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摘要
PLC具有可靠性高、控制功能强、编程方便和易于使用等特点，现已在机床的工业生产中广泛应用。它对精度和可靠性还是会产生很大的影响，特别是在生产效率的提高上。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业对传统继电器逻辑控制回路的老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果，减少故障，提高生产效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。
本文以柴油机铣钻组合机床的改造为背景，概述了组合机床的设计方案与应用技术，并对PLC的发展与应用做了简要介绍。本文介绍了采用三菱FX2N系列PLC组成的多工位组合机床控制系统。
关键词：PLC 组合机床
【分类号】：TG65；TM571.61
1.概述
组合机床采用多轴、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。因此，组合机床兼有低成本和高效率的優点，在大批量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
传统的组合机床多采用继电器逻辑线路进行加工过程的自动控制，由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：1）触点易被电弧烧坏而导致接触不良，2）机械方式实现的触点控制反映速度慢，3）继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。因而造成了生产率低下，效益差。满足不了现代产品更新加速的需求，而采用可编程序控制器可明显改善上述情况。可编程序控制器（PLC）是以微处理器为核心的专用计算机系统，但它拥有比一般计算机更强大的与工业过程相连接的接口和直接适应于控制要求的编程语言。它具有：1）通用性、适应性强，2）完善的故障自诊断能力且维修方便3）可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前也很便宜，因此，用PLC电路替代传统的继电器电路已成为一种趋势。
2.PLC简介
2.1PLC基本结构
PLC主要由中央处理器（CPU）、储存器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口和电源等部分组成。在以上各种硬件中CPU 是PLC的核心，输入单元与输出单元分别连接在输入设备、输出设备与CPU之间。根据各部件的连接方式不同，PLC可以分为两类：整体式PLC及模块式PLC。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，安装在机架或导轨上，各模块再通过总线连接在一起。
2.2PLC的应用领域
1）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于自动化流水线。如注塑机、组合机床、磨床等。
2）模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4）过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5）数据处理
现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6）通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
3.卧式钻铣组合机床控制系统设计
3.1卧式钻铣组合机床概述
卧式钻铣组合机床是用来对C6121型柴油发动机进行粗铣顶底两端面及钻铰两工艺定位孔的一种自动加工设备。
（1）组合机床工艺流程
操作者将要加工的工件放在上料机构中，在其他准备工作就绪后，双手同时按下“自动开始”按钮，发出加工指令。上料机构开始工作，将工件输送至夹紧装置中。工件夹紧后，液压动力滑台1（工作台）开始快进，到位转工进，同时启动左和右铣头开始加工。滑台1工进到终点后停留，左和右铣头停止，液压动力滑台2开始快进，到位转工进，同时启动钻头开始加工。滑台2到终点后快退到原位，钻头电机停止。夹紧装置全部松开，下料机构开始工作，将工件输送到下一工位。滑台1快退回原位，一个自动工作循环结束。操作者，再放上未加工的工件，重新发出加工指令重复上述工作过程。
（2）液压系统
组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。如图1为液压系统的原理图，其液压元件动作情况如表1所示。
3.2 PLC控制系统分析与设计
根据组合机床的电气控制、液压系统原理，设备要求的输入/输出均为开关量，分析输入、输出点数，选择了日本三菱公司生产的FX2N-128MR型的PLC， 2个FX2N-16EX输入扩展模块，1个FX2N-8EYR输出扩展模块，输入与输出分别增加15%的备用量。
（1）电气原理图
（2） 程序设计
（3）梯形图
4. 结束语
PLC不仅在机床的控制领域，还在电气控制中都会有非常广泛的应用。它降低了机床运
行故障率，提高了机床运行的稳定性和可靠性，大幅度的提升生产效率。它的编程控制可以大幅度降低人工操作， 同时它运行的信号指示有利于准确的判断故障发生的位置，为检修节省了时间。
参考文献
[1]熊幸明.王新辉.基于PLC在组合机床电气控制系统中的应用[J].组合机床与自动化加工技术.2004.6
[2]马顺忠.杜欣.PLC在组合机床电气控制系统中的应用[J].机床电器。2008.03
[3]王永华等编著.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社.2003.9
[4]常晓玲主编.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社.2004.1
PLC具有可靠性高、控制功能强、编程方便和易于使用等特点，现已在机床的工业生产中广泛应用。它对精度和可靠性还是会产生很大的影响，特别是在生产效率的提高上。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业对传统继电器逻辑控制回路的老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果，减少故障，提高生产效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。
本文以柴油机铣钻组合机床的改造为背景，概述了组合机床的设计方案与应用技术，并对PLC的发展与应用做了简要介绍。本文介绍了采用三菱FX2N系列PLC组成的多工位组合机床控制系统。
关键词：PLC 组合机床
【分类号】：TG65；TM571.61
1.概述
组合机床采用多轴、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。因此，组合机床兼有低成本和高效率的優点，在大批量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
传统的组合机床多采用继电器逻辑线路进行加工过程的自动控制，由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：1）触点易被电弧烧坏而导致接触不良，2）机械方式实现的触点控制反映速度慢，3）继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。因而造成了生产率低下，效益差。满足不了现代产品更新加速的需求，而采用可编程序控制器可明显改善上述情况。可编程序控制器（PLC）是以微处理器为核心的专用计算机系统，但它拥有比一般计算机更强大的与工业过程相连接的接口和直接适应于控制要求的编程语言。它具有：1）通用性、适应性强，2）完善的故障自诊断能力且维修方便3）可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前也很便宜，因此，用PLC电路替代传统的继电器电路已成为一种趋势。
2.PLC简介
2.1PLC基本结构
PLC主要由中央处理器（CPU）、储存器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口和电源等部分组成。在以上各种硬件中CPU 是PLC的核心，输入单元与输出单元分别连接在输入设备、输出设备与CPU之间。根据各部件的连接方式不同，PLC可以分为两类：整体式PLC及模块式PLC。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，安装在机架或导轨上，各模块再通过总线连接在一起。
2.2PLC的应用领域
1）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于自动化流水线。如注塑机、组合机床、磨床等。
2）模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4）过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5）数据处理
现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6）通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
3.卧式钻铣组合机床控制系统设计
3.1卧式钻铣组合机床概述
卧式钻铣组合机床是用来对C6121型柴油发动机进行粗铣顶底两端面及钻铰两工艺定位孔的一种自动加工设备。
（1）组合机床工艺流程
操作者将要加工的工件放在上料机构中，在其他准备工作就绪后，双手同时按下“自动开始”按钮，发出加工指令。上料机构开始工作，将工件输送至夹紧装置中。工件夹紧后，液压动力滑台1（工作台）开始快进，到位转工进，同时启动左和右铣头开始加工。滑台1工进到终点后停留，左和右铣头停止，液压动力滑台2开始快进，到位转工进，同时启动钻头开始加工。滑台2到终点后快退到原位，钻头电机停止。夹紧装置全部松开，下料机构开始工作，将工件输送到下一工位。滑台1快退回原位，一个自动工作循环结束。操作者，再放上未加工的工件，重新发出加工指令重复上述工作过程。
（2）液压系统
组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。如图1为液压系统的原理图，其液压元件动作情况如表1所示。
3.2 PLC控制系统分析与设计
根据组合机床的电气控制、液压系统原理，设备要求的输入/输出均为开关量，分析输入、输出点数，选择了日本三菱公司生产的FX2N-128MR型的PLC， 2个FX2N-16EX输入扩展模块，1个FX2N-8EYR输出扩展模块，输入与输出分别增加15%的备用量。
（1）电气原理图
（2） 程序设计
（3）梯形图
4. 结束语
PLC不仅在机床的控制领域，还在电气控制中都会有非常广泛的应用。它降低了机床运
行故障率，提高了机床运行的稳定性和可靠性，大幅度的提升生产效率。它的编程控制可以大幅度降低人工操作， 同时它运行的信号指示有利于准确的判断故障发生的位置，为检修节省了时间。
参考文献
[1]熊幸明.王新辉.基于PLC在组合机床电气控制系统中的应用[J].组合机床与自动化加工技术.2004.6
[2]马顺忠.杜欣.PLC在组合机床电气控制系统中的应用[J].机床电器。2008.03
[3]王永华等编著.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社.2003.9
[4]常晓玲主编.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社.2004.1