雙元制培養(yǎng)模式下PLC項(xiàng)目教學(xué)

1、無心外園磨床自動(dòng)上料裝置的plc控制摘要：針對(duì)汽門桿無心外園磨床需要人工送料，沒有工件計(jì)量和測(cè)量提示報(bào)警，也不能對(duì)螺桿和滑板進(jìn)行自動(dòng)加油等情況。在這里介紹我們已設(shè)計(jì)開發(fā)好的自動(dòng)上料裝置，并重點(diǎn)分析plc控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的過程和要求。目前上料裝置已成功地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化單機(jī)生產(chǎn)，并在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：汽門桿；無心外園磨床；自動(dòng)上料裝置；電磁閥；plc控制 1 前言汽門是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部件，讓空氣或混合氣進(jìn)入的稱為進(jìn)氣汽門，讓燃燒后的廢氣排出的稱為排氣汽門。汽門加工質(zhì)量的好壞，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，而汽門桿無心外園磨床是汽門加工的專用設(shè)備之一，它負(fù)責(zé)研磨汽門的細(xì)桿部分，汽門彩圖如

2、圖一。因?yàn)樵撃ゴ彩前胱詣?dòng)設(shè)備，需要人工送料，沒有自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)計(jì)量等系統(tǒng)，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，并存在較大的無法避免的操作安全隱患，而且操作人員的素質(zhì)決定了日產(chǎn)量和工件的研磨質(zhì)量，因此，對(duì)磨床進(jìn)行自動(dòng)化改造勢(shì)在必行。這樣不但可以徹底解決以上問題，還可以提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。2 改造前磨床的結(jié)構(gòu)和工作過程 磨床的結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)物彩圖見圖一，其工作過程是：首先啟動(dòng)研磨砂輪，延時(shí)后自動(dòng)開啟磨削液，研磨進(jìn)刀系統(tǒng)解鎖。按下進(jìn)刀啟動(dòng)按鈕，經(jīng)可調(diào)的延時(shí)后，進(jìn)給壓輪開始快速進(jìn)刀（在這個(gè)時(shí)間段里，操作人員必須完成用手拿著汽門裝夾位把其放進(jìn)磨床），碰到減速彈簧后，變?yōu)槟ハ鞴ぜ难心ゼ庸ぢ傩谐?，進(jìn)給壓

3、輪進(jìn)刀完成后，壓下行程開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)（可調(diào)，為最后研磨），圖一到點(diǎn)后，則要快速退刀，回到原點(diǎn)，壓下行程開關(guān)，排料桿頂出后用彈簧力復(fù)位。等待數(shù)秒（可調(diào)）后，無論操作人員是否放置工件，機(jī)器都自動(dòng)進(jìn)入第二個(gè)工作周期，如此不斷地循環(huán)工作，直到人工干預(yù)停止，整個(gè)控制過程原設(shè)計(jì)為繼電器控制。從上面的操作流程可以看出：加工工件的數(shù)量與質(zhì)量完全由操作員的素質(zhì)決定，而且必須每人操作一臺(tái)機(jī)，操作人員注意力要高度集中，稍有疏忽就會(huì)造成工件不合格甚至引起生產(chǎn)安全問題。3 無心外園磨床的自動(dòng)化改造3.1 改造方案圖二在操作員站立側(cè)加裝代替人手的能旋轉(zhuǎn)180°的機(jī)械放料手，其示意和實(shí)物圖見圖二。(1)

4、加裝的自動(dòng)上料裝置，必須有三種控制模式：手動(dòng)調(diào)試模式：用于手動(dòng)測(cè)試各執(zhí)行機(jī)構(gòu)能否單獨(dú)正常工作，能否正確地完成工件的傳送過程，保證工件準(zhǔn)確地放置到相應(yīng)位置。半自動(dòng)加工模式：為了滿足工件小量生產(chǎn)或是樣板工件的加工要求，保留了半自動(dòng)加工模式，這是極少使用的加工模式。全自動(dòng)加工模式：全自動(dòng)加工模式是關(guān)鍵所在，是工廠正常生產(chǎn)與工件加工質(zhì)量和數(shù)量的根本保證，這是機(jī)器長期工作的加工模式。(2)改裝后的無心外園磨床電氣控制分為兩大部分：第一大部分是砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)，采用三菱mr-j2s-200a伺服放大器和hc-sfs203伺服電機(jī)，使用速度控制模式工作，用電位器調(diào)整砂輪轉(zhuǎn)速。它是獨(dú)立系統(tǒng)，與plc控制無關(guān)。

5、第二部分是自動(dòng)上料裝置的控制，其控制構(gòu)成的方式是：以plc為控制中心，以電磁閥的控制線圈為plc的輸出執(zhí)行元件，再由電磁閥控制氣缸和油缸為最終執(zhí)行元件，以及控制cl電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)繼電器和燈光報(bào)警器等形成了整個(gè)按plc程序去執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，以達(dá)到生產(chǎn)控制要求，并最終完成生產(chǎn)任務(wù)。(3) 改造后的無心外園磨床的工作過程如下：操作員把工件放滿導(dǎo)入槽 在自動(dòng)模式下按啟動(dòng)按鈕 料架檢測(cè)有無工件 工件無 報(bào)警 操作員放入工件后，自動(dòng)轉(zhuǎn)到進(jìn)料工步 工件有 進(jìn)料 工件固定1 pa夾持工件向下轉(zhuǎn) 工件轉(zhuǎn)移到cl轉(zhuǎn)臂并進(jìn)行固定2 pa放出工件后向上返回 返回到原點(diǎn)后等待下一周期或復(fù)位cl夾持工件進(jìn) cl夾

6、持工件在中間位 cl夾持工件再進(jìn) cl在前端放下工件 cl退回原點(diǎn)等待下一周期 lb進(jìn)刀 lb退刀 排料 排料確認(rèn)并返回原點(diǎn)等待下一周期3.2 plc控制系統(tǒng)的輸入/輸出分配本系統(tǒng)選用fx1n-40mr可編程控制器，i/o分配圖如圖三。sb1是自動(dòng)和半自動(dòng)加工時(shí)的啟動(dòng)按鈕，也是測(cè)量位暫停，工件經(jīng)測(cè)量合格后，再次啟動(dòng)工作的啟動(dòng)按鈕。sb2是自動(dòng)和半自動(dòng)加工時(shí)的停止按鈕，工件處于加工過程中按下，機(jī)器則必須完成本次加工后才能停止。x5x15的是手動(dòng)調(diào)試開關(guān)，x16x27的是分布機(jī)器各檢測(cè)位置的傳感器，y1y6及y15y17接電磁閥的線圈ya1ya9，均使用220v交流電，y10、y11、y13接22

7、0v的繼電器，y12、y14接220v的紅色、黃色燈光報(bào)警器。圖三圖三圖四3.3 plc控制程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于自動(dòng)/半自動(dòng)/手動(dòng)的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、全自動(dòng)控制的順序功能圖設(shè)計(jì)、半自動(dòng)順序功能圖設(shè)計(jì)，具體見圖四和圖五。但由于全自動(dòng)控制程序必要的互鎖和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行的先后順序鎖定比較復(fù)雜，在編程時(shí)，除了考慮順序功能圖中的注解事項(xiàng)外，還要解決以下的問題：（1）在進(jìn)行模式控制轉(zhuǎn)換時(shí)，因s0s999都是保持用，因此每次模式轉(zhuǎn)換都要對(duì)用到的狀態(tài)繼電器s、計(jì)數(shù)器c復(fù)位。（2）啟動(dòng)按鈕sb1的鎖定要求，在半自動(dòng)和全自動(dòng)加工模式下，當(dāng)系統(tǒng)已處于加工過程，此時(shí)，盡管再次按動(dòng)sb1，系統(tǒng)不受任何影響。也就是必須讓

8、sb1按下一次啟動(dòng)程序后就立即無效，只有停止按鈕sb2和模式轉(zhuǎn)換按鈕sa1才能解除。（3）pa轉(zhuǎn)臂向下轉(zhuǎn)的條件是只有在cl轉(zhuǎn)臂到位和固定2氣缸縮回后，pa轉(zhuǎn)臂才能夾著工件向下轉(zhuǎn)，把工件轉(zhuǎn)送給cl轉(zhuǎn)臂。圖四（4）cl轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)位置與轉(zhuǎn)動(dòng)的條件是程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)所在。首先cl轉(zhuǎn)臂在a位把pa轉(zhuǎn)臂送來的工件用固定2氣缸壓緊后，cl轉(zhuǎn)臂則順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如果是第一個(gè)工件則直接送到c處的磨削加工位，從第二個(gè)工件開始，則會(huì)停留在b位，等待lb磨削前一個(gè)工件完成并在排料和出料都已確認(rèn)后，再從b位轉(zhuǎn)到c位，在c位放下工件后回到a位取件。在cl轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到b位的過程中，pa轉(zhuǎn)臂則往上返回，進(jìn)行工件的裝夾，完成后等待c

9、l轉(zhuǎn)臂回到a位取件，如此不斷循環(huán)。而cl轉(zhuǎn)臂從b位向c位轉(zhuǎn)動(dòng)，第一個(gè)工件用c0常閉直接轉(zhuǎn)移，從第二個(gè)開始則要滿足以下條件：無料報(bào)警不動(dòng)作。在lb退刀到位后，排料桿彈出并得到確認(rèn)。如果工件被彈出則要碰到出料確認(rèn)板，從而實(shí)現(xiàn)出料確認(rèn)條件。測(cè)量暫停/連續(xù)工作選擇開關(guān)sa2要在連續(xù)工作位。四個(gè)條件確認(rèn)cl轉(zhuǎn)臂則帶著工件從b向c運(yùn)動(dòng)并在c處放下工件，然后返回a位裝夾工件。 另外，測(cè)量暫停位的作用是：磨削一定數(shù)量的工件后，由于砂輪直徑尺寸變小，則需要測(cè)量工件的加工尺寸是否合格，因此，在這里要設(shè)置測(cè)量暫停/連續(xù)工作選擇開關(guān)sa2，當(dāng)選擇測(cè)量暫停位時(shí)，cl轉(zhuǎn)臂停在b位，這時(shí)對(duì)上一次加工的工件進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整好進(jìn)

10、給壓輪后，把sa2打到連續(xù)工作位，再按下啟動(dòng)按鈕sb1，則cl轉(zhuǎn)臂帶著工件從b向c運(yùn)動(dòng)并在c處放下工件，然后返回a位裝夾工件。由于以上幾個(gè)條件確認(rèn)的時(shí)間不可能也不應(yīng)該同時(shí)發(fā)生，所以必須設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路將已產(chǎn)生過的條件記憶，等待所有條件滿足后則轉(zhuǎn)步。（5）lb進(jìn)刀的條件，在cl轉(zhuǎn)臂帶著工件從b向c運(yùn)動(dòng)并在c處放下工件，然后返回a位裝夾工件的過程中，lb進(jìn)刀要在cl轉(zhuǎn)臂離開c位返回a位的中途經(jīng)過b位時(shí)啟動(dòng)，這是lb進(jìn)刀必須滿足的條件，為的是防止lb進(jìn)給壓輪壓到cl轉(zhuǎn)臂上而發(fā)生安全事故。（6）排料時(shí)間的要求，排料時(shí)間不能太短也不能太長，時(shí)間太短，則排料動(dòng)作不充分，使工件彈出不到位，不能完成出料確認(rèn)。時(shí)間

11、太長，則排料針未復(fù)位cl已拿著工件到達(dá)，造成工件放不下去，經(jīng)過調(diào)試應(yīng)控制在0.10.3秒內(nèi)為佳。由于篇幅所限，具體程序略。4 結(jié)束語磨床加裝自動(dòng)上料裝置并實(shí)際投入運(yùn)行后該技術(shù)革新給生產(chǎn)帶來的巨大變化已得到證明，不但使單機(jī)日產(chǎn)量數(shù)倍提高，同時(shí)大幅減小了機(jī)器操作員人數(shù)，由原來的一人一機(jī)的操作模式變?yōu)橐蝗怂臋C(jī)的監(jiān)控模式，操作者只需完成加料、測(cè)量、進(jìn)刀調(diào)節(jié)等機(jī)器報(bào)警提示的間歇性任務(wù)，大大地降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，徹底消除安全生產(chǎn)隱患。該裝置具有調(diào)試簡(jiǎn)單、操作方便、使用安全、運(yùn)行可靠、效率高、故障率低、工件加工效果好等特點(diǎn)，同時(shí)由于軟硬件均采用合理化結(jié)構(gòu)和布局，方便了工程技術(shù)人員的安裝、調(diào)試和維修，為工廠帶來了