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1 引言

半精镗专用镗床是应用于加工汽车连杆的专用设备，汽车连杆是发动机的重要组成部件，它直接影响到发动机及汽车的性能指标。如果机床电控系统采用继电接触器控制，由于使用了大量的机械触点，导致设备的响应速度慢、可靠性差、故障率高、接线复杂、不便于调整和维修，加工产品的质量无法得到可靠保证。可编程序控制器具有通用性好、抗干扰能力强、等特点，运用其控制逻辑的软件设计功能可在很大程度上改善机床电控系统的柔性；同时，其可靠性得到明显增强，具有很好的社会和经济效益。

2 半精镗专用机床的组成及加工工艺过程

半精镗专用机床是由左/右滑台、左／右动力头、工件定位夹具、液压站、左／右主轴电动机等组成。左／右滑台及工件的夹紧和放松动作都由液压提供动力。汽车连杆的加工要求精度高。在加工时，要一面两销定位，同时装卡两个工件，使两个工一件一起加工。其自动加工工艺过程如下：

（1）在机床的初始状态（左／右滑台停在原位、左／右主轴停转）时，同时装卡两个工件，人工认销后，启动机床并开始夹紧两工件。

（2）当工件夹紧到位，且压力继电器动作时，开始自动拔销。

（3）拔销完毕，右动力头在右滑台的带动下快速前进（下称快进），同时右主轴启动。

（4）当右滑块快进到位时，压迫液压行程调速阀，自动转为工进速度，开始对工件右面的两个大孔和两个小孔进行加工。工进速度行进到终点,4孔同时倒角。

（5）倒角延时完毕，右滑台快退回原位自停，同时右主轴停转。

（6）左动力头在左滑台的带动下快进，同时左主轴启动。

（7）当左滑台快进到位时，压迫液压行程调速阀，自动转为工进速度，开始对工件左面的两个大孔和两个小孔进行加工。工进速度行进到终点，4孔同时倒角。

（8）撞死铁且保压达到压力后，左滑台快退回原位自停，同时左主轴停转。（9）接着进行自动插销的操作，当插销到位时自动开始放松工件。

（10）工件放松到位时，人工取下工件，一次加工过程结束。此时，机床处于初始状态。欲进行下一次加工，要重复上述过程。自动加工工艺过程可用图1的流程图表示。

3 设备的控制要求

（1）该机床按要求设有手动和自动两种控制方式。加工工件是在自动方式下进行的，两个动力头位置的调整、插销／拔销等操作，有时需用手动方式。

（2）机床必须处于初始状态时，自动方式才可以启动。所以，设置机床的初始状态显示，给操作人员提示。

（3）为了有效地防止误操作，在启动自动运行方式时，必须同时按住两个按钮才能启动，在手动夹紧工作时，也需同时按住两个按钮才有效。

（4）在自动运行过程中，若误按其他按钮时不应影响程序的正常执行。

（5）启动自动运行时，处于插销状态下不能启动右滑台前进，必须在拔销后才能启动。

（6）当自动方式结束一个循环且对两件连杆加工完后，机床应处于初始状态。

4 PLC的I/O分配

半精镗专用机床选用PLC的机型是FP1系列40点主控单元，该机24个输人点，16个输出点。具体I/O分配如表1所示。

5 各工步时电磁阀的状态

各工步时电磁阀的状态如表2,所示。表中电磁阀的状态用“＋”和“（＋）”来表示，“＋”表示线圈接通，“（＋）”表示线圈接通后保持接通状态。

6 各压力继电器的状态

SPO：从工件夹紧到位开始的全部加工过程中一直保压，其触点动作，当放松工件时，触点复位。SP1：右工进达到一定压力时其触点动作，右快退时触点复位。SP2：左工进达到一定压力时其触点动作，左快退时触点复位复位。

7 半精镗专用机床PLC控制程序

图2是半精镗专用机床的PLC控制梯形图，控制程序是根据工艺过程、控制要求和流程图编制而成的。对此控制程序现作几点说明：

（1）机床的自动运行方式必须在初始状态下才能启动，机床在原位时，右滑台原限位开关ST4、左滑台原限位开关ST6、插销到位限位开关ST7、工件放松到位限位开关ST8被压，X112, X14X15,X16开接点接通，R3线圈接通，原位指示灯亮。这时把方式选择开关打到自动挡，XO常开点接通，R4内部继电器线圈接通，R4的常开接点闭合，为下一步夹紧作好准备。（2）夹紧夹紧是整个加工过程的步，如确定机床在原位，把选择开关拨到自动档，按下自动方式启动按钮SB7,SB8,X7,X8的常开接点闭合，Y7、Y9,YB线圈接通，驱动夹紧电磁阀（1）YV5线圈、夹紧电磁阀（2） YV7线圈、夹紧电磁阀（3） YV9线圈接通，把要加工的两工件夹紧。如把方式选择开关拨到手动，按下手动夹紧工件操作按钮SB1、手动夹紧工件操作按钮SB2，即可实现工件夹紧的手动操作。

（3）拔销夹紧之后要拔销才能进行加工。在自动方式下，R4常开接点接通，RZ是用来记忆总加工状态的内部继电器，在没有进行加工之前，R2内部继电器的常闭点处于接通状态，由于夹紧过程已完成，工件夹紧压力继电器SPO、工件夹紧到位限位开关STl动作，XB、XF常开点闭合，YE输出继电器线圈接通，开始拔销，拔销到位后，插销到位限位开关ST7动作，X10常闭点断开，拔销完成。加工前的准备工作就完成了。

（4）拔销到位后，插销到位限位开关ST7动作，X10常开点闭合，快进YVl线圈接通，右滑台快进，接着主轴启动。

（5）为防止左右滑台不能同时快进，在左滑台快进逻辑行串人X12的常开点，只有右滑台在原位位时，限位开关ST4才动作，X12的常开点才能闭合，左滑台才能快进。

8 半精镗专用机床电控系统安装时应注意以下几个问题

（1）为防止来自电源线的干扰，电源线使用双绞线，每根导线截面应在1.25 mm2以上，电源通过1:1的隔离变压器供给PLC，降低电噪声。另外为了防止电压过高损坏PLC,电源输人端加上压敏电阻。（2）PLC输人线路与动力线路不能位于同一线槽或电线管内，三相动力线路束在一起走线，并且使两部分尽可能相互垂直走线，输人线也可采用屏蔽线，以防动力线路干扰输入线路。

（3）为防止过热,PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，在元器件留有适当空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降热。

9 结语

采用PLC对专用镗床进行电气控制是一种行之有效的技术进步手段。实践证明，它降低了专用镗床电控系统的故障率，大大tigao了其工作的可靠性，改善了其控制性能，tigao了机床的加工精度，与此同时，在一定程度上降低了设备能耗。在实际使用中，效果良好

1包装线的控制要求和控制原理

包装线的工艺流程为：包装片材加热→片材吸塑成形→零件配套、装盒→加盖、封装→冲切→产品输出线外。系统控制包括电路（全线拖动和通电加热）及气动系统控制两部分。全线拖动时，各机构停止运动，而停止拖动时，各机构进行工作。机构运动全部由气缸进行驱动。全线拖动使各工序依次进入下一步，每次拖动一个工位的长度，采用步进电机拖动。

吸塑工位的驱动气缸为A，热封工位的驱动气缸为D，采用同一主控阀以获得同步运动；零件配套装盒工位的两套驱动气缸为B、C，其动作有严格的联锁要求；冲切工位的驱动气缸为E、F，也用同一主控阀控制其同步运动。

流水线的控制系统是一个封闭的位置程序控制线路，根据控制要求，启动初始信号后，逻辑控制线路发出执行信号，命令执行机构进行步动作，执行元件在其行程的终端触发行程开关而发出主令信号，主令信号输入线路后，经逻辑运算发出第二步动作的执行信号……。整个系统按设计好的逻辑顺序发出执行信号并接受主令信号，完成控制循环，执行机构则根据执行信号严格按顺序进行动作。这种以严格的顺序要求为特征的控制系统，选择PLC进行控制是很合适的。

PLC采用循环扫描的方式进行工作。一个完整的扫描过程分为采样输入、程序执行和输出刷新三个阶段。采样输入阶段是将各输入端的状态送入相应的寄存器，相当于控制系统接受执行机构反馈的主令信号，只不过逻辑线路控制是按顺序执行上一步动作后，向系统反馈主令信号，由控制系统根据主令信号进行规定的逻辑运算后再发出下一步执行信号，控制是在过程中进行并完成的，而PLC是集中地接受各阶段的主令信号，并将其存贮备用；第二阶段是程序执行阶段，PLC的微处理器逐条执行指令，将输入状态寄存器中相应的主令信号调出来，与原运算结果一起进行处理，包括逻辑的、算术的运算，并将结果送输出寄存器。由于PLC是逐条执行指令，其运作特点保证了执行机构动作的顺序性，线路运算因不必考虑消除障碍信号，防止机构误动作的出现而大为简化；第三阶段是输出刷新：输出状态寄存器的执行信号通过PLC的输出部分转换成电压或电流信号输出，驱动执行机构。

2系统的控制流程和控制设计

根据包装线自动控制的要求和PLC的控制特点，控制系统设计的步工作是绘制系统的控制流程图，如图1示。

图1自动包装线控制流程图

从流程图中可以看到这是一个多变量、多往复的工作程序。零件配套装盒工位的驱动气缸B、C在一个运动循坏中各往复3次。PLC机的每个输出控制点在一个扫描（运动）循环中只能输出（OUT）一次，不能重复使用。在控制设计时，对应于B、C主控阀的每个单向运动,各安排3个控制输出点。PLC在顺序地执行每条指令时B、C缸的主控阀将有序地进行往复运动。

综合考虑控制要求、技术指标、经济性及输出输入接口要留有一定的余地，选用OMRON公司的C系列微型机C-40P，该机基本单元有24点输入，16点输出，输出可扩展到32点。

将输出、输入接口进行地址分配，如图1示。

设计控制指令时安排了13个计时器。另外启用19个中间继电器，地址代号1000系列。计时器和中间继电器地址号只是作为控制指令中的特殊代码（助记符），编进梯形图或简易程序，输入编程器由PLC机去执行运算。绘制PLC控制梯形图。如图2示。（限于篇幅，梯形图作了删节）。

图2系统控制梯形图

青海盐湖集团年产100万吨KCI，该项目的采矿设备由8条漂浮式水采船组成。采船的一半重量由卤水的浮力支撑，另一半重量由4条液压驱动的履带支撑并推动采船向前行驶。8条采船分别在14个长1.25km,宽2.5km的深水盐田采收光卤石矿。深水盐田，水深约1.5m，在盐田底部沉积有卤水蒸发而形成的40cm厚的固态光卤石矿。采船的采矿工艺流程为：采船前端的双螺旋集料器将光卤石矿收集到初级泵的入口，初级泵将矿桨（光卤石和卤水的混合物）吸到船载的矿桨罐，然后增压泵将矿桨罐里的浓度为35%的光卤石矿桨通过浮管输送到加工车间。

水采船的PLC采用美国AB公司的Controllogix5000,利用美国TRIMBLE公司的MS-860 GPS导航。此套控制系统实现了采船的自动导航，以及liuliang、浓度等的自动控制，tigao了采收率，实现了光卤石采收作s业的高产、稳产。

1 系统结构

该系统采用了ROCKWELL的以态网、控制网、设备网。上层管理网根据以态网协议构建。因8条船分布在4Okm2的光卤石池中进行采矿作业，与中心码头距离远，且流动性大，故8条船采用data-linc公司的SRM6300无线以太网模块构成无线以太网，与中心码头通讯，实现中心码头对8条船的监控和生产管理。在每条船上还装有通过以太网与PLC联接的上位监控系统，实现采船上的操作人员对采船的操作。采船自动化程度较高，整船只需一人操作。采船前仓的PLC和后仓的远程PLC机架通过1756-CNB控制网模块桥接起来。底层设备通过设备网联接，包括有初级泵变频器，增压泵变频器，液压泵软启动器，卤水泵电机启动器，淡水泵电机启动器，前、中、后排污泵电机启动器等。

水采船PLC控制系统结构示意图如图1。

2 系统硬件配置

系统中的PLC为AB公司Contrologix5000, CPU为L55M13处理器，内存扩展为1.5M。采用13槽机架，除装有模拟量，数字量I/O模块外，还有以太网模块，设备网模块及与GPS进行通讯的MVI56-GSC模块。船载GPS，还有控制网模块及远程机架。

在中心码头配置有一台PLC，它不仅负责控制中心码头的6台二级加压泵，而且接收8条采船发送过来的数据，进行生产管理及工艺控制。中心泵站PLC和船载PLC用无线以太网数据电台组成无线以太网。采船前仓配置一台PLC，后仓配置一个13槽的远程机架，通过控制网模块将本地PLC和远程机架桥接起来。由于采船长达40m，配置远程机架将后仓的一些模拟量，数字量的输入输出及设备网的接线接到后仓远程机架，可以减少接线的长度和信号干扰。

船载PLC采集有关模拟量、数字量。每船包括84路开关量输入，36路开关量的输出，39路模拟量的输入，33路模拟量输出。这些模拟量及数字量输入信号主要来自于liuliang计、密度计、液位仪表及液压差压开关，输出信号主要用于控制3台液压泵及履带的转向，tisheng及设备的保护等。它通过设备网控制初级泵、增压泵、液压泵、卤水泵、电气室空调等。利用prosoft公司的MVI56-GSC通讯模块和GPS通讯，获取采船的位置和姿态数据，通过PLC的背板将数据传到PLC，控制采船的履带转向系统，使采船自动按航道作业，做到了采船不漏采，也不重采，tigao了采船的采收率和效率。

3 系统软件设计

3.1 网络组态

网络组态利用Rockwell Software公司的RSlinxProfessional，RSnetWorx for DeviceNet和RsnetWorxfor CotrolNet软件完成以太网、控制网和设备网的组态。通过网络联接各种智能设备，达到网络互联和信息共享。

3.2 PLC程序设计

编程软件采用Rockwell Software软件公司开发的面向logix平台的Rslogix5000软件。PLC程序以功能块图为主，梯形图为辅，实现了采船系统的自动导航、liuliang控制、浓度控制等。

3.2.1 GPS自动导航

GPS自动导航原理流程图如图2。当采船切割头中心点与所给航线偏差大于30m时，前后履带调整为距离逼近状态，以垂直方向切入航道。当偏差在小于30m的范围内时，前履带进行距离逼近，则后履带进行角度校正。进入lm微调区后，前后履都调整为逼近航线。

3.2.2船体水平保持控制

控制思想：采船体靠浮力平衡于水面。正常情况下，行走机构靠重力依附于盐田底面。

采船行驶时，油缸的柔性可在一定范围内自动调节其伸缩长度。由于盐田底面的高低不平和盐田光卤石矿对行走履带的羁绊、凹陷，需要对行走机构施加下压力。池板的不平及下压力的不平衡会导致船厂体倾斜。本设计采用可姿态控制的GPS，根据GPS数据可判断船体不平衡的方向，调整相应履带的下压力，保证船体的平衡。

3.2.3浓度控制

控制思想：若切割头不参与浓度控制，船的航速将与浓度成正比，但由于盐池成矿程度不同，简单的比例控制不能很好地解决这个问题。由于密度计的安装位置离矿浆入口比较近，整个系统可视为一个反应比较快的过程，因此整个系统的PID参数的设定成为系统控制好坏的关键。

3.3 上位机监控系统的设计

监控软件采用Rockwell software软件公司的RSview32软件，它包括人机界面开发软件和运行软件。提供创建和运行高效监视和管理控制应用程序所需的工具。RSview32还具有强大的网络通讯能力，可与Allen-Bradey公司各种类型的PLC网络进行数据通讯。在Rsview32中设置好Channel类型和Node节点号后，Rsview32便可与以太网进行通讯，以实现上位机对采船现场设备的检测与控制。

采船上的监控系统画面主要由采船总貌图、导航图、工艺参数图、液压设备图、变频驱动图、行走履带悬挂图、统计报表图及报警图组成。