0 引言

　　組合機床是一種在制造領域中用途廣泛的半自動專用機床，由通用部件(如動力頭、動力滑臺、床身、立柱等)和專用部件(如專用動力箱、專用夾具等)組成。這種機床既可以單機使用，也可以多機配套組成加。上自動線，用于大批量機械產(chǎn)品的高效自動化生產(chǎn)，如汽車零部件制造中的許多生產(chǎn)線。

　　三面鉆組合機床由三個液壓動力滑臺和液壓傳動的上作臺組成。左、右動力頭和后動力頭分別由其主軸電機拖動，左、右動力頭滑臺和后動力滑臺由液壓缸驅動前進或后退。工件通過液壓夾具安裝在工作臺上。左、右動力頭和后動力頭同時工作、依次工作或選擇其中任意一個滑臺進行一輪自動加工循環(huán)。

1 三面鉆組合機床控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

　　目前，三面鉆組合機床動力滑臺及夾緊機構的控制傳統(tǒng)上普遍采用液壓結合電氣控制，電氣控制采用傳統(tǒng)的繼電器PLC硬布線邏輯控制。這種控制方式具有很大的局限性，即一種控制系統(tǒng)只能控制特定的對象。當控制對象變化時，需要重新設計、重新布線;另外，這種控制系統(tǒng)可靠性差，需經(jīng)常維修。而可編程控制器(PLC)是工業(yè)控制當中的通用設備，當控制對象變化，只需改變程序軟件就能滿足控制要求。同時，PLC相對+RLC具有可靠性高、抗干擾能力強、性能價格比高、硬件配套齊全，適應性強、用戶使用方便等優(yōu)勢。因此，隨著近年來數(shù)控技術、電子技術、計算機技術等的發(fā)展，在三面鉆組合機床的控制系統(tǒng)中用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RLC是必然的趨勢。

2 控制系統(tǒng)的設計

　　2.1 PLC的選取

　　由于PLC的品種、型號、規(guī)格、功能各不相同，綜合多種因素考慮，本控制系統(tǒng)的主控設備選用酉門子公司的S7-200系列小型可編程序控制器。S7-200型是一個小型模塊化的PLC;系統(tǒng)，’已能滿足中等性能要求的應用，具有功能完善、結構緊湊、使用方便、易于掌握、性價比高等特點。并且具有多種功能模塊和人機界面可供選擇，可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡，它同時具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設計時更加簡單，非常適用于本系統(tǒng)。

　　2.2 硬件設計

　　2.2.1 系統(tǒng)主電路的設計

　　控制系統(tǒng)的上電路主要由刀開關、熔斷器、接觸器的主觸點、熱繼電器的熱元件和電動機構成。

　　對于三面鉆紐合機床來說，機床上有四臺電動機:液壓泵電動機M1(對整個系統(tǒng)提供油液)、左刀具電動機M2,右刀具電動機M3、后刀具電動機M4(對工件進行鉆孔加工)。各電動機的控制如下:液壓泵電動機M1由接觸器KM1控制;左動力頭電動機M2由接觸器KM}控制:右動力頭電動機M3由接觸器KM3控制;后動力頭電動機M4由接觸器KM4控制。四臺電動機功率不是很大，啟動電流不大，無須采用降壓啟動，同時也無正反轉要求，均為直接起動，單向旋轉。圖1為三面鉆組合機床控制系統(tǒng)的主電路圖。

　　2.2.2 系統(tǒng)控制回路的設計

　　PLC控制系統(tǒng)中的控制回路，是指由繼電器、接觸器等低壓電器構成的強電控制l}}i路。在常見的控制系統(tǒng)中，控制回路一般有AC220V與DC24V兩種。具體設計步驟如下:

　　a)控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)的確定

　　對三面鉆組合機床的要求進行分析，可以確定的輸入/輸出量有:液壓泵啟動了停止按鈕、系統(tǒng)啟動按鈕、工件夾緊/放松按鈕、工作臺前進/后退點動按鈕、滑臺前進/后退點動按鈕、動力頭電機啟動/停止按鈕、急停按鈕、手動/自動選擇開關、自動工作模式選擇開關、滑臺選擇)開關、工作臺選擇開關以及各執(zhí)行元件的的位置檢測行程開關等輸人量。四個電機的接觸器線圈、工作臺前進/后退電磁閥、夾具夾緊電磁閥、左右后滑臺的快進工進/快退電磁閥、指不燈等輸出量。具體分配如表1所示。

　　從上表的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點3&個，開關輸出點19個;無模擬量的輸人和輸出點，因此可以選擇CP}224 PLC,作為主機單元。參照兩門子57一200產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機為CPL1224 (14輸人/10輸出丫臺，加仁一臺純輸人模塊E14221(16DC輸人)，一臺混合擴展模塊EM14i2?3 (8DC輸人/8繼電器輸出)和一臺混合擴展模塊E11223(4170輸人/4T}C輸出)。這樣的配置是最經(jīng)濟的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖2所示。

　　c)確定P1,C;輸人/輸出回路

　　PLC輸人/輸出回路設計非常簡單，只是按照系統(tǒng)的要求一與模塊的I/O)情況，對各模塊的I/O點進行功能分組與相對均勻的分配而已，這些分配不僅需要考慮PLC的負載均勻，而且同時要求考慮PLC程序設計方面的需要。因此，在三面鉆組合機床I/O點的確定以及PLC選邢完成后，便可以分配I/O點，然后確定出PLC輸人/輸出回路。I/O點分配情況如表2和3所示.;

　　其中，選抒開關SA2才f到I3,O時為同時工作模式。打到I3.1為選擇工作模式，都斷開時表示為順序工作模式。選擇開關SA3都斷開時表示滑臺全選，SA4都斷開時表示主軸電機全選。這樣的選擇有利干節(jié)省點數(shù)。

　　在分配好I/O點后，便PLC連接PLC輸人/輸出回路。

　　2.3 軟件設計

　　三面鉆組介機床的控制是比較復雜的，要滿足多位置、多控制的要求但是其運行還是有規(guī)律可循的，它總是按照一定的程序性。重復地進行動作，循環(huán)過程為:災緊→工作臺前進→滑臺快進→工進→滑臺快退→工作臺后退→放松。

　　由三面鉆組合機床的控制要求可知，該控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)3個控制功能:

　?、賵?zhí)行元件的點動、復位控制;

　?、趧恿_的單機自動循環(huán)控制;

　　③整機全自動工作循環(huán)控制。

　　由此可首先設計出該組合機床的順序功能圖，再由順序功能圖最終設計出符合要求的控制梯形圖。

　　分析汽面鉆組合機床的加工過程，可知系統(tǒng)的工作條件是在液壓泵啟動且系統(tǒng)壓力達到指定值后，執(zhí)行元件才能丁作，這就相當于整個系統(tǒng)的啟?？刂?，而設備有“自動/手動”兩種工作方式，其控制程序由系統(tǒng)主程序、“自動”控制程序、“手動”控制程序三個模塊組成。各模塊程序分開編寫，結構簡一單，層次清楚，便于調試和修改。下面就以系統(tǒng)主程序為例，說明程序的設計。

　　系統(tǒng)主程序包含系統(tǒng)的起、停控制和指示燈等部分如圖3所示。當按一下液壓泵啟動按鈕I0.0時，液壓泵電機啟動，系統(tǒng)壓力逐漸升高，直到達到工作要求時，壓力繼電器I4.3(ON)，指示燈Q2.6亮，當夾緊壓力繼電器I4.4(ON)，指示燈Q2.7亮，當4個電機過載時，指示燈Q3.0亮。

圖3 系統(tǒng)主程序

　　本程序經(jīng)模擬調試，憲全符合三面鉆孔組合機床的電氣控制要求，使用效果良好。在使用過程中，還可根據(jù)不同的控制要求，在不改動接線或改動很少的情況下，通過改變程序來實現(xiàn)不同要求，人大節(jié)省了安裝調試時間，提高了效率。

3 結束語

　　本文在對三面鉆組合機床控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析的基礎上，提出了種纂于西門子公司57 - 200系列小型叮編程序控制器作為主控設備的控制系統(tǒng)，并完成了硬件設計和軟件設計。經(jīng)模擬調試，完全滿足相關控制要求，同原有控制系統(tǒng)相比具有穩(wěn)定性高、適應性強、成本低等優(yōu)點。為組合機床控制系統(tǒng)智能化、知識化、小型化的發(fā)展提供了有利的參考