CN105223910A - 一种plc在数控平头设备中的应用 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/34271—Nc integrated into pic, plc, combination of commands

Abstract

本发明涉及一种PLC在数控平头设备中的应用，包括可编程控制器、人机界面、步进电动机、步进电机驱动器、三相电动机、变频器、EM222、电磁开关、光电传感器和霍尔传感器，所述可编程控制器通过信号线与人机界面相连，所述可编程控制器内部设置有S7-200系列CPU222PLC，所述CPU222PLC有8个输入点和6个输出点，所述CPU222PLC上连接设置有EM222。本发明系统操作简单，加工产品范围广，加工精度高，已经成功应用于生产实践中；自从开始测试以来，该系统运行稳定，产品质量显著提高，废品率明显下降；同时，极大的减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，还可以用于其它器件的平头。

Description

一种PLC在数控平头设备中的应用
技术领域
本发明涉及PLC在数控平头设备中的应用技术领域，尤其涉及一种PLC在数控平头设备中的应用。
背景技术
使用传统的普通平头设备的进行工件的平头操作，平头面的光滑度和平面度，会受到刀具的精确程度以及操作人员的熟练程度等诸多因素的影响。鉴于存在这种问题，我们研制了数控平头机，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，始终保持高精度和高效率，从而充分保证平头质量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种PLC在数控平头设备中的应用。
本发明通过以下技术方案实现：一种PLC在数控平头设备中的应用，包括可编程控制器、人机界面、步进电动机、步进电机驱动器、三相电动机、变频器、EM222、电磁开关、光电传感器和霍尔传感器，所述可编程控制器通过信号线与人机界面相连，所述可编程控制器内部设置有S7-200系列CPU222PLC，所述CPU222PLC有8个输入点和6个输出点，所述CPU222PLC上连接设置有EM222，所述可编程控制器通过CPU222的2路独立的20KHz的高速脉冲与步进电机驱动器相连，所述步进电机驱动器与步进电动机相连，所述CPU222PLC通过5路数字量输入分别与1号刀头位置传感器、2号刀头位置传感器、1号步进电机位置传感器、2号步进电机位置传感器和工件位置传感器相连，所述CPU222PLC经EM222通过6路数字量输出分别与1号步进电机脉冲输出、2号步进电机脉冲输出、1号步进电机方向选择、2号步进电机方向选择、1号步进电机使能控制和2号步进电机使能控制相连，所述CPU222PLC经EM222通过8路数字量输出分别与顶料气缸电磁阀、送料气缸电磁阀、压料气缸电磁阀、刀头保护电磁阀、移动控制电磁阀、卸料清理电磁阀、变频启停电磁阀和改变刀头保护电磁阀相连。
作为优选，所述可编程控制器控制流程：给料-准备加工（Y）-加工工件-加工完成，其中准备加工（N）重新检查设备。
作为优选，所述变频器用通过信号线与三相电机相连，控制主轴三相电机的转速，变频器的启动和停止由外部端子控制。
作为优选，所述电磁开关、光电传感器和霍尔传感器通过信号线分别与可编程控制器相连。
作为优选，所述可编程控制器上设置有一个通讯口，为标准的RS-485借口。
作为优选，所述人机界面上设置有显示屏、指示灯、报警灯、启停按钮和电源按钮。
本发明系统操作简单，加工产品范围广，加工精度高，已经成功应用于生产实践中；自从开始测试以来，该系统运行稳定，产品质量显著提高，废品率明显下降；同时，极大的减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，还可以用于其它器件的平头。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为本发明的空程时进刀曲线示意图；
图2为本发明的加工时进刀曲线示意图；
图3为本发明的输入端子分配示意图；
图4为本发明的输出端子分配示意图；
图5为本发明的主程序流程图；
图6为本发明的步进电机启动程序示意图；
图7为本发明的步进电机方向选择程序示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1-7所示，本发明涉及一种PLC在数控平头设备中的应用，包括可编程控制器、人机界面、步进电动机、步进电机驱动器、三相电动机、变频器、EM222、电磁开关、光电传感器和霍尔传感器，所述可编程控制器通过信号线与人机界面相连，所述可编程控制器内部设置有S7-200系列CPU222PLC，所述CPU222PLC有8个输入点和6个输出点，所述CPU222PLC上连接设置有EM222，所述可编程控制器通过CPU222的2路独立的20KHz的高速脉冲与步进电机驱动器相连，所述步进电机驱动器与步进电动机相连，所述CPU222PLC通过5路数字量输入分别与1号刀头位置传感器、2号刀头位置传感器、1号步进电机位置传感器、2号步进电机位置传感器和工件位置传感器相连，所述CPU222PLC经EM222通过6路数字量输出分别与1号步进电机脉冲输出、2号步进电机脉冲输出、1号步进电机方向选择、2号步进电机方向选择、1号步进电机使能控制和2号步进电机使能控制相连，所述CPU222PLC经EM222通过8路数字量输出分别与顶料气缸电磁阀、送料气缸电磁阀、压料气缸电磁阀、刀头保护电磁阀、移动控制电磁阀、卸料清理电磁阀、变频启停电磁阀和改变刀头保护电磁阀相连。
所述可编程控制器控制流程：给料-准备加工（Y）-加工工件-加工完成，其中准备加工（N）重新检查设备。
所述变频器用通过信号线与三相电机相连，控制主轴三相电机的转速，变频器的启动和停止由外部端子控制。
所述电磁开关、光电传感器和霍尔传感器通过信号线分别与可编程控制器相连。
所述可编程控制器上设置有一个通讯口，为标准的RS-485借口。
所述人机界面上设置有显示屏、指示灯、报警灯、启停按钮和电源按钮。
综上所述，本发明数控平头机控制要求为：
（1）控制系统应可调整刀头加工程序；
（2）不同的加工阶段可以选择不同的加工速度和加工深度。空程的时候的进刀曲线如图1所示，加工时的进刀曲线如图2所示；
（3）主轴转速应可调节，且范围应宽广；
（4）加工精确度高，加工材料平面的光滑度要求为Ra≤1.6μm；
（5）定尺尺寸精度：±0.5mm。
系统的I/O点分配：
系统需要5个输入点和14个输出点.CPU222PLC有8个输入点和6个输出点,因此需要增加一个扩展模块,选用8点输出的数字量扩展模块EM222.输入点是I0.0-I0.7;输出点是Q0.0-Q0.5和Q1.0-Q1.7,分配情况见下图3和图4。
PLC是以单片机为核心专门用于工业过程自动化控制的电脑器件，具有极高的可靠性和稳定性。本系统选用西门子公司的S7-200系列CPU222PLC作为控制的核心，利用CPU222的2路独立的20KHz的高速脉冲输出来控制步进电动机的运动。此高速脉冲信号不能直接驱动步进电动机，需通过步进电机驱动器将功率放大后才能起作用。5路数字量输入分别与5个传感器相连接，用来判断步进电机的位置、工件的位置、刀头的位置。14路数字量输出中，有6路用来控制步进电机驱动器，8路用来控制电磁阀开关。
PLC本机有一个通讯口，为标准的RS-485借口，在PLC与上位机进行通讯时需将RS-485接口转换成标准的RS-232接口，可以采用四门子提供的隔离型PLC/PPI电缆进行转换。该电缆有拨码开关可以进行设置。在上位几上将控制软件编写好后，通过此线下载程序并监视程序的运行情况。为了降低成本，在程序调试好以后就可以不必用上位机进行操作和控制，而是用简单的操作面板即可。本系统选择是DP210操作面板。
根据系统对刀具加工精度的高要求，选用步进电机来控制加工程序。步进电机可以精确到一个脉冲，在本系统中一个脉冲的精度是0.005mm。步进电机驱动器用于驱动步进电机,从而控制刀头的动作,完成平头。步进电机驱动器接收到PLC的信号,包括CP步进脉冲信号,DIR方向信号,FREE脱机信号,经过其内部的功放电路和处理电路后输出到后面连接的两相步进电机。步进电机根据信号的编号来产生相应的动作。电磁阀直接接受来自PLC的控制信号产生动作。另外,PLC直接接受传感器的信号,通过内部程序的运算和逻辑判断来决定输出。
变频器用来控制主轴三相电机的转速。本系统中变频器采用基本参数运行模式,由电位器来设定运行频率,变频器的启动和停止由外部端子控制.根据不同工件的特点,通过旋转电位器来改变主轴电机的转速,外部端子的信号由PLC的第12路数字量输出控制。
系统的软件包括人机交互界面DP210程序和系统的主控程序。DP210程序完成操作人员同PLC之间的对话，主要是各个操作画面之间的相互转换和每个操作画面当中各个按键动作所对应的PLC程序的控制位。程序画面要与生产现场的工作流程相适应，越是前面的画面就越是使用率高的画面。
PLC程序接收到DP210的操作信号后，按照工作要求进行整个刀头工作的控制。主程序的流程图如图5所示。PLC主控程序中的核心控制是对步进电机的控制，启动1#步进电机的程序如图6，控制电机方向的程序如图7。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种PLC在数控平头设备中的应用，其特征在于，包括可编程控制器、人机界面、步进电动机、步进电机驱动器、三相电动机、变频器、EM222、电磁开关、光电传感器和霍尔传感器，所述可编程控制器通过信号线与人机界面相连，所述可编程控制器内部设置有S7-200系列CPU222PLC，所述CPU222PLC有8个输入点和6个输出点，所述CPU222PLC上连接设置有EM222，所述可编程控制器通过CPU222的2路独立的20KHz的高速脉冲与步进电机驱动器相连，所述步进电机驱动器与步进电动机相连，所述CPU222PLC通过5路数字量输入分别与1号刀头位置传感器、2号刀头位置传感器、1号步进电机位置传感器、2号步进电机位置传感器和工件位置传感器相连，所述CPU222PLC经EM222通过6路数字量输出分别与1号步进电机脉冲输出、2号步进电机脉冲输出、1号步进电机方向选择、2号步进电机方向选择、1号步进电机使能控制和2号步进电机使能控制相连，所述CPU222PLC经EM222通过8路数字量输出分别与顶料气缸电磁阀、送料气缸电磁阀、压料气缸电磁阀、刀头保护电磁阀、移动控制电磁阀、卸料清理电磁阀、变频启停电磁阀和改变刀头保护电磁阀相连。
2.根据权利要求1所述的一种PLC在数控平头设备中的应用，其特征在于，所述可编程控制器控制流程：给料-准备加工（Y）-加工工件-加工完成，其中准备加工（N）重新检查设备。
3.根据权利要求1所述的一种PLC在数控平头设备中的应用，其特征在于，所述变频器用通过信号线与三相电机相连，控制主轴三相电机的转速，变频器的启动和停止由外部端子控制。
4.根据权利要求1所述的一种PLC在数控平头设备中的应用，其特征在于，所述电磁开关、光电传感器和霍尔传感器通过信号线分别与可编程控制器相连。
5.根据权利要求1所述的一种PLC在数控平头设备中的应用，其特征在于，所述可编程控制器上设置有一个通讯口，为标准的RS-485借口。
6.根据权利要求1所述的一种PLC在数控平头设备中的应用，其特征在于，所述人机界面上设置有显示屏、指示灯、报警灯、启停按钮和电源按钮。
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