基于 PLC 和觸摸屏的數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)
2018-9-28 來源： 廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 作者：黃伯志 鄧昌奇
摘 要：根據(jù)鉆床加工的需求，設(shè)計(jì)一種數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用 PLC 與觸摸屏結(jié)合的自動(dòng)控制。 介紹鉆床的加工要求與工作原理，控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程。
關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；數(shù)控鉆床；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)
傳統(tǒng)的普通鉆床鉆孔的精度和效率受到工人的熟練程度、疲勞程度等人力因素影響較大，滿足不了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求,影響到企業(yè)的生存、發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益，因此大多數(shù)生產(chǎn)廠家都采用高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線。 為了使工業(yè)控制更加簡單化、具體化，介紹一種基于 PLC 與觸摸屏的人機(jī)界面數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以方便操作者的操作與監(jiān)控，來提高傳統(tǒng)普通鉆床控制精度和生產(chǎn)效率。
1 、控制要求
PLC與觸摸屏控制鉆床的加工要求 ： 在觸摸屏 ，操作者可輕輕地接觸界面的圖形與符號 ，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)、啟動(dòng)、停止、急停等控制功能；在觸摸屏可設(shè)定工件鉆孔的孔數(shù)、進(jìn)給量、進(jìn)給循環(huán)次數(shù)；可在觸摸屏顯示鉆頭運(yùn)行、工件旋轉(zhuǎn)狀態(tài)以及已鉆孔的孔數(shù)。
2 、硬件設(shè)計(jì)
工作鉆削時(shí)，工件固定在工作臺上，鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 數(shù)控鉆床的刀具的進(jìn)給和工件的旋轉(zhuǎn)分別由兩臺步進(jìn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，鉆頭的進(jìn)給由步進(jìn)電機(jī)控制上下移動(dòng)，鉆頭主軸（設(shè)為 Z軸）旋轉(zhuǎn)由三相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速由變頻器調(diào)節(jié)控制，工件的旋轉(zhuǎn)軸（設(shè)為 B 軸）由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),采用PLC 為控制核心。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 1 所示。
圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
3 、軟件設(shè)計(jì)
3.1 PLC控制系統(tǒng)的 I/O 分配
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案要求，PLC 的輸入元件包括啟動(dòng)、停止按鈕,手動(dòng)、自動(dòng)工作方式選擇切換開關(guān),Z 軸主軸點(diǎn)動(dòng)、B 軸點(diǎn)動(dòng)按鈕，B 軸清零按鈕、 行程控制開關(guān)，Z 軸清零按鈕，B 軸清零按鈕, 控制 Z 軸正向和負(fù)向的行程限位開關(guān)等。 PLC 的輸出元件包括 Z 軸步進(jìn)電機(jī)三相繞組、B 軸步進(jìn)電機(jī)三相繞組、 冷卻液電機(jī)接觸器線圈
、鉆頭主軸電機(jī)接觸器線圈。
觸摸屏畫面上的按鈕產(chǎn)生的信號不能送給 PLC 的輸入繼電器（如X000）， 必須用輔助繼電器 M 來傳遞 ， 因 為它們的ON ／ OFF 狀態(tài)惟 一地取決于外部輸入電路的通斷狀態(tài)，不能用觸摸屏上的按鈕來改變。 PLC 的地址分配如表 1 所示。
表 1 PLC 的地址分配
3.2 程序流程
系統(tǒng)控制流程如圖 2 所示。 初始化是檢測所輸入信號是否滿足條件要求,如啟動(dòng)、過載的要求。 程序有手動(dòng)控制程序和自動(dòng)控制程序，手動(dòng)控制程序包括主軸鉆頭上升或下降、工作臺旋轉(zhuǎn)等；自動(dòng)控制程序包括冷卻液開、主軸鉆頭旋轉(zhuǎn)、自動(dòng)上升或下降等。
圖 2 系統(tǒng)控制流程
3.3 程序邏輯
PLC 是自動(dòng)線控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備, 自動(dòng)線在各種工作方式下的全部工作過程都是在 PLC 和觸摸屏的監(jiān)控下進(jìn)行的。 選擇 FX1N-24MT 型 PLC， 24VDC 穩(wěn)壓電源。
用 PLC 提供有關(guān)的指令編寫梯形圖，如圖 3所示。
圖 3 程序梯形圖
4 、觸摸屏畫面設(shè)計(jì)
選用MT506T(320×240)觸摸屏來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。根據(jù)系統(tǒng)要求，觸摸屏需要設(shè)置如下畫面：
（1）開機(jī)顯示的首頁畫面，如圖 4 所示。
（2）功能畫面，如圖 5 所示。
圖 4首頁畫面圖 圖5 功能畫面
（3）設(shè)定參數(shù)畫面，如圖 6 所示。在按下“自動(dòng)”前提下，單擊“設(shè)定參數(shù)”按鈕，畫面將切換到設(shè)定參數(shù)畫面，用戶可以在此設(shè)定系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。
（4）手動(dòng)設(shè)定畫面，如圖 7 所示。
圖6 設(shè)定參數(shù)畫面 圖 7 手動(dòng)設(shè)定畫面
在按下“手動(dòng)”前提下，單擊“手動(dòng)設(shè)定”按鈕，畫面將切換到手動(dòng)設(shè)定畫面， 用戶可以在此手動(dòng)控制相關(guān)操作。
（5）數(shù)據(jù)顯示畫面，如圖 8 所示。單擊“數(shù)據(jù)顯示”按鈕，畫面將切換到數(shù)據(jù)顯示畫面，用戶可以觀察自動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)。
（6）操作說明畫面，如圖 9 所示。
圖 8數(shù)據(jù)顯示畫面 圖 9 操作說明畫面
在首頁畫面，觸控“操作說明”按鈕，畫面將切換到操作說明畫面，用戶可以在此查看系統(tǒng)的相關(guān)操作說明，閱讀完后，任意觸控其畫面，畫面將切換到首頁畫面。組態(tài)軟件采用 Easy Builder500 。 編程好觸摸屏畫面后，即可進(jìn)行編譯：執(zhí)行“工具”菜單命令，選擇“編譯”；編譯通過后，將畫面下載到觸摸屏。
在下載屏幕文件之前，應(yīng)使用規(guī)定的通信電纜連接觸摸屏的通信接口與計(jì)算機(jī)的 RS-232C 接口，將觸摸屏切換到下載模式，設(shè)置好通信參數(shù)，然后執(zhí)行組態(tài)軟件的下載命
令，將屏幕文件寫入到觸摸屏的存儲器。
5 、結(jié)語
由于運(yùn)用 PLC 與觸摸屏的結(jié)合控制,因此 PLC 的I/O 點(diǎn)數(shù)較少，接線較為簡單 。 經(jīng)過安裝與調(diào)試 ，系統(tǒng)運(yùn)行后，人機(jī)界面顯示清晰，使用方便，更加人性化，運(yùn)行安全可靠，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
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