全自動滾齒機的PLC控制

張樂芹

摘要：本文介紹了全自動滾齒機的PLC控制的設計過程。基于歐姆龍公司的CPM2A這一機型，提出了全自動滾齒機設計的流程。該項目既可以用于PLC實訓教學，又對全自動滾齒機的生產過程研究和調試有重要參考價值。

關鍵詞：PLC;滾齒機;循環控制

中圖分類號：TG659 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-9129（2018）15-0146-02

Abstract： This paper introduces the design process of PLC control for automatic hobbing machine. Based on the CPM2A model of Omron Company， the design flow of automatic hobbing machine is put forward. This project not only can be used in PLC training teaching， but also has important reference value for the production process research and debugging of automatic hobbing machine.

Keywords： PLC; gear hobbing machine; cycle control

可編程控制器是在傳統的繼電器控制系統基礎上，融合計算機技術和通信技術專門為工業控制而設計的微型計算機。在工業上得到了越來越廣泛的應用，全自動滾齒機的PLC控制就是先例。用PLC控制系統來設計全自動滾齒機使全自動滾齒機的生產過程更自動化，調試和維修更容易，提高了工效和可靠性。

1 設計要求及分析

1.1設計要求。全自動滾齒機由自動上料裝置、工件檢測裝置、工件夾緊機構、工件旋轉機構、刀具升降機構、刀具平移機構、刀具旋轉機構、工件篩選機構、液壓系統、冷卻裝置、控制系統組成。

設備具有自動加工和手動調整兩種工作方式，由轉換開關SA1控制。轉換開關SA1有3個位置，左邊是自動加工，中間是停止，右邊是手動調整。

SA1在自動位置時，按下啟動按鈕后自動上料裝置、液壓系統、冷卻裝置開始工作。所有電磁閥斷電，當SQ6，SQ9，SQ11動作后說明設備處于初始狀態。SP1，SP2動作說明液壓和冷卻系統正常。這時若機械手已經抓到料，并已經轉到等待上料位置SQ3動作。

設備出現故障時應回到初始狀態并停機，同時發出相應的聲光報警信號。

系統設有緊急停車按鈕和一般停車按鈕。按下緊急停車按鈕時應立即斷開所有部件的電源。按下一般停車按鈕時系統應在完成當前循環后停機。

1.2設計要求分析。單向運轉單相電動機M1由交流接觸器KM1控制，用來帶動上料滾筒轉動。正常時它的啟動條件是在自動位置，按啟動按鈕機械手要料到達抓料位置時即可啟動。當機械手抓住料后到達等待上料位置后停止轉動。當機械手上完料重新回到抓料位置時，由SQ1（0.01）自動啟動滾筒，如此循環。按急停按鈕即停，或按普通停按鈕，單周期結束后斷開輸出回路。

單向運轉單相電動機M2由交流接觸器KM2控制，用來帶動機械手M2啟動條件有三個：一是設備啟動后，機械手不在正常位置時，啟動自動轉到抓料位;二是抓住料后轉到等待上料位;三是自動運行時上料結束，工件夾緊到位后自動回到抓料位置。

單向運轉三相異步電動機M3由交流接觸器KM3控制，用來帶動工件旋轉，自動時工件夾緊后一直旋轉，一直到加工結束，刀具快退時停止。

單向運轉三相異步電動機M4由交流接觸器KM4控制，用來帶動刀具旋轉，與M3同時啟動，同時停止。

單向運轉三相異步電動機M5由交流接觸器KM5控制，帶動液壓泵，系統上電啟動后一直運轉，急停或普通停周期結束或過熱、液壓壓力低故障時停止。

單向運轉三相異步電動機M6由交流接觸器KM6控制，用來帶動冷卻泵，其控制方式與M5基本一致，只是在啟動回路中根據設計要求，加入手動轉換開關SA2控制冷卻泵。

2 PLC的選擇和I/O分配

本系統共有輸入點34個，輸出點21個。由于本系統功能要求一般，工藝較固定，環境較好，動作不是很頻繁，根據2.1.1節的原則，選用CPM1A-40CDR-A型基本單元與CPM2A-20EDR的擴展單元，連接后，輸入點數為36個，輸出點數為24個，滿足以后擴展的裕量要求，若擴展較多時，可再繼續加裝擴展單元。

3 設計圖與分析

3.1主電路電氣原理圖設計說明。主電路主要由電機控制單元和24V直流部分組成，電機控制部分由總電源開關QS1分開關QS5～QS10、接觸器KM1～KM6、熱繼電器FR～FR3組成，接觸器線圈控制電壓為24V直流。其中的滾筒電機M1和機械手電機M2均為40w單相交流電動機。工件旋轉電機M3和刀具旋轉電機M4均為1000w三相交流電動機。液壓泵M5為2200w三相交流電動機。冷卻泵M6為500w三相交流電動機。QS1～QS10起著隔離與短路保護作用。24V直流電源部分由交流側斷路器QS4直流側斷路器QS2和變壓器TC與整流橋、濾波電容C組成。24V直流電供給PLC輸入輸出控制使用。

3.2PCL控制系統功能表圖設計說明。自動上料單元既是獨立的控制部分，又沒有手動調整。液壓泵單元、冷卻泵單元也是在上電按啟動后一直工作，直至停機或故障時才停機。因此將自動上料單元、液壓泵單元、冷卻泵單元作為公用程序處理。自動上料單元的起始步為工件夾緊到位、上料異常、連續標志位的或邏輯關系。如五分鐘未抓到料便會發出缺料聲光報警信號。

液壓泵單元起始標志位為連續標志位、夾緊放松、刀具下降、刀具后退的或邏輯關系。當液壓壓力低或液壓泵故障時，停止加工將設備退回到初始狀態，并發出聲光報警信號。

自動控制功能表圖在順序控制過程中，設備要料時機械手要把在等待上料位的料送國來，夾緊到位后和上料異常時機械手都要回到上料位，連續五次上料異常或加工異常工件旋轉及刀具旋轉異常都要停機。并發出聲光報警信號。在最后的刀具平移進給到位后，刀具后退到位下降到位后才放松工件進行篩選，返回到初始狀態，開始下一個加工循環。

在加工過程中的每一個環節若出現異常，都將發出聲光報警。

4 結束語

全自動滾齒機的PLC控制既應用于生產實際，又用于機電技術應用、電氣運行與控制、樓宇智能化設備安裝與運行等專業教學的實踐，得到了老師和企業的一致好評。教師和學生普遍感覺該項目易教易學，能有效的實現PLC、樓宇自動化控制、電機控制等課程的實踐教學。

參考文獻：

[1]林育茲，鮑平等編著可編程序控制器原理及邏輯控制.機械工業出版社2007.6

[2]何仁平.魏偉.一種基于PLC的電梯教學模型[J].電梯工業.2009