中文核心期刊 .=微计算机信息>(测控自动化)2005年第 21卷第 12-1期
顺序控制设计法在组合机床中的应用
The Application of Sequential Control Design Method in Unite Machine Tool
fl_南昌大学.2.南昌下程学院)万力 桔 I.2赵志英 罗良玲 -
Wan,Jiajie Zhao,Zhiying Luo,Liangling
摘要:顺序控制设计法是 PLC梯形图的一种先进规范的方
法.将其应用于组合机床控制 系统 中,使控制软件 与工序动
作有较好 的对应关系,编制和调试效率高。与经验设计法相
比 .软件语 句少 ,扫描 时间短 ,实时性较 强 。
关键词:组合机床;可编程;梯形图:顺序控制设计法
中图分类号:11P271+.4: Ⅱ.391.8 文献标识码:A
文章编号:1008-0570(2005)12—1—o03o一02
Abstract:Sequential control design method iS an advanced reg—
ular design for design of PLC ladder diagram, It is proved by
experiment that the sequential control design method makes the
PLC control software have a good corresponding relationship with
the working sequences of the elevator, and makes the program·
ming and debug~ng work more efficiently.Compared with expe—
hence design method, the software edited by this method has
less sentences, little scanning time and higher effective perfor—
mance on real——time contro1.
Key words:unite machine tool;PLC;ladder diagram;se-
quenfial control design method
目前.机床控制系统已基本上淘汰了传统的继电
器控制方式,取而代之的是 PLC和微控制器为核心的
数字控制系统。PLC由于编程简单,使用方便 ,设计 、
施工、调试周期短,抗干扰能力强,可靠性高 ,易于实
现机电一体化等优点 ,被广泛应用于机床控制系统
中。但是.用 PLC经验设计法设计梯形图时,没有一套
固定的方法和步骤可以遵循 ,具有很大的试探性和随
意性。在设计复杂系统的梯形图时,用大量的中间单
元来完成记忆、连锁和互锁等功能。由于需要考虑的
因素很多,它们往往又交织在一起。分析起来非常困
难.并且很容易遗漏一些应该考虑的问题;在修改某
一 局部电路时,可能对系统的其它部分产生意想不到
的影响,因此,梯形图的修改也很麻烦,花了很长的时
间还得不到一个满意的结果。而顺序控制是按照生产
工艺预先规定的顺序,在各个输入信号的作用下.根
据内部状态和时间顺序,在生产过程中各个执行机构
有秩序地进行操作。
1 机床概 述
组合机床是机械厂金工车间的重要设备。该四工
位组合机床由4个工作滑台各载一个加工动力头组
成4个加工工位。图 1是该机床十字轴铣端面、打中
万加桔:副教授
心孔的俯视示意图。除了4个加工工位外,还有夹具、
上下料机械手和进料器 4个辅助装置,以及冷却和液
压系统共 14个部分。机床的4个加工动力头同时对
一 个零件的4个端面及中心孔进行加工,一次加工完
成一个零件。由上料机械手自动上料,下料机械手 自
动取走加工完的零件,每小时可加工 80件。
组合机床有全自动、半 自动、手动 3种工作方式。
当按下启动按钮 2SB后,上料机械手向前 ,将零件送
到夹具上,夹具夹紧零件,同时进料装置进料。之后上
料机械手退回原位 ,进料装置放料。接下来是 4个工
作台向前,4个加工动力头同时加工,铣端面、打中心
孔。加工完成后,各工作滑台退回原位,下料机械手抓
住零件 ,夹具松开,下料机械手退回原位并取走加工
完成的零件,一个工作循环结束。如果没有选择预停,
则机床自动开始下一个工作循环.实现全 自动的加工
工作方式;如果选择了预停,则每个工作循环完成后,
机床自动停止在初始状态,当再次发出工作启动指令
后,才开始下一个工作循环,即为半自动工作方式。
I
工
位
Ⅲ工位
Ⅳ
工
位
1一工作滑台;2一主轴;3一夹具;4一上料机械手;5一进料装置;
6一下料机械手
图1四工位十字轴加工组合机床示意图
2系统硬件设计
设备采用 日本三菱公司 FX2—64MR主机和一个
l6点的输入扩展模块 (FX一16EX),其中输入点用了
42个。输出点用了27个。
把输入信号42个按类编排,即位置检测传感器
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f‘PLC技术应用200例 l
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控制系统
开关 1SQ~12SQ、1YJ-5YJ共 17个,选择开关 1SA,按
钮开关 1SB~24SB共24个。输出信号27个也按类编
排,即电磁阀 1YV一16YV共 l6个 ,接触器 1KM~6KM
共6个,指示灯 IHL~5HL共 5个。
表 1输入信号地址编号
书称 功能 编号 名称 功能 编号 名称 功能 编号 名称 功能 编号
ISQ 滑台I原位 xo l2s。 F料嚣终点 XI3 5SB 滑台I进 X26 16蛆 主轴Ⅳ点动 x41
1sQ 墙台I终点 xl IYJ 夹紧 x14 6s8 滑台I退 x27 17 夹紧 X42
Q , 台Ⅱ崃位 x2 2YJ 进料 XI5 7S}3 主轴I点动 X30 l8辩 松开 X43
lsO 婿白II终点 x3 ,Ⅵ 放料 XI6 8蛆 滑台Ⅱ进 X31 l9蛆 上料嚣进 X44
;sQ }骨台Jll原位 x4 4YJ 润滑压力 XI7 9蛆 滑台H退 X32 20蛆 上料嚣遢 X45
;so 滑厶11『织 5YJ 润滑}桶 开关 豫0 1O 主轴Ⅱ点动 X33 21蛆 进料 X46
∞ 措台Iv厩位 )r6 I蛆 总停 X21 IISB滑台兀T进 X34 22∞ 放料 X47
}sO 坍台Ⅳ终点 X7 2蛆 启动 X22 12S8滑台nT退 X35 23sB 冷却开 X50
ISQ :料嚣原位 X10 , 预捧 X23 13蛆 主轴兀T点动 )06 24蛆 冷却关 x5l
10SQ =料嚣终点 xl1 4 润滑捌喇敷脒 )04 H蛆 滑台Ⅳ进 X37
I1s。 F料嚣原位 X12 ISA 进择开关 X25 15 滑台Ⅳ理 X40
42个输入信号和27个输出信号对应于PLC输入
端X0-X5 1及输出端Yo~Y33。其地址编号见表 l、表 2。
表2输出信号地址编号
名称 功能 编号 名称 功能 编号 名称 功能 编号 名称 功能 编号
lW 夹紧 Y0 gYV 上科退 Y7 15w 放料 YI7 6KM 润滑电动机 Y26
!W 松开 YI Y9V 下料进 Y10 16YV 进料 Y20 IHL 润滑显示 Y27
IW }骨台 I进 Y2 10YV下料退 YI2 1KM 主轴 I Y21 2141, I、mI1 皓博畦 Y30
n 滑台I退 Y3 IIYV楷台Ⅱ进 YI3 2KM 主轴ff Y22 3HL 11、lvIl贽 }厕立 1
;YV 滑台Ⅱ聪}Y4 12YV滑台 【I退 YI4 3KM 主轴111 Y23 4HL 上料器原位 Y32
珊台II 恳Y5 I3Yv滑台Ⅳ进 YI 5 4KM 车轴IV Y24 5141,下料嚣原位 3
上料进 Y6 14YV滑台Ⅳ退 YI6 5KM 冷却电动机 Y25
3系统软件设计
普通的梯形图设计实际上是试图用输入信号 X
直接控制输出信号 Y,如图2(a)所示。由于不同的系
统输出量与输入量之间的关系各不相同,不可能找出
一 种简单通过的设计方法。
顺序控制设计法则是用输入量 X控制代表各步
的编程元件(如辅助继电器 M),再用它们控制输出量
Y,如图2(a)所示。步是根据输出量Y的状态划分的,
M与 Y之间具有很简单的“与”逻辑关系,输出电路的
设计极为简单。任何复杂系统代表步的辅助继电器控
制电路,其设计方法都是相同的,并且很容易掌握 ,所
以顺序控制设计法具有简单、规范、通用的优点。由于
M是依次顺序为ON/OFF状态的,实际上已基本解决
了经验设计法中的记忆、连锁等问题。
珏 圈
(a) (b)
图2信号关系图
根据系统的控制流程及图 1、图 2和表 1、表 2,采
用顺序控制设计法,编写出四工位组合机床的梯形图
程序,图 3为组合机床初始化梯形图程序,图 4为组
合机床自动工作梯形图程序。
4结束语
由于顺序控制设计法简单 、规范、通用,很容易被
初学者接受。对于有经验的工程师.顺序控制设计法
同样能提高设计效率 ,程序的调试、修改和阅读也很
方便。因此.在一些复杂的控制系统中具有较强的推
广价值。
X0 x2 x4 X6
— H H H 卜
X10 X12 X14X16XJ
H H H —*
M101 M102
X26
— — _{卜__
X26
— — *__
X17 I12
—
Xl7 Tl
—H
T20
— 卜__
M103
— }_—一
M8000
10
1
手动
自动
自动运行
启动
停止
各滑台原位
上、下料器原位
松开、放料、润滑正常
原始状态条件
润滑电动机
润滑时间
润滑间隔时间
润滑故障
. . . . .
图 3组合机床初始化梯形图程序
参考文献:
【1】胡学林.可编程控制器应用技术【M】 北京:高等教育出版社,2000。
【2】廖常初.PLC编程及应用【M】.北京:机械丁业出版社,2004。
作者简介:万加桔(1962.11),男 ,汉族,江西南昌人,南
昌工程学院机电工程系副教授,南昌大学硕士研究
生.主要研究方向机电一体化 ;E_mail:wanjaj@163.
com,zhazhy@ton~com;赵志英(1963.4),女,汉族,湖北黄梅
人.南昌工程学院机电工程系副教授,主要研究方向电
力系统及自动化和自动控制;罗良玲(1947),男,南昌大
学硕士生导师,研究方向数控技术及其应用。(见 8O页)
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匣堕 堕 亟 垂圈 中文核J 期刊《微计算机信垦 测控自动 )兰 垒箜塑兰!堂塞! :!塑
糊控制等控制方法进行远程实验的控制平台。
4远程实验的关键技术
(1)可靠性与实时性 为了控制系统的实时性和可
靠性,在协议的选择上必须认真考虑。系统的控制信
号、状态信息对于系统的稳定性至关重要,所以采用面
向连接的TCP协议进行传输;摄像头采集的图像,数据
量较大,采用无连接的UDP协议传输。
f21一致性问题 由于网络的并发性可能有多个客
户同时登陆到服务器并请求对倒立摆系统进行网络
实验,这时必然会产生冲突。因而必须使系统具备一个
裁决机制,即当一个客户机申请对倒立摆系统的控制
权时,服务器判断是否已经有一个客户端正在对系统
进行控制,如果没有就接受请求,反之则只能观看系统
运行情况的图像。系统支持多客户机同时连接,但同一
时刻只有一台客户机具有对倒立摆系统的控制权。
(3)最大连接数与图像传输 随着连接数的增加,网
络负荷也增加,实时性能势必受到影响。所以限定最大
连接数(视网络性能而定,这里一般为 15),以保证网络
传输的质量。通过 WebCam采集的图像信息较大,为了
减轻网络的负荷,可以采用压缩和解压缩的技术。
(41安全性问题 登陆到服务器上的客户必须足经
过授权的,在这里采用 IP绑定的办法。即通过 winsock
控件的remotehost属性获得客户端 IP,然后作必要的
处理
5结束语
网络实验平台是全新的实验教学模式,不仅可以
解决实验设备紧缺的问题,而且还可以实现实验室资
源共享和团体合作研究。本文是针对倒立摆开发的网
络实验平台,对于开发计算机控制技术综合实验平台
也具有一定的实用价值。
参考文献
【1】范永开 .网上虚拟实验室的建设方案与实现【J】_黑龙江工程学院学报,
2001,12,15(4).
[2】朱晓春 网络化制造实验系统的研究与开发 机械制造2003,8
作者简介:鄢圣茂(1979一)男 湖北武汉,硕士研究生,
研究方向控制理论与控制工程 。计算机控制技术等;
Emaihyan790102C~ahoo.com;许 国荣(1972一)男 浙江
上虞 ,硕士研究生。研究方向自动控制理论,软件工程
等;宋立忠(1969一)男 山东章丘 ,博士,研究方向电力
系统 自动化,计算机控制技术等;徐袭(1978一)男 湖北
汉川 ,博士研究生。研究方向控制理论与控制工程 ,计
算机控制技术等。
(430033 湖北武汉海军工程大学 电气与信息工程学
院 )鄢圣茂 宋立忠 徐袭
(316000 浙江舟山海军 92910部队1许国荣
(Dept。of Electrical Eng.-Naval UnjV.of Engineering,
Wuhan43O033。China)Yan,Shengmao Song,Lizhong
Xu.xi
(Naval UIlit No.92910,Zhoushan,3l6伽l0, China)
Xu,Guorong
联系方式
(43OO33 武汉 海军 工程大 学 电气 工程 系 406教研
室 )鄢圣茂
(投稿日期:2005.5.27)(修稿13期:2005.6.6)
(接第 31页)
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图4组合机床自动工作梯形图程序
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(330029 江西南昌 南昌工程学院 机电工程系)万加桔
赵志英
(Nanchang UIliversity)Wan~Iiajie Luo.Liangling
(Nanchang Institute of Technology, Nanchang
330029,China)Wandiajie Zhao,Zhiying
联 系地址 :
(330O29 南昌市北京东路 59号南 昌工程学院 71号
信箱1万加桔
(投稿日期:2005.10.81(修稿日期:2005.10.15)
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