一、前言

　　某機(jī)械廠有一使用多年的CE7620 型卡盤多刀半自動(dòng)車床。該車床的機(jī)械性能完好, 但其繼電接觸器控制系統(tǒng)中的元器件經(jīng)常損壞, 加上控制線路復(fù)雜, 尋找故障十分麻煩。為此, 我們用PLC 對(duì)該車床原電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

二、車床的簡(jiǎn)介

　　CE7620 型卡盤多刀半自動(dòng)車床的主軸由電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶傳動(dòng)。主軸的調(diào)速為機(jī)械調(diào)速。工件的夾緊及主軸的剎車均用液壓驅(qū)動(dòng)。車床上裝有前、后兩個(gè)刀架。刀架的進(jìn)給由液壓驅(qū)動(dòng)。在液壓與控制電器聯(lián)合控制下, 兩個(gè)刀架均能根據(jù)加工零件的工藝要求, 合理地選用所需要的循環(huán)動(dòng)作, 并能單獨(dú)、依次或同時(shí)地進(jìn)行切削。每個(gè)刀架的自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作由插銷式程控板和行程開關(guān)控制。刀架的工作進(jìn)給速度由液壓系統(tǒng)中節(jié)流調(diào)速閥無級(jí)調(diào)節(jié)。

三、程序設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問題的處理

　　1 PLC 機(jī)型的選擇

　　由于本車床只有開關(guān)量控制, 無模擬量控制, 因此只選用三菱公司的小型低檔的F1 系列PLC。為了充分地利用PLC 的I/ O 點(diǎn)以及為了以后維護(hù)的方便起見, 我們選擇了F1-60MR 基本單元和F1-40ER 擴(kuò)展單元。基本單元的輸入點(diǎn)接: 2 個(gè)熱繼電器、5 個(gè)按鈕、3 個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)、14 個(gè)行程開關(guān), 共34 個(gè)輸入; 其輸出點(diǎn)接: 2 個(gè)交流接觸器的線圈、2 個(gè)指示燈及10 個(gè)電磁換向閥的線圈, 共14 個(gè)輸出。擴(kuò)展單元用于前、后刀架的插銷式程控板。

　　2 插銷式程控的改造

　　為了不改變對(duì)車床的操作, 我們決定仍保留插銷式程控板。本車床前、后刀架的插銷式程控板結(jié)構(gòu)相同, 如圖1 所示為其板面結(jié)構(gòu)。圖中1XK~7XK 為7 個(gè)行程開關(guān)。

圖1  插銷工程控板板面結(jié)構(gòu)

　　為了合理地利用PLC I/ O 點(diǎn), 我們采用輔助繼電器替代程控板上插孔的辦法來改造插銷式程控。

　　把每塊程控板上9 根橫控制線分別直接與PLC擴(kuò)展單元的輸入點(diǎn)相接, 把每塊程控板上8 根縱控制線直接與PLC 擴(kuò)展單元的輸出點(diǎn)相接。如圖2 說明了其中一塊程控板的硬件接線。另一塊程控板的硬件接線與之相類似。

圖2 程控板與PLC 的硬件接線

　　梯形圖如圖3、圖4 所示。圖中M71、M72 為特殊輔助繼電器。M71 僅在PLC 上電后, 首次執(zhí)行程序時(shí)接通, 接通時(shí)間為程序執(zhí)行一次循環(huán)所需時(shí)間。其余時(shí)間M71 為斷開狀態(tài)。M72 為100ms 時(shí)鐘脈沖繼電器。圖4 的移位寄存器的作用是使移位寄存器的各位依次輪流為“1”。由于輸出繼電器Y440~Y447 與移位寄存器M121~ M130 各位一一對(duì)應(yīng), 因此, 在移位控制下,Y440~ Y447 依次輪流接通。圖3的作用是用輔助繼電器來記憶程控板上插孔的狀態(tài)。例如當(dāng)某一工作周期中, 移位寄存器中, M121=1, 其余M122~ M130 為“0”, 則Y440=1, Y441~Y447 為“0”。則在下一工作周期的輸入采樣階段,PLC 對(duì)輸入點(diǎn)進(jìn)行采樣, 若插孔1上擰有插銷, 則X414=1, 從而M200=1; 若插孔1未擰入插銷, 則X414=0, 從而M200=0, 因此M200 記憶了插孔1 的狀態(tài), 插孔2~9類推。故第一組M200~ M210 共9個(gè)輔助繼電器分別記憶了A 控制線上1-9 插孔的狀態(tài); 當(dāng)移位后, M122=1, M121 及M123~ M130 為“1”, 則Y441=1, Y440 及Y442~ Y447 為“1”。在再下一工作周期的輸入采樣后, 若插孔10 上擰有插銷, 則X414=1, 從而M211=1, 若未擰入插銷, 則X414=0, 從而M211=0, 因此M211記憶了插孔10的狀態(tài), 插孔11~18 類推。因此, 第二組M211~M221分別記憶了B控制線上10~18 插孔的狀態(tài);其余類推。因此是用對(duì)程控板逐列掃描的方法來確定插孔的狀態(tài), 并用輔助繼電器加以記憶, 從而可用輔助繼電器替代每個(gè)插孔而編入程序。在圖3和圖4 中有幾點(diǎn)需加以說明。

圖3 梯形圖之一

圖4 梯形圖之二

　　(1) 圖3 中第一邏輯行表示PLC 上電后第一次執(zhí)行程序時(shí)用復(fù)位指令( R 指令) 使后面16 組程序中要用到的輔助繼電器復(fù)位。

　　(2) 圖4 的第一邏輯行的作用是使移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)為“1”狀態(tài)的時(shí)間大于100ms, 以保證M120=1的狀態(tài)能可靠地移位至M121。

　　(3)在編程時(shí)圖3 的梯形圖要放在圖4 梯形圖之前, 若圖3 放在圖4 之前, 根據(jù)PLC 工作方式的特點(diǎn), 在執(zhí)行圖3 程序時(shí), 輸入繼電器當(dāng)前狀態(tài)對(duì)應(yīng)于PLC前一工作周期的輸出刷新后輸入的狀態(tài), 輸出繼電器的當(dāng)前狀態(tài)與PLC 前一工作周期中移位寄存器的狀態(tài)對(duì)應(yīng)。這是我們所要求的。若圖3 放在圖4之后, 則在執(zhí)行圖3 程序時(shí), 輸入繼電器的當(dāng)前狀態(tài)對(duì)應(yīng)于前一工作周期的輸出刷新后輸入的狀態(tài), 而輸出繼電器的當(dāng)前狀態(tài)與PLC 當(dāng)前工作周期中移位寄存器的狀態(tài)對(duì)應(yīng)。這樣圖3執(zhí)行的結(jié)果當(dāng)然不能反映程控板上插孔的真實(shí)狀態(tài)。

　　(4) 圖3 的梯形圖不能改為圖5。在圖3 中使用的置位指令( S 指令) 和復(fù)位指令( R 指令) 均為有“記憶力”的指令。使用S 指令時(shí), 當(dāng)其前觸點(diǎn)“與”的結(jié)果一旦為“1”時(shí), 輔助繼電器具有自保持功能而維持接通狀態(tài), 即使以后“與”的結(jié)果為“0”, 輔助繼電器仍保持接通, 直到被R 指令復(fù)位為止。因此它們能記憶程控板上插孔的狀態(tài)。但在圖5 中, 每次執(zhí)行該程序時(shí), 各輔助繼電器線圈前面各觸點(diǎn)當(dāng)前的狀態(tài)直接決定了各輔助繼電器的狀態(tài), 它們均無自保持功能, 也不論圖中用的是斷電保持型輔助繼電器還是通用型輔助繼電器, 結(jié)果均如此。

圖5梯形圖之三

　　(5)圖4中, 用移位寄存器中的M121~ M130 8位控制輸出繼電器, 第一位M120 則不能用。其原因?yàn)? 當(dāng)M72 由斷變通時(shí), 移位指令執(zhí)行后, 移位寄存器各位的狀態(tài)前移一位。移位指令執(zhí)行的同一工作周期中, 第一位M120 的狀態(tài)保持移位前的狀態(tài)。

　　待到下一個(gè)工作周期執(zhí)行OUT M120指令時(shí), 才把M100當(dāng)前的狀態(tài)輸入M120。此時(shí),M120狀態(tài)才可能改變。因此, M120的狀態(tài)幾乎和M121的狀態(tài)一樣。若同時(shí)用M120和M121控制輸出繼電器, 則對(duì)程控板的掃描造成混亂。

3 程序設(shè)計(jì)總框圖

　　本車床程序設(shè)計(jì)的總框圖如圖6 所示。為了縮短程序執(zhí)行時(shí)間, 提高響應(yīng)速度, 只在PLC上電后首次執(zhí)行程序時(shí)執(zhí)行程控板的掃描程序, 其它時(shí)候不再執(zhí)行該程序了, 因?yàn)楸拒嚧彩沁M(jìn)行批量生產(chǎn)的,程控板的狀態(tài)不可能隨時(shí)改變。