全自动滚齿机的PLC控制

张乐芹

摘要：本文介绍了全自动滚齿机的PLC控制的设计过程。基于欧姆龙公司的CPM2A这一机型，提出了全自动滚齿机设计的流程。该项目既可以用于PLC实训教学，又对全自动滚齿机的生产过程研究和调试有重要参考价值。

关键词：PLC;滚齿机;循环控制

中图分类号：TG659   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2018）15-0146-02

Abstract： This paper introduces the design process of PLC control for automatic hobbing machine. Based on the CPM2A model of Omron Company， the design flow of automatic hobbing machine is put forward. This project not only can be used in PLC training teaching， but also has important reference value for the production process research and debugging of automatic hobbing machine.

Keywords： PLC; gear hobbing machine; cycle control

可编程控制器是在传统的继电器控制系统基础上，融合计算机技术和通信技术专门为工业控制而设计的微型计算机。在工业上得到了越来越广泛的应用，全自动滚齿机的PLC控制就是先例。用PLC控制系统来设计全自动滚齿机使全自动滚齿机的生产过程更自动化，调试和维修更容易，提高了工效和可靠性。

1 设计要求及分析

1.1设计要求。全自动滚齿机由自动上料装置、工件检测装置、工件夹紧机构、工件旋转机构、刀具升降机构、刀具平移机构、刀具旋转机构、工件筛选机构、液压系统、冷却装置、控制系统组成。

设备具有自动加工和手动调整两种工作方式，由转换开关SA1控制。转换开关SA1有3个位置，左边是自动加工，中间是停止，右边是手动调整。

SA1在自动位置时，按下启动按钮后自动上料装置、液压系统、冷却装置开始工作。所有电磁阀断电，当SQ6，SQ9，SQ11动作后说明设备处于初始状态。SP1，SP2动作说明液压和冷却系统正常。这时若机械手已经抓到料，并已经转到等待上料位置SQ3动作。

设备出现故障时应回到初始状态并停机，同时发出相应的声光报警信号。

系统设有紧急停车按钮和一般停车按钮。按下紧急停车按钮时应立即断开所有部件的电源。按下一般停车按钮时系统应在完成当前循环后停机。

1.2设计要求分析。单向运转单相电动机M1由交流接触器KM1控制，用来带动上料滚筒转动。正常时它的启动条件是在自动位置，按启动按钮机械手要料到达抓料位置时即可启动。当机械手抓住料后到达等待上料位置后停止转动。当机械手上完料重新回到抓料位置时，由SQ1（0.01）自动启动滚筒，如此循环。按急停按钮即停，或按普通停按钮，单周期结束后断开输出回路。

单向运转单相电动机M2由交流接触器KM2控制，用来带动机械手M2启动条件有三个：一是设备启动后，机械手不在正常位置时，启动自动转到抓料位;二是抓住料后转到等待上料位;三是自动运行时上料结束，工件夹紧到位后自动回到抓料位置。

单向运转三相异步电动机M3由交流接触器KM3控制，用来带动工件旋转，自动时工件夹紧后一直旋转，一直到加工结束，刀具快退时停止。

单向运转三相异步电动机M4由交流接触器KM4控制，用来带动刀具旋转，与M3同时启动，同时停止。

单向运转三相异步电动机M5由交流接触器KM5控制，带动液压泵，系统上电启动后一直运转，急停或普通停周期结束或过热、液压压力低故障时停止。

单向运转三相异步电动机M6由交流接触器KM6控制，用来带动冷却泵，其控制方式与M5基本一致，只是在启动回路中根据设计要求，加入手动转换开关SA2控制冷却泵。

2 PLC的选择和I/O分配

本系统共有输入点34个，输出点21个。由于本系统功能要求一般，工艺较固定，环境较好，动作不是很频繁，根据2.1.1节的原则，选用CPM1A-40CDR-A型基本單元与CPM2A-20EDR的扩展单元，连接后，输入点数为36个，输出点数为24个，满足以后扩展的裕量要求，若扩展较多时，可再继续加装扩展单元。

3 设计图与分析

3.1主电路电气原理图设计说明。主电路主要由电机控制单元和24V直流部分组成，电机控制部分由总电源开关QS1分开关QS5～QS10、接触器KM1～KM6、热继电器FR～FR3组成，接触器线圈控制电压为24V直流。其中的滚筒电机M1和机械手电机M2均为40w单相交流电动机。工件旋转电机M3和刀具旋转电机M4均为1000w三相交流电动机。液压泵M5为2200w三相交流电动机。冷却泵M6为500w三相交流电动机。QS1～QS10起着隔离与短路保护作用。24V直流电源部分由交流侧断路器QS4直流侧断路器QS2和变压器TC与整流桥、滤波电容C组成。24V直流电供给PLC输入输出控制使用。

3.2PCL控制系统功能表图设计说明。自动上料单元既是独立的控制部分，又没有手动调整。液压泵单元、冷却泵单元也是在上电按启动后一直工作，直至停机或故障时才停机。因此将自动上料单元、液压泵单元、冷却泵单元作为公用程序处理。自动上料单元的起始步为工件夹紧到位、上料异常、连续标志位的或逻辑关系。如五分钟未抓到料便会发出缺料声光报警信号。

液压泵单元起始标志位为连续标志位、夹紧放松、刀具下降、刀具后退的或逻辑关系。当液压压力低或液压泵故障时，停止加工将设备退回到初始状态，并发出声光报警信号。

自动控制功能表图在顺序控制过程中，设备要料时机械手要把在等待上料位的料送国来，夹紧到位后和上料异常时机械手都要回到上料位，连续五次上料异常或加工异常工件旋转及刀具旋转异常都要停机。并发出声光报警信号。在最后的刀具平移进给到位后，刀具后退到位下降到位后才放松工件进行筛选，返回到初始状态，开始下一个加工循环。

在加工过程中的每一个环节若出现异常，都将发出声光报警。

4 结束语

全自动滚齿机的PLC控制既应用于生产实际，又用于机电技术应用、电气运行与控制、楼宇智能化设备安装与运行等专业教学的实践，得到了老师和企业的一致好评。教师和学生普遍感觉该项目易教易学，能有效的实现PLC、楼宇自动化控制、电机控制等课程的实践教学。

参考文献：

[1]林育兹，鲍平等编著可编程序控制器原理及逻辑控制.机械工业出版社2007.6

[2]何仁平.魏伟.一种基于PLC的电梯教学模型[J].电梯工业.2009