隨著我國微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC技術(shù)在機(jī)械加工的各類機(jī)床的電氣設(shè)備的改造和新型設(shè)備的自動(dòng)控制中得到日益廣泛的應(yīng)用，本文將闡述家用縫紉機(jī)的機(jī)加工專用組合機(jī)床的PLC改造實(shí)例。

1 組合機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及控制情況

　　浙江某縫紉機(jī)廠，擁有很多的加工縫紉機(jī)部件的專用組合機(jī)床，用以生產(chǎn)家用縫紉機(jī)。如對家用縫紉機(jī)的機(jī)殼實(shí)施機(jī)械切削加工的組合機(jī)床，其動(dòng)力頭分布與運(yùn)動(dòng)情況如圖1所示。圖1中動(dòng)力頭Ⅰ、Ⅲ分別用于針距大孔和夾線器孔的鉆削加工，動(dòng)力頭Ⅱ用于挑線桿行線槽的銑削加工。M1，M2和M3均為三相異步電動(dòng)機(jī)，分別為Ⅰ、Ⅱ和III動(dòng)力頭的切削主運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。為便于控制組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)，在組合機(jī)床上裝了很多行程開關(guān)，以獲取的位置信號(hào)。圖1中的行程開關(guān)的壓動(dòng)情況為：SQ51、SQ61和SQ71分別為Ⅰ、Ⅱ和III動(dòng)力頭在原位時(shí)壓動(dòng);SQ52、SQ63和SQ72分別為Ⅰ、Ⅱ和III動(dòng)力頭工進(jìn)到位時(shí)壓動(dòng);加工時(shí)Ⅱ動(dòng)力頭先動(dòng)作，當(dāng)壓合SQ62時(shí)，Ⅰ、III動(dòng)力頭才能離開原位。另外還有：后插銷滑臺(tái)降、升到位分別壓動(dòng)SQ11、SQ12;人工拔、插定位銷分別壓動(dòng)SQ21、SQ22;針孔桿拔、插銷分別壓動(dòng)SQ31、SQ32;夾具松開、夾緊分別壓動(dòng)SQ41、SQ42。

　　組合機(jī)床中的液壓系統(tǒng)的油泵也由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)M0驅(qū)動(dòng)。液壓系統(tǒng)的第一個(gè)功能是給三個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)、后運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，液壓系統(tǒng)三個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)給、后退運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)中的三個(gè)三位五通換向電磁閥分別控制，動(dòng)力頭從快進(jìn)轉(zhuǎn)換到工進(jìn)由液壓行程調(diào)速閥控制，與電氣控制無關(guān)。液壓系統(tǒng)的第二個(gè)功能是：用于加工件——機(jī)殼的夾緊和松開。其中機(jī)殼的裝夾過程是：將機(jī)殼（工件）放于工作臺(tái)上，先由液壓驅(qū)動(dòng)后插銷滑臺(tái)上升，再進(jìn)行人工插銷定位，接著由液壓驅(qū)動(dòng)針孔桿插銷定位，最后是液壓驅(qū)動(dòng)下夾具壓夾緊工件。夾緊過程的動(dòng)作由液壓系統(tǒng)中的三個(gè)二位五通換向電磁閥控制，這三個(gè)換向閥帶有機(jī)械自鎖。加工好的機(jī)殼（工件）的下卸過程正好與裝夾過程相反。同樣，松開過程的動(dòng)作也由液壓系統(tǒng)中的另三個(gè)二位五通換向電磁閥控制。所以加上三個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)、退動(dòng)作，共有12個(gè)電磁閥線圈的通斷電進(jìn)行控制。

　　組合機(jī)床的單循環(huán)、循環(huán)和調(diào)整三種工作狀態(tài)的選擇由組合開關(guān)SA的三個(gè)位置選擇;SB1、SB2為油泵電動(dòng)機(jī)M0的起動(dòng)、停止按鈕;SB3、SB4為選擇循環(huán)工作（含單循環(huán)）狀態(tài)時(shí)組合機(jī)床工作的起動(dòng)、停動(dòng)按鈕;其余按鈕SB11～SB62（共15個(gè)）均為選擇調(diào)整工作狀態(tài)時(shí)組合機(jī)床的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制按鈕。無論選擇何種組合機(jī)床工作狀態(tài)，油泵起動(dòng)是組合機(jī)床工作的條件，油泵停止組合機(jī)床立即停止工作。選擇單循環(huán)或循環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)動(dòng)調(diào)整按鈕SB11～SB62不起作用;選擇調(diào)整工作狀態(tài)時(shí)，組合機(jī)床工作起動(dòng)、停止按鈕SB3、SB4不起作用。

　　因此原組合機(jī)床的控制電路有一個(gè)組合開關(guān)、19個(gè)按鈕、4個(gè)接觸器、12個(gè)行程開關(guān)、12個(gè)電磁閥線圈、還有眾多的中間繼電器、時(shí)間繼電器，其控制電路的接線非常復(fù)雜，電器觸點(diǎn)易損壞。所以使用時(shí)間一長，可靠性變差，故障率增大，維修困難，從而使生產(chǎn)受到很大的影響，因此迫切需要對此專用組合機(jī)床的電氣控制電路進(jìn)行技術(shù)改造，經(jīng)分析決定采用PLC控制技術(shù)，以滿足生產(chǎn)可靠性的要求。

2 PLC控制的設(shè)計(jì)

　　2.1 PLC的I/O分配表

　　根據(jù)組合機(jī)床的電氣控制、液壓系統(tǒng)原理，設(shè)備要求的輸進(jìn)/輸出均為開關(guān)量，分析輸進(jìn)、輸出點(diǎn)數(shù)，選擇了日本OMRON公司的CPM1A-40CDR型的PLC，繼電器輸出。其中PLC的輸進(jìn)點(diǎn)是24點(diǎn)，輸出是16點(diǎn)。16個(gè)輸出點(diǎn)對應(yīng)控制4臺(tái)電動(dòng)機(jī)的4個(gè)接觸器，12個(gè)電磁閥線圈，恰好夠用。對于輸進(jìn)點(diǎn)，有SA的3個(gè)檔位、油泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止按鈕，循環(huán)工作的起動(dòng)、停止按鈕和調(diào)整用的15個(gè)按鈕共22個(gè)輸進(jìn)點(diǎn)，另有行程開關(guān)輸進(jìn)點(diǎn)15個(gè)，這樣有37個(gè)輸進(jìn)點(diǎn)，因此PLC的24個(gè)輸進(jìn)點(diǎn)不夠用，為此采用輸進(jìn)公共端切換的方法來擴(kuò)充PLC的輸進(jìn)點(diǎn)數(shù)，將單循環(huán)和循環(huán)控制的輸進(jìn)置于一條公共線上，而將點(diǎn)動(dòng)調(diào)整的輸進(jìn)置于另一條公共線上，這兩條公共線的切換由組合開關(guān)SA完成。保證每種情況下的輸進(jìn)點(diǎn)不超過24 點(diǎn)。具體的PLC的I/O點(diǎn)分配表如表1所示。

表1 I/O點(diǎn)分配表

　　2.2 PLC控制的程序設(shè)計(jì)

　　PLC控制程序用梯型圖編程完成，根據(jù)控制要求，總框圖如圖2所示。圖中有一個(gè)復(fù)位至原位的程序，這是考慮到油泵電動(dòng)機(jī)M0起動(dòng)后，選擇循環(huán)工作方式時(shí)，假如機(jī)床不在原位狀態(tài)，按下工作起動(dòng)按鈕，可能會(huì)使各動(dòng)力頭相撞。因此必須使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ動(dòng)力頭自動(dòng)回原位，夾具自動(dòng)松開，針孔桿自動(dòng)拔銷;假如后插銷滑臺(tái)沒有下降，則人工拔定位銷使滑臺(tái)自動(dòng)下降。

　　圖3所示為組合機(jī)床循環(huán)工作（含單循環(huán)）的PLC的梯形圖。其中組合機(jī)床的循環(huán)工作狀態(tài)與單循環(huán)工作狀態(tài)由SA組合開關(guān)選擇，它們的不同之處是，單循環(huán)工作狀態(tài)每開始一個(gè)循環(huán)必須按一下SB3，而循環(huán)工作狀態(tài)則在一個(gè)循環(huán)結(jié)束后設(shè)置30秒鐘的延時(shí)，用于取放工件，延時(shí)到，則機(jī)床自動(dòng)開始下一個(gè)工作循環(huán)，不需再按SB3。梯形圖中的內(nèi)部輔助繼電器20110、20111、20112分別代表復(fù)位至原位程序中的復(fù)位1、復(fù)位2和原位，而20000至20010分別用于移位，按加工流程進(jìn)行控制。

3 結(jié)語

　　把PLC技術(shù)應(yīng)用于家用縫紉機(jī)的機(jī)殼加工專用組合機(jī)床，采用了輸進(jìn)公共點(diǎn)切換的方法來擴(kuò)充輸進(jìn)點(diǎn)數(shù)，用少輸進(jìn)點(diǎn)的PLC代替多輸進(jìn)點(diǎn)的PLC，節(jié)省了改造本錢;用移位指令控制循環(huán)加工流程，經(jīng)改造后的控制系統(tǒng)可靠性高，穩(wěn)定性好，易于維護(hù)，加工零件的質(zhì)量也得到了得到了很好的保證，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。