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摘 要: PC发展到今天已日趋广泛的应用于冶金、采矿、建材、石油化工、机械制造、汽车、电力、造纸、纺织等行业中,成为自动化领域的三大支柱之一。我们对CB3232-1车床进行了PC机程控技术改造,取得预期的效果,本文就这一技术改造的过程予以阐述。
关 键 词 : PC机 程控 CB3232—1车床 技术改造
PC发展到今天已日趋广泛的应用于冶金、采矿、建材、石油化工、机械制造、汽车、电力、造纸、纺织等行业中,成为自动化领域的三大支柱之一。《工厂电气控制设备》是中等职业技术学校电工专业开设的一门重要课程,让学生掌握PC的有关知识,提高他们自动化技能水平,是使他们成为企业的急需人才的重要一环。接纳我校学生实习的我市某加工企业有近十台CB3232-1专用加工车床,它的电气部分主要采用顺序控制器来控制,在操作的过程中存在大量的电气故障,影响生产。为了提高生产效率,结合实习教学,我们带领部分学生对CB3232-1车床进行了PC机程控技术改造,取得预期的效果,这项技术改造也是一个较好的教学模式探索。本文就这一技术改造的过程予以阐述, 供广大同仁商榷。
一、机床性能
CB3232—1双转塔车床系采用电气控制、液压驱动、机械传动、插孔预选工作指令的工作方式,全机可半自动循环。
该机床配有液压动力卡盘、每工作循环内主轴有四档自动变速。具有两种进给量自动变换的四工位转塔刀架,可实现多台阶内孔、外园的粗、精加工。两工位的后刀架可用来加工内外端面、外园及内外沟槽。转塔刀架的四个工位可任意越位使用。两刀架的六个工作位内冷却水可以预选。因此,该机床特别适宜于汽车、拖拉机、农机等机械制造行业的各种材质的盘性类零件中的中、大批量生产,并可以加入自动生产线。
二、机床电气控制部分
1、电源:机床采用50HZ,380V交流电源供电。控制电源采用交流110V,24V,6V,直流电压为24V。
2、主回路:主动电机、油泵电机、冷却泵电机均为三相380V供电,主电机为双速电机,高速1450r/min,YY连接;低速960r/min,△连接。
3、交流控制:交流继电器,接触器控制电压为110V,照明电压24V,指示灯电压6V,主令开关打开单独启动油泵,冷却泵开关可选择单独控制与循环控制。
4、直流控制回路:调整与循环启动、复位、后刀架两工位移动、转塔刀架四工位移动、主轴变速、转塔变进给量、后刀架及转塔刀架碰停、后刀架五种特定动作、后刀架转位、转塔转位、冷却预选、步进线路跳步、转塔微抬等均由直流回路控制。
三、后刀架,转刀架动作与开关和电磁铁对应关系
根据机床电气控制原理图,可以详细列出后刀架五种特定动作及转塔任一工位动作的开关与电磁铁对应关系表。现列出后刀架切外园及转塔第一工位时开关与电磁铁间的对应关系。(其余类推,“+”代表得电,“—”代表失电)
1、后刀架切外园:
后刀架动作行程开关 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT
横向快进1XK,7XK,10XK+— — — +
横向工进3XK—3 — — — — +
纵向快进13XK— + + —+
纵向工进22XK— +— —+
合成退回14XK +— —+ —
刀架原位4XK,9XK— — —+ —
2、转塔第一工位:
转塔动作行程开关 11DT12DT13DT 14DT15DT
向前 2XK1、11XK — —+ +—
工进 22C—25BH — — + + —
后退 15XK— — + —+
抬起 6XK+ — — —+
转位 12XK ++ — —+
正位碰停20XK、16XK ——+—+
四、电控技术分析及PC机选型
由于该机床电气控制部分中间继电器线圈触点多,逻辑关系复杂,线路走线繁琐。60余个继电器线圈、100多个二极管、电阻等组成的直流控制回路部分故障率频度较高,线路中的走线方法经常引起短路或断路,给机床的维修工作带来极大的不便,直接影响着生产。为彻底解决此类机床电控制系统故障率高的通病,决定采用日本日立公司一代E系列40点的PC机,取代机床原直流电控系统部分和插控预选工作指令部分。将行程开关、控制按钮、方式及功能开关等开关量作为PC机输入接口、电磁铁等负载作为PC机输出接口,利用开关量和负载的逻辑对应关系通过PC机内的软继电器逻辑功能编制程序而满足机床各项工艺控制要求及工作程序。
日立E系列PC机的实质是一台工业控制用的微型计算机系统,其管理软体已使其变成面向工业过程控制用的继电器逻辑系统语言。因而,系统具有可靠性高、功能强、通用性好、抗干扰能力强、容易掌握等显著特点。
五、PC机I/O接口分配及接线方式
1、输入/输出分配
本方案所选用的E系列PC机型为—40HR。即输入/输出点数为40,继电器接点输出的日立E系列基本单元。40个输入/输出接口中固定分配24个输入接口,16个输出接口。
CB3232—1双转塔车床计22个行程开关、5个控制按钮、8个方式转换开关、16个电磁铁负载。按常规PC机程控机床方法,应选用60点的PC机方能满足控制要求。本方案设计时采用软硬接线并存在方式和开关量串、并结合设计方法,将35个开关量合理分布于40点PC机的24个输入接口端子。16个电磁铁负载除卡紧/松开18DT和19DT外,33J两个外部输出线圈占用最后两个输出接口。因为主电机高低档和冷却泵均由110V电源供电,而PC机仅提供机内DC24电源,因此,采用外接输出继电器通过机内程序实现予选,此种I/O分配方式满足了原机床全部工艺控制要求和PC机综合技术要求,形成了PC机最佳输入/输出端子分配形成。
2、接线方式
通过以上对机床电气控制进行的技术分析及所确定的I/O分配,拟将22个行程开关分别接入PC机21个输入端子,除1XK和10XK用采串联方式占用一个接口外,其余20个行程开关分别占用一个接口。旋钮开关ZHK占用一个接口,接通调整与循环,循环启动按钮2QA与后刀架转位按钮3QA并联占用用一个输入接口,转塔转位按钮4QA与钮子开关5HK串联占用最后一个输入接口接线方式除18DT、19DT外,14个电磁铁负载及输出线圈13J、33J分别占用PC机的16个输出接口。此为PC机内部程序实现工艺控制要求的“软接线”。
主令开关6HK、1HK、十字开关10HK,旋钮开关11HK及2HK一对常闭点,切换按钮2HK,主轴点动按钮1DA及液压启动/总停按钮1QA/1TA分别保持原接线方式,循环停止按钮2TA采用其一对常开触点用来使PC机复位。卡盘夹紧/松开电磁铁18DT/19DT,外部输出线圈13J的一对常开/常闭触点分别接通主电机的高/低档,33J的一对常开/常闭触点分别接通冷却泵电机和对卡盘在循环工作时进行二次夹紧保险。此为保留机床固有功能的“硬接线”。图示为PC机面板布线图。
六、等效梯形图及程序编制、写入、联调
1、等效梯形图画法是根据零体加工工艺要求,确定机床后刀架及转塔刀架动作关系,并将机床调整动作要求、循环启动与停止、冷却泵预选、卡盘夹紧与松开等动作联系起来,根据控制原理图和开关量与负载的逻辑对应关系,画出等效梯形图,建立起“数学模型”。
下图为后刀架切端面的等效梯形图。
2、程序编制
根据画出的等效梯形图,运用PC机的12条基本指令和16条应用指令,将指令字和外部输入/输出号、内部输出号、定时器号/计数器号加以正确组合,即可编制出完整的程序。例如,将上例梯形图中的开关、电磁铁及中间继电器赋予相应的编号。其可编制程序如下:
10XK——16 5DT——53 2 J——200
2HK——006DT——54 4 J——202
2Q A——01 7DT——557 J——204
7XK——148DT——56 16J——214
3XK——119DT——57 18J——215
22XK——27
14XK——21
16XK——23
上面的编号分别为开关量的外部输入端子编号、电磁阀的外部输出端子和软继电器内部输出编号。其程序如下:
(1)ORG16(5) ORG 204
OUT204AND 202
(2)ORG00 AND 215
STR 01 AND NOT 11
OR 200OUT53
ANDSTR(6)ORG 204
OUT 200AND202
(3)ORG 14AND NOT 27
AND 200OUT55
AND 204(7) ORG204
STRNOT 214 AND202
OR NOT 215 AND NOT27
AND STR OUT55
OUT202 (8)ORG21
(4)ORG204OR 215
AND 202OUT215
AND 215(9)ORG 23
AND NOT 214OR 214
OUT 57OUT 214
3、程序写入
在PC机的编程器接口处插入编程器后,接通220的电源,接上机的正确操作步骤将程序逐步写入PC机的内存EPROM。通过编程器还可以完成全清、插入、删除、修改、检字等多项功能。
4、联机调试
程序编制完毕并写入语法正确,即可将编程器方式开关转至TEST状态,强制输出,检查程序及接线正确与否。一旦联调完毕,即可将系统投入生产使用。
七、技术要求及元器件参数
1、技术要求
基本单元可倒安装垂直安装,不可水平安装;
FG端子应连接到安装架上,接线长度不超过20m,截面积在2mm2以上;
外部输入电源与输出电源完全分开,走线时输入/输出线不可捆扎在一起;
安装部位不受阳光照射,环境温度0~55。C,相对湿度30~90%;
PC机外加有机玻璃防护罩;
PC机电源用变压器AC220V(±15%),机内配有DC24V(±10%)电源供外部输入用,输出电源采用整流24V;每个输出负载并联一个续流二极管。
2、元器件参数
插连座:CB—203个
续流二极管:2CZ55H/100V.1A16个
保险管:1A 5个
输出继电器:JJDZ3—33 2个
八、PC机程控CB3232—1车床优点
1、相对硬布线继电器逻辑系统
输入讯号线大大减少、为原控制线路的1/20接线引起的故障显著减少;逻辑功能由程序完成,逻辑关系容易修改;接线简单规范、故障查找快速容易。PC机具有信号显示指示灯。可方便判断故障点。
PC机具有很强的停电记忆功能、是具有完整的输入输出工业控制用的微型计算机系统,机械寿命达20万次以上。
2、经济效益
经PC机改造后的机床,设备电控系统故障率几乎降为零,减少了停机维修时间及维修费用,设备利用率提高10%,每台机床可多创产值2.5万元,节约开支5千余元,节约PC机设备购置费用1.3千元,具有极大的推广和使用价值。
关 键 词 : PC机 程控 CB3232—1车床 技术改造
PC发展到今天已日趋广泛的应用于冶金、采矿、建材、石油化工、机械制造、汽车、电力、造纸、纺织等行业中,成为自动化领域的三大支柱之一。《工厂电气控制设备》是中等职业技术学校电工专业开设的一门重要课程,让学生掌握PC的有关知识,提高他们自动化技能水平,是使他们成为企业的急需人才的重要一环。接纳我校学生实习的我市某加工企业有近十台CB3232-1专用加工车床,它的电气部分主要采用顺序控制器来控制,在操作的过程中存在大量的电气故障,影响生产。为了提高生产效率,结合实习教学,我们带领部分学生对CB3232-1车床进行了PC机程控技术改造,取得预期的效果,这项技术改造也是一个较好的教学模式探索。本文就这一技术改造的过程予以阐述, 供广大同仁商榷。
一、机床性能
CB3232—1双转塔车床系采用电气控制、液压驱动、机械传动、插孔预选工作指令的工作方式,全机可半自动循环。
该机床配有液压动力卡盘、每工作循环内主轴有四档自动变速。具有两种进给量自动变换的四工位转塔刀架,可实现多台阶内孔、外园的粗、精加工。两工位的后刀架可用来加工内外端面、外园及内外沟槽。转塔刀架的四个工位可任意越位使用。两刀架的六个工作位内冷却水可以预选。因此,该机床特别适宜于汽车、拖拉机、农机等机械制造行业的各种材质的盘性类零件中的中、大批量生产,并可以加入自动生产线。
二、机床电气控制部分
1、电源:机床采用50HZ,380V交流电源供电。控制电源采用交流110V,24V,6V,直流电压为24V。
2、主回路:主动电机、油泵电机、冷却泵电机均为三相380V供电,主电机为双速电机,高速1450r/min,YY连接;低速960r/min,△连接。
3、交流控制:交流继电器,接触器控制电压为110V,照明电压24V,指示灯电压6V,主令开关打开单独启动油泵,冷却泵开关可选择单独控制与循环控制。
4、直流控制回路:调整与循环启动、复位、后刀架两工位移动、转塔刀架四工位移动、主轴变速、转塔变进给量、后刀架及转塔刀架碰停、后刀架五种特定动作、后刀架转位、转塔转位、冷却预选、步进线路跳步、转塔微抬等均由直流回路控制。
三、后刀架,转刀架动作与开关和电磁铁对应关系
根据机床电气控制原理图,可以详细列出后刀架五种特定动作及转塔任一工位动作的开关与电磁铁对应关系表。现列出后刀架切外园及转塔第一工位时开关与电磁铁间的对应关系。(其余类推,“+”代表得电,“—”代表失电)
1、后刀架切外园:
后刀架动作行程开关 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT
横向快进1XK,7XK,10XK+— — — +
横向工进3XK—3 — — — — +
纵向快进13XK— + + —+
纵向工进22XK— +— —+
合成退回14XK +— —+ —
刀架原位4XK,9XK— — —+ —
2、转塔第一工位:
转塔动作行程开关 11DT12DT13DT 14DT15DT
向前 2XK1、11XK — —+ +—
工进 22C—25BH — — + + —
后退 15XK— — + —+
抬起 6XK+ — — —+
转位 12XK ++ — —+
正位碰停20XK、16XK ——+—+
四、电控技术分析及PC机选型
由于该机床电气控制部分中间继电器线圈触点多,逻辑关系复杂,线路走线繁琐。60余个继电器线圈、100多个二极管、电阻等组成的直流控制回路部分故障率频度较高,线路中的走线方法经常引起短路或断路,给机床的维修工作带来极大的不便,直接影响着生产。为彻底解决此类机床电控制系统故障率高的通病,决定采用日本日立公司一代E系列40点的PC机,取代机床原直流电控系统部分和插控预选工作指令部分。将行程开关、控制按钮、方式及功能开关等开关量作为PC机输入接口、电磁铁等负载作为PC机输出接口,利用开关量和负载的逻辑对应关系通过PC机内的软继电器逻辑功能编制程序而满足机床各项工艺控制要求及工作程序。
日立E系列PC机的实质是一台工业控制用的微型计算机系统,其管理软体已使其变成面向工业过程控制用的继电器逻辑系统语言。因而,系统具有可靠性高、功能强、通用性好、抗干扰能力强、容易掌握等显著特点。
五、PC机I/O接口分配及接线方式
1、输入/输出分配
本方案所选用的E系列PC机型为—40HR。即输入/输出点数为40,继电器接点输出的日立E系列基本单元。40个输入/输出接口中固定分配24个输入接口,16个输出接口。
CB3232—1双转塔车床计22个行程开关、5个控制按钮、8个方式转换开关、16个电磁铁负载。按常规PC机程控机床方法,应选用60点的PC机方能满足控制要求。本方案设计时采用软硬接线并存在方式和开关量串、并结合设计方法,将35个开关量合理分布于40点PC机的24个输入接口端子。16个电磁铁负载除卡紧/松开18DT和19DT外,33J两个外部输出线圈占用最后两个输出接口。因为主电机高低档和冷却泵均由110V电源供电,而PC机仅提供机内DC24电源,因此,采用外接输出继电器通过机内程序实现予选,此种I/O分配方式满足了原机床全部工艺控制要求和PC机综合技术要求,形成了PC机最佳输入/输出端子分配形成。
2、接线方式
通过以上对机床电气控制进行的技术分析及所确定的I/O分配,拟将22个行程开关分别接入PC机21个输入端子,除1XK和10XK用采串联方式占用一个接口外,其余20个行程开关分别占用一个接口。旋钮开关ZHK占用一个接口,接通调整与循环,循环启动按钮2QA与后刀架转位按钮3QA并联占用用一个输入接口,转塔转位按钮4QA与钮子开关5HK串联占用最后一个输入接口接线方式除18DT、19DT外,14个电磁铁负载及输出线圈13J、33J分别占用PC机的16个输出接口。此为PC机内部程序实现工艺控制要求的“软接线”。
主令开关6HK、1HK、十字开关10HK,旋钮开关11HK及2HK一对常闭点,切换按钮2HK,主轴点动按钮1DA及液压启动/总停按钮1QA/1TA分别保持原接线方式,循环停止按钮2TA采用其一对常开触点用来使PC机复位。卡盘夹紧/松开电磁铁18DT/19DT,外部输出线圈13J的一对常开/常闭触点分别接通主电机的高/低档,33J的一对常开/常闭触点分别接通冷却泵电机和对卡盘在循环工作时进行二次夹紧保险。此为保留机床固有功能的“硬接线”。图示为PC机面板布线图。
六、等效梯形图及程序编制、写入、联调
1、等效梯形图画法是根据零体加工工艺要求,确定机床后刀架及转塔刀架动作关系,并将机床调整动作要求、循环启动与停止、冷却泵预选、卡盘夹紧与松开等动作联系起来,根据控制原理图和开关量与负载的逻辑对应关系,画出等效梯形图,建立起“数学模型”。
下图为后刀架切端面的等效梯形图。
2、程序编制
根据画出的等效梯形图,运用PC机的12条基本指令和16条应用指令,将指令字和外部输入/输出号、内部输出号、定时器号/计数器号加以正确组合,即可编制出完整的程序。例如,将上例梯形图中的开关、电磁铁及中间继电器赋予相应的编号。其可编制程序如下:
10XK——16 5DT——53 2 J——200
2HK——006DT——54 4 J——202
2Q A——01 7DT——557 J——204
7XK——148DT——56 16J——214
3XK——119DT——57 18J——215
22XK——27
14XK——21
16XK——23
上面的编号分别为开关量的外部输入端子编号、电磁阀的外部输出端子和软继电器内部输出编号。其程序如下:
(1)ORG16(5) ORG 204
OUT204AND 202
(2)ORG00 AND 215
STR 01 AND NOT 11
OR 200OUT53
ANDSTR(6)ORG 204
OUT 200AND202
(3)ORG 14AND NOT 27
AND 200OUT55
AND 204(7) ORG204
STRNOT 214 AND202
OR NOT 215 AND NOT27
AND STR OUT55
OUT202 (8)ORG21
(4)ORG204OR 215
AND 202OUT215
AND 215(9)ORG 23
AND NOT 214OR 214
OUT 57OUT 214
3、程序写入
在PC机的编程器接口处插入编程器后,接通220的电源,接上机的正确操作步骤将程序逐步写入PC机的内存EPROM。通过编程器还可以完成全清、插入、删除、修改、检字等多项功能。
4、联机调试
程序编制完毕并写入语法正确,即可将编程器方式开关转至TEST状态,强制输出,检查程序及接线正确与否。一旦联调完毕,即可将系统投入生产使用。
七、技术要求及元器件参数
1、技术要求
基本单元可倒安装垂直安装,不可水平安装;
FG端子应连接到安装架上,接线长度不超过20m,截面积在2mm2以上;
外部输入电源与输出电源完全分开,走线时输入/输出线不可捆扎在一起;
安装部位不受阳光照射,环境温度0~55。C,相对湿度30~90%;
PC机外加有机玻璃防护罩;
PC机电源用变压器AC220V(±15%),机内配有DC24V(±10%)电源供外部输入用,输出电源采用整流24V;每个输出负载并联一个续流二极管。
2、元器件参数
插连座:CB—203个
续流二极管:2CZ55H/100V.1A16个
保险管:1A 5个
输出继电器:JJDZ3—33 2个
八、PC机程控CB3232—1车床优点
1、相对硬布线继电器逻辑系统
输入讯号线大大减少、为原控制线路的1/20接线引起的故障显著减少;逻辑功能由程序完成,逻辑关系容易修改;接线简单规范、故障查找快速容易。PC机具有信号显示指示灯。可方便判断故障点。
PC机具有很强的停电记忆功能、是具有完整的输入输出工业控制用的微型计算机系统,机械寿命达20万次以上。
2、经济效益
经PC机改造后的机床,设备电控系统故障率几乎降为零,减少了停机维修时间及维修费用,设备利用率提高10%,每台机床可多创产值2.5万元,节约开支5千余元,节约PC机设备购置费用1.3千元,具有极大的推广和使用价值。