基于PLC的台式钻床自动化控制系统探讨

摘要：为了满足机床加工的需要和提高工艺效率，本文对传统的台式钻床加工方法进行了改进，并设计了一个基于自动控制的台式钻床系统。在设计基于PLC的台式钻床的自动化控制系统中，以PLC驱动设备作为主控器，以电磁阀控制器、伺服电机、液压缸为主控制系统设备，最终成功地将整个控制系统与控制系統回路连接起来，并进行测试，试验数据显示，自动台式钻床控制系统设计良好，而且满足实际处理要求。

关键词：PLC;台式钻床;自动化控制系统

中图分类号：TH137   文献标识码：A  文章编号：1672-3791（2019）11（c）-0000-00

随着我国自动化应用逐渐广泛，实现了制造业技术的转型升级，由传统的人工技术逐渐向智能制造发展。在智能制造不断发展过程中，对于机械加工精度的要求不断增加。在实际台式钻床的加工中，智能制造提高了整体加工精度。因此，自动化系统的升级对机床和钻床的加工精度十分重要。目前，在传统的制造业中，传统的钻床加工不完善，加工速度较慢，导致在加工大量的产品的过程中工作效率低。其次，工人的加工条件较差，直接影响到零部件加工工作效率。因此，研究自动化系统是当前台式钻床发展的主要任务。

1.台式钻孔的构成

本文设计的台式钻床自动化控制系统主要以传统的台式钻床程序为基础，机床与主轴之间的任务是通过皮带连接的，而钻床主要通过液压缸向垂直轴进行传动。自动化控制系统包括：系统控制器使用一个能够准确控制位置和输入速度的伺服电机以及主要基于控制过程中的PID算法的闭路控制。本文通过设计台式钻床模型，简单对齐系统中的活塞、液压缸、皮带轮、伺服电机进行设计[1]。

2.台式钻床自动化控制系统控制要求

在加工过程中，首先应当将所需加工的工件放入台式钻床中，固定工件后调整台式钻床中的方向轮。当工件处于垂直钻床下时（即向上、向上、向上和向上），激活M开关，使主轴开始旋转，然后按液压泵开关，激活液压泵，最后是电源开关，这样钻床就可以开始处理部件。

2.1.工作台X、Y的横向移动：X工作台的移动通过导滚珠丝的传动和方向进行移动，这两种方式都受方向轮的控制。

2.2变频调速：在控制过程中，使用变压器进行速度控制，以便能够控制钻床的移出。

2.3在工件加工过程中，加工方式是通过启动控制按钮，根据既定加工控制程序进行加工，直到按下停止按钮或继续进行。

2.4当按下钻床起始按钮时，钻床主轴的加速度、输入、移出等必须有一个行程开关，每个动作必须相互租用。

2.5在工件加工过程中，需要保证台式钻床中的液压缸保持密封状态，同时活塞运动进行控制。

3.钻床液态系统整体设计

3.1钻床液态系统结构组成

钻床液态系统结构组成主要有五个构建，这五个构件分别为液压装置、介质、性能元件、控制元件和辅助元件[2]。

3.2刚直径计算

根据实际加工过程中P1=4兆帕的负荷大小，在主轴施工过程中，在回流自动化控制系统中增加了一个电压阀，压力值P1=0.9兆帕，活塞棒直径为D=100。用于防止工件完成后的进一步进展。

4.基于PLC的台式钻床自动化控制系统设计

可编程控制器（Programbele Controller）一种常见的控制器。自1960年代美国采用可编程逻辑控制器（Programbele Logic Controller，PLC）取代PLC以来，PLC迅速发展和演变，传统的继电器控制已经逐步淘汰。在全世界广泛使用的PLC程序是以梯度图的形式设计的，这表明了可编程控制器（Programbele Controller）不同于PLC中的个人计算机。PLC可编程逻辑控制器计算逻辑的速度较快，在微积分范围内采用了1 K软件解决办法，其将所有输入均作为开关量处理，模拟量通常为16位，少数是32位，另外一个CPU可帮助大型PLC来实现所有模拟量计算，并将最终结果上传至PLC控制器中。

4.1.硬件设计

与继电器控制系统一样，PLC控制系统由输入、逻辑和输出组成，一般而言，PLC分为两种，一种是箱体式，另一种是模块式，但其组成是一样的，每个箱体式PLC都有一个CPU板块、I/O板块、显示板、存储器、电源等，而且根据CPU性能差异可划分为不同型号，另外按照I/O点数不同又划分为不同规格。模块由CPU、I/O、存储器模块、电力模块、基础模块等组成。PLC的任何一种结构都属于开放的总线结构，其I/O容量可以根据用户的需要加以扩大与组合。PLC的核心是CPU，其功能类似于PLC系统不可或缺的神经中枢功能，根据PLC程序相关功能接收和储存用户的程序数据，收集和储存转接参数的数据。在操作过程中，用户程序控制器只读一次指令，并在完成操作后，将指令保存在日志中，从而使电力和内部线路正常运转。这一分析产生了符合指令所规定任务的相应的控制信号，从而使自动化控制系统能够运行[4]。   4.2输入输出（I/O）点数的估算

根据本气动系统的特点和预定的动作可知，有六个路线转换信号输入，出实际点数应等于或大于规定的输入点数。因此，在实际估算过程中，应当留出10%-20%的估算量。

4.3计算存储器容量

在存储器容量估算过程中，需要对存储单元的大小进行计算，而编程容量则是用户应用程序项目中使用存储单元的大小。在设计阶段，由于执行工作还没有准备好，因此在启动后对于方案应用情况作出估计，所作的选择通常被储存容量估计数所取代。

4.4PLC分裂

基于物理结构的基础上对PLC进行分类，分别为整体式、模块式、叠装式。通常，大多数PLC之间通信频率较低，而且每一点I/O点或一个小型综合台式钻床系统的平均价格低于一个模块的价格。因此，通过设计带有下述部件的台式钻床控制系统，实现对结构控制器进行编程

4.5输出输入模块的选取

选择DC24 V的输入模块，同时考虑到应用程序的要求，如信号水平、传输距离、信号分离和供应方式等。一般来说，继电器输出模块的特点是价格低廉，电压范圍广泛，响应时间较长。

4.6电源的选择

PLC电源的设计以220瓦茨电源为基础，同时需要考虑到电力与国家电网的兼容性。综上所述，我们选择三菱公司生产的系列的型的PLC控制器。

5.控制原理分析

该方案遵循STL指令的设计方法。STL指令是专门为FX2N PLC系列设计的一种渐进梯度形式的指令，目的是建立一个顺序控制程序。STL指令的操作要素是S0-S499（初始步骤的S0-S9）状态寄存器。如果符合转换条件，代表下一步的状态寄存器即予储存，并代表自动替换其他记录。按照目前的顺序，设计气缸的不同顺序。此外，根据现有的自动化控制程序，对现有的序列功能控制进行功能设计，并按照平台的移动顺序完成每个步骤的任务。

5.1伺服电机PID控制

主轴的速度由M1伺服电机控制，主轴的速度稳定性对电子伺服电机的控制非常重要。

5.2PLC编程

在编制PLC方案时，通常有两种方案编制结构，即线性模块结构，线性设计是在主要方案中根据流程要求在项目中加以控制。这一结构很简单，适用于为业务流程制定更小的控制程序。模块程序的设计能够将一个复杂的控制项目分成几个更简单、更小的控制任务，视项目的特点而定。可将这些控制任务分配给一个子集，以制定具体任务的控制方案。整个控制过程通过主要控制设计来管理，分批处理也比较容易，适用于最大控制程序的设计。在触觉屏控制下，通过单环自动循环选择，按下触觉屏的软盘开关并向触觉屏的辅助继电器发出指示，并控制输出线圈的相应的检测信号。

5.3样机实验

在工业配置中，使用全球大气环流模型的触觉屏幕TPC1162HI作为这项测试的监测设备，并通过检测高级机床的运行情况，最终检查在不同的PID参数上的机床操作的稳定性以及实现这种稳定性所需的时间。

6.结语

自动化在我国应用逐渐广泛。将自动化与制造控制相结合，实现了智能制造的不断发展。在智能制造不断发展过程中，对于机械加工精度的要求不断增加。在实际台式钻床的加工中，智能制造提高了整体加工精度。目前，传统的钻床加工在机械加工过程中仍存在问题，例如加工速度较慢等，导致在加工大量的产品的过程中工作效率低。因此，提高台式钻床的综合加工效率是当前机械制造业发展的重点。本文以传统台式钻床为基础，通过设计和改进钻机控制系统，介绍了台式钻床自动化控制技术的应用情况。本系统的物理组成部分主要是PLC，本系统的软件以模块设计为基础，其中包括处理模块等要素。提高台式钻床自动化控制效率。本文首先对台式钻床进行整体描述，其次探讨如何对台式钻床进行自动化控制，利用PLC可控制编程器对台式钻床自动化控控制系统进行设计，探讨基于PCL自动化台式钻床如何进行控制，有助于提高台式钻床的自动化运行效率。

参考文献：

[1]李省委，陈文，胡志超.基于Z4116台式钻床的PLC自动化改造及进给设计[J].数字技术与应用，2019，37（01）：11-12.

[2]李省委.台式钻床的自动化改造[J].机电产品开发与创新，2018，31（04）：87-88+91.

[3]司昌练，罗梅.基于PLC的台式钻床的自动化控制系统研究[J].液压气动与密封，2018，38（03）：8-12.

[4]张娜，刘文平，李玉兰.台式钻床增加攻丝功能的结构改进研究[J].新技术新工艺，2015（09）：63-64.

作者简介：杨柳（1970-），男，江西省吉安市人，井冈山大学，助教，研究方向：机械电子一体化、机械制造设计及自动化。