712100)

0　引言

MCGS(Monitor and Control Generated System)是快速生成和構成計算機監控系統的組態軟件.它具有靈活的可視化操作界面、良好的并行處理性能、豐富生動的多媒體畫面、完善的安全機制、強大的網絡功能以及多樣化的報警信息，在自動化領域中已廣泛使用[1]55-67.

目前T68鏜床是我國機械工廠中使用最為普遍的一種鏜床，已廣泛應用于機修、單件或小批量生產車間中，但其傳統電氣系統仍采用繼電器-接觸器控制，這種控制方式存在接觸觸點多、運行中容易發生故障、維護檢修工作量大等缺點[2]31-32，[3]49.目前大多數機床采用變頻器和PLC組成的交流變頻調速系統，雖然這種控制方式具有響應速度快、操作方便、節約電能、節省投資和運行可靠等優點，但其運行操作人員的勞動量大且操作不安全、設備維護費用偏高、設備的實時運行狀態不能顯示等缺點不可避免.因此本文提出一種基于昆侖通態MCGS技術的T68鏜床操作監控系統設計，達到操作簡單安全、設備狀態實時顯示、故障少且易于排除、線路簡單方便維修的設計目的[4]203-205.

1　系統方案設計

圖1　系統方案

用PLC和變頻器代替傳統的繼電器控制方式在機床改造和自動化生產線中經常使用.本設計方案主要由昆侖通態MCGS、三菱FX2N-48MT型PLC、三菱FR-E740-0.75K-CHR變頻器和三相異步電動機組成.MCGS用于監控和數據處理，PLC是完成具體動作的末端控制器.MCGS發出的命令通過PLC運算處理轉換成變頻器可以識別的控制指令，變頻器根據輸入的開關量或者模擬量信號調整主電路的電壓頻率來驅動電動機，從而完成轉速調整的任務[5]103-108，[6]112-152.系統設計方案如圖1所示.

2　控制硬件組成

主回路由兩臺異步電動機組成，其中一臺是主拖動雙速異步電動機，用來帶動主軸的進給運動和旋轉.該電動機具有正轉、反轉和點動控制以及三角形聯結時低速啟動和雙星型聯結時高速運轉的運行方式.另一臺是快速移動電動機，能實現主軸的軸向進給、主軸箱的垂直進給、工作臺的縱向和橫向進給等的快速移動.

用PLC控制機床時，保持原電氣元件操作方法不變，元件的安裝位置和作用不變，控制回路電壓為交流110V.用變頻器和PLC控制的主軸變頻電機替代原雙速異步電動機.PLC內部有存儲編程指令的存儲器，它通過輸入單元接受主命令及反饋信號，然后通過輸入單元控制機床的運行，從而實現對整機的邏輯自動控制.

通過對要實現的功能分析可知，PLC需要16個輸入端口和8個輸出端口.考慮到后期加裝信號和功能擴展，PLC模塊選用三菱公司生產的FX2n-48MT，變頻器選用三菱公司生產的FR-E740-0.75K-CHT.I/O地址分配如表1所示(M0～M17是MCGS組態界面對應的按鈕或開關)，主回路和PLC模塊的外部接線如圖2所示.

表1　I/O地址分配表

圖2　主回路及PLC外部接線

向PLC的兩個輸入端L和N提供110V交流電源，輸出端Y4、Y5、Y6、Y7和COM2之間也提供110V交流電源控制主軸電動機M1和快速移動電動機M2.快速移動電動機控制過程中，在接觸器KM2下方串入接觸器KM3的常閉觸點，在接觸器KM3下方串入接觸器KM2的常閉觸點，可實現電動機運行過程中的互鎖，以防止兩個線圈同時上電時造成主回路三相短路的嚴重事故[7]144-153.

為了防止工作臺或者主軸箱自動快速進給時主軸進給手柄扳到自動快速的誤操作，采用了行程開關實現機械互鎖，當上述現象發生時就會自動停車，從而達到連鎖保護的目的[8]48-55.

變頻器的L1、L2、L3分別接三相交流電源的A、B、C相，輸出端子U、V、W分別接阻值相同的限流電阻和熱繼電器，最后連接到主軸電動機的U1、V1、W1端子.變頻器的STF(正轉)端子和PLC的Y0相連，SFR(反轉)端子和Y1相連，RH(高速)端子和Y2相連，RL(低速)端子和Y2相連.

3　MCGS組態設計

MCGS嵌入版由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫窗口和運行策略窗口5部分組成.其中實時數據庫是各部分及各種功能性構件的公共數據區，是整個系統的數據處理中心.對T68鏜床電動機的變頻調速系統用北京昆侖通態MCGS人機界面控制時發出的主控信號包括：主軸停止、正轉啟動、反轉啟動、正轉點動、反轉點動、正反向速度控制、主軸高低速轉換、連鎖、變速行程開關、變速沖動、快速移動、主軸電動機的4個運行指示燈和進給電動機2個運行指示燈等共計22個信號.

3.1　人機界面設計

用MCGS軟件制作成的T68鏜床電氣控制系統監控畫面如圖3所示，在人機界面上可以清楚的看到2個電動機的實時運行狀態，通過按鈕和轉換開關可以實現對設備的操作和控制[9]33-43.人機界面制作方法如下：

圖3　T68鏜床電氣控制系統

1)打開昆侖通態MCGS組態軟件，單擊“文件”，選擇“新建工程”；

2)雙擊進入“設備窗口”，選擇“設備工具箱”，查找并添加“通用串口父設備”和“三菱FX系列編程口”；

3)在“用戶窗口”更改窗口名為“T68鏜床電氣控制系統”，并設置為啟動窗口；

4)添加按鈕和開關并進行數據關聯.

3.2　數據對象關聯

數據庫是數據對象的集合，也是應用系統的數據處理中心.由圖2的PLC輸入和輸出端口可知，16個輸入量全是開關型，8個輸出量中4個是數值型4個是開關型.在組態畫面設置完成后，將數據庫中定義的開關型和數值型變量與人機界面對應的按鈕、指示燈、轉換開關、儀表等一一對應關聯，才能實現預定的動畫效果.對一些特殊的難以實現的控制，要通過編寫腳本語言程序才能實現.

4　MCGS和PLC通訊

4.1　MCGS設置

MCGS的“設備組態”方法是先在“設備管理”中調用“通用串口父設備”，再找到三菱FX系列編程口構件，并使“通用串口父設備”在上，下面掛接“三菱FX系列編程口”子設備驅動.對串口父設備需要設置設備名稱、初始工作狀態、最小采樣周期、串口端口號、通訊波特率、數據位位數、數據采集方式、停止位數等[10]34-37.

4.2　PLC程序處理

對于三菱FX系列編程口子設備，需先在“屬性窗口”中設置好設備名稱、初始工作狀態，最小采集周期.如果使用Read和Write與PLC之間的直接通訊方式，不需要進一步設置；如果使用循環采樣方式自動周期訪問PLC，則還需要增加設備通道并建立相應通道連接，把有關繼電器和寄存器與MCGS數據庫變量一一對應關聯，然后確定操作方式(只讀、只寫、讀寫)完成設置[11]15-18.

MCGS和PLC之間的兩種通信方式對應不同的PLC程序處理方法.如果使用Write與PLC之間通訊方式，MCGS把數據寫入PLC后，該數據在短時間內就會置零，所以寫入PLC的數據在程序中需要“鎖存”保持，也就是相應的繼電器和寄存器要自鎖，避免數據丟失；如果使用自動循環通訊方式，寫入PLC的數據直到下一個循環周期被寫入前不會發生變化.如果更改FX系列PLC的默認通訊參數，就要修改特殊寄存器D8120的相關參數，并且使MCGS的參數與PLC參數保持一致，才能實現兩者之間的正確通訊[12]30-33.

5　結語

通過對T6鏜床的PLC和交流變頻控制方式的特點分析，提出利用昆侖通態MCGS作為上位機的控制方式和控制系統的總體設計方案.對控制硬件的組成和功能分析后編寫了PLC控制的I/O地址分配表， 依據控制要求對MCGS人機界面進行設計并完成MCGS和PLC之間的通訊.新的系統設計具有人機界面信息豐富、操作安全可靠等優點，減輕了運行維護和安裝檢修人員的勞動強度，控制系統的自動化水平得到了較大提高，具有一定的使用和推廣價值.