我廠DU1909組合鏜床是加工汽車汽缸體缸孔的主要設備，屬80年代初期產(chǎn)品，巳使用十多年。該機床是依靠近23只中間繼電器，17個液壓電磁閥，5只接觸器和約20個控制按鈕、行程開關、壓力繼電器等電器，通過繼電器的邏輯控制來完成機床的各種加工工序。在加工過程中，聯(lián)動工作可靠性差，容易發(fā)生故障，且該機床在安裝調(diào)試時，廠家己對該機床的電器控制線路進行過多次修改，以致現(xiàn)有的電器圖紙與實物嚴重不符，從而增加了維修工作的難度和機床停機檢修時的時間。
在這十多年的使用期間，我廠的電器維護人員在對該機床進行維護時，克服圖紙與實物多處不符的困難，排除了許多故障，并積累了不少維修經(jīng)驗。但由于機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)驗進行維修己逐顯困難，造成機床停機檢修時間的不斷增長，嚴重影響加工工件的質(zhì)量和生產(chǎn)任務的完成。針對以上的情況，我廠決定對該機床進行電器改造，以解決因動作不可靠、維護困難而影響生產(chǎn)的問題。
2、控制系統(tǒng)簡介
該機床屬早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，由于其動作速度慢、可靠性差、連線復雜、定時精度不夠準確、可維護性差等原因，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、維護方便、又具有較大的靈活性和可擴展性等優(yōu)點，因此被廣泛地應用于各種工業(yè)領域?；谏鲜鲈?，根據(jù)機床工作的要求，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)，對該機床進行電器技術改造。
3、工藝要求
該機床是立式雙軸三工位移動工作臺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)動機，而該機床在加工四缸缸體時，機械方面采用了兩次裝夾的辦法進行整改，基本滿足加工的工藝要求，但在電器方面，原系統(tǒng)則無法進行改變，不能進行自動加工，只能靠手動一步一步的執(zhí)行動作，操作繁瑣且效率極低。用PLC進行改造時，利用PLC在編程方面的優(yōu)點，我們用一個轉(zhuǎn)換開關可方便地實現(xiàn)六缸機與四缸機加工的自動轉(zhuǎn)換。各工藝流程敘述如下：
3.1、六缸機加工流程
六缸機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，然后撥動轉(zhuǎn)換開關XA到六缸自動位置，自動循環(huán)加工開始運行。全部加工完成后工作臺又回到Ⅰ工位位置，并松開和拔銷，撥動XA到調(diào)整位置，卸下工件，一個循環(huán)過程結(jié)束。再裝上另一工件，下一循環(huán)重新開始。圖中的橫向工進和橫向快退分別對應于橫向出刀和退刀。另外，有關加工工藝方面的延時要求，在圖中并未畫出，
在下面的圖2中亦是如此，在此說明。
3.2、四缸機加工流程
四缸機加工的工藝流程如圖2所示：
與加工六缸機不同的是，在插銷夾緊后，轉(zhuǎn)換開關要撥在四缸自動的位置，Ⅰ工位加工完后，工作臺自動移到Ⅲ工位進行加工，Ⅱ工位不加工，Ⅲ工位加工完又回到Ⅰ工位，然后自動執(zhí)行松開和拔銷，撥動XA到調(diào)整位置后可移動加工工件，進行對加工工件的二次裝夾，再次撥動XA到四缸自動位置，同在Ⅰ工位又加工工件的另外一個缸孔，加工完后不再移動工作臺而自動執(zhí)行松開和拔銷，撥動XA到調(diào)整位置，卸下工件，一個循環(huán)過程結(jié)束。
3.3、調(diào)整要求
無論是加工六缸機還是加工四缸機，在PLC控制程序正在運行的加工過程中，只要將轉(zhuǎn)換開關XA由自動方式撥回到調(diào)整方式，正在運行的程序應立即停止運行。
手動過程以及鏜頭對刀、工序調(diào)整等過程應在調(diào)整方式下進行。
4、PLC控制系統(tǒng)的組成
根據(jù)機床的工作原理，改造后的主要控制對象有：1臺液壓泵、2臺進給主軸電機、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個控制按鈕和轉(zhuǎn)換開關、5個接觸器和斷路器的輔助接點、5個壓力繼電器和10個行程開關。
統(tǒng)計后得出該機床的輸入點為28點，輸出點為19點。我們選用OMRON（歐姆龍）C60P型可編程序控制器對該機床的電器控制系統(tǒng)進行改造，該型的PLC輸入點為32點，輸出點為28點，可滿足該機床輸入輸出點數(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0000的油泵KM7觸點，是使用常開觸點，連接輸入點0001的斷路器QF5-QF7的觸點，也使用串聯(lián)連接的常開觸點。如果都使用常閉觸點如圖4所示，在正常加工時，該觸點全部是斷開的，這時如果發(fā)生線路斷路時，如在圖中的a或b處斷開，在該相應的輸入點上卻無法反映出來，程序照常運行。一旦真發(fā)生故障使圖中的KM7等觸點動作，由于線路斷路，就無法起到故障保護的作用。
在指示燈方面，設立了一個四缸機加工過1次記憶指示燈HL3。根據(jù)四缸機加工工藝，工作臺在Ⅰ工位要進行兩次加工，以加工不同的缸孔。由于在加工過程中，可能會出現(xiàn)突然停電、人為停機和故障停機等現(xiàn)象，由此可能會引起操作者不知道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，主要動作為鏜頭加工和工作臺移動兩大部份。鏜頭加工主要為順序控制，工作臺移動由于所控制的對象不同，具有分散控制的特點。因此，如何編制出結(jié)構清晰、工作效率高白的PLC應用程序，我們對此進行了有益的嘗試。
5.1、工作方式的轉(zhuǎn)換
該機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、調(diào)整、四缸自動。在編制程序時可用兩種方法實現(xiàn)工作方式的轉(zhuǎn)變。一種是采用跳轉(zhuǎn)指令（即JMP、JME指令）來實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，這種方法的特點是各種工作方式分開編程，編制的程序清晰明了，運行時只執(zhí)行相應工作方式的指令，此外的工作方式，其指令將不執(zhí)行。這樣，就相應縮短了程序的掃描時間，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)的方法來實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，本機床控制系統(tǒng)的控制程序采用此方法，如圖5所示，此方法的特點是，編制的程序簡單扼要，相對于上一方法而言，這種方法運行程序的掃描時間將有所增加，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為順序控制，其邏輯關系可用布爾代數(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)表達式。
表1 鏜頭加工控制狀態(tài)開關表
下面以輸出點0504鏜頭進為例分析其布爾表達式，由表1可得：
(0504)ON =1005…………………………（1）
其中1005為鏜頭進啟動信號，為一個掃描周期的脈沖信號。
鏜頭進0504的停止信號由0112的行程動作產(chǎn)生，0112是橫向刀原位，其動作時間包含了0504鏜頭進的全部停止時間，如果只用0112做停止信號，由于0112在鏜頭進過程中仍為動作狀態(tài)，則無法由1005信號啟動鏜頭進動作，因此只用0112信號作鏜頭進0504的停止信號顯然是不夠的。分析表1時可看出，0112的動作狀態(tài)是由橫向退刀0606的終端行程控制的，0112動作時又反過來作為0606的停止信號。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，當在輸入端檢查到0112信號出現(xiàn)時，在此期間0606還必然保持在原來狀態(tài)，不可能因0112信號的出現(xiàn)而立即翻轉(zhuǎn)，只有到達程序掃描期間時，0606輸出點的工作狀態(tài)才會隨著0112信號的出現(xiàn)而被更新，可見0112和0606相與后的信號為一個掃描周期的脈沖信號。因此，完全可用0112和0606信號相與，即0112·0606信號作為0504鏜頭進的停止信號，這樣可避免程序在運行時產(chǎn)生意外的誤動作。我們用此方法編制程序的啟動和停止信號在實際運行時，動作可靠，取得了良好的運行較果。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、工作臺移動的程序編制
該機床工作臺移動由于其控制條件和控制對象的分散特點，在編制程序時，可根據(jù)其邏輯特性進行編程，所編制的程序如圖7所示。圖中只畫出六缸機程序部分，四缸機和調(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：工作臺的移動是通過4個電磁閥的得電狀態(tài)決定的，當9DT、11DT得電時，工作臺由Ⅲ工位向Ⅰ工位移動；8DT、10DT得電，則是由Ⅱ工位向Ⅲ工位移動；8DT、11DT得電，由Ⅰ工位向Ⅱ工位移動。圖7中0107為鏜頭原位信號，1004為鏜頭原位脈沖信號，1005為到達Ⅱ、Ⅲ工位脈沖信號，1006為到達Ⅰ工位脈沖信號，HR0、HR1、HR2分別為在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工位信號，此為斷電保持信號。假設在Ⅰ工位加工工件時，加工完成后鏜頭退回到原位，由于在Ⅰ工位時HR0為ON，則1004為ON使得0603為ON，進而0600亦為ON，電磁閥8DT、11DT得電，工作臺由Ⅰ工位向Ⅱ工位移動。到達Ⅱ工位后，圖7中1005常閉觸點的瞬時斷開使得電磁閥8DT、11DT失電，至此，工作臺完成了向Ⅱ工位的移動過程。工作臺向Ⅰ工位和Ⅲ工位的移動亦可據(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為四缸自動方式信號，0003為調(diào)整方式信號，1004·HR0為Ⅰ工位加工完成信號，0113為A12控制按鈕，可轉(zhuǎn)換Ⅰ工位的加工狀態(tài)，CNT03計數(shù)器的功能是用來記憶四缸機在Ⅰ工位的加工狀態(tài)，用以保證四缸機循環(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，計數(shù)器CNT03的計數(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，致使計數(shù)器CNT03復位成2的預置值，這樣，通過比較計數(shù)器CNT03的計數(shù)值就可得出Ⅰ工位所處的加工狀態(tài)，并由輸出點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的計數(shù)值就變化一次，相應地，0610的指示狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次。
5.5、夾緊問題的解決
該機床要求只有在夾緊完好時，才能進行鏜頭加工和工作臺的移動，該夾緊信號0014的產(chǎn)生是通過壓力繼電器的動作而形成的，在運行調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，壓力繼電器動作的可靠性較差，造成輸入點0014信號經(jīng)常瞬時失電，致使運行中的程序經(jīng)常產(chǎn)生破壞性的誤動作。解決此問題可用自鎖的方法，即將0014夾緊信號的整個夾緊過程自鎖，如圖9所示，由1012信號作為鏜頭加工和工作臺移動的夾緊信號滿足條件，從而在電氣上解決了壓力繼電器動作不可靠的問題。
6、結(jié)論及使用效果
通過這次改造，我們覺得用PLC控制器對設備進行電氣改造，非常方便實用，并且容易修改。一般在電氣方面進行設計時，難免會出現(xiàn)和機械方面相矛盾的地方。如果電氣控制箱一旦完成，其修改就相當困難，但是PLC卻不同，它可對其控制程序隨時修改，而不必進行電氣線路的改動。因此在對一些老的機床設備進行電氣改造時，可先進行系統(tǒng)和輸入輸出點的設計，然后進行電控箱及外圍電器元器件的安裝，在安裝過程中再進行PLC控制程序的程序編制，從而縮短了施工周期。實踐證明，對于一些電氣可靠性差的機床設備用PLC進行徹底改造，是保證機床可靠運行的最有效辦法，只要處理得好，就會取到事半功倍的效果。
該機床自1997年9月改造完成后，到現(xiàn)在已連續(xù)運行使用了將近一年，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，使該機床的加工能力得到了充分的發(fā)揮。
（轉(zhuǎn)載）
