一、前言

　　某机械厂有一使用多年的CE7620 型卡盘多刀半自动车床。该车床的机械性能完好, 但其继电接触器控制系统中的元器件经常损坏, 加上控制线路复杂, 寻找故障十分麻烦。为此, 我们用PLC 对该车床原电气控制系统进行了改造。

二、车床的简介

　　CE7620 型卡盘多刀半自动车床的主轴由电动机经三角皮带传动。主轴的调速为机械调速。工件的夹紧及主轴的刹车均用液压驱动。车床上装有前、后两个刀架。刀架的进给由液压驱动。在液压与控制电器联合控制下, 两个刀架均能根据加工零件的工艺要求, 合理地选用所需要的循环动作, 并能单独、依次或同时地进行切削。每个刀架的自动循环动作由插销式程控板和行程开关控制。刀架的工作进给速度由液压系统中节流调速阀无级调节。

三、程序设计中几个关键问题的处理

　　1 PLC 机型的选择

　　由于本车床只有开关量控制, 无模拟量控制, 因此只选用三菱公司的小型低档的F1 系列PLC。为了充分地利用PLC 的I/ O 点以及为了以后维护的方便起见, 我们选择了F1-60MR 基本单元和F1-40ER 扩展单元。基本单元的输入点接: 2 个热继电器、5 个按钮、3 个转换开关、14 个行程开关, 共34 个输入; 其输出点接: 2 个交流接触器的线圈、2 个指示灯及10 个电磁换向阀的线圈, 共14 个输出。扩展单元用于前、后刀架的插销式程控板。

　　2 插销式程控的改造

　　为了不改变对车床的操作, 我们决定仍保留插销式程控板。本车床前、后刀架的插销式程控板结构相同, 如图1 所示为其板面结构。图中1XK~7XK 为7 个行程开关。

图1  插销工程控板板面结构

　　为了合理地利用PLC I/ O 点, 我们采用辅助继电器替代程控板上插孔的办法来改造插销式程控。

　　把每块程控板上9 根横控制线分别直接与PLC扩展单元的输入点相接, 把每块程控板上8 根纵控制线直接与PLC 扩展单元的输出点相接。如图2 说明了其中一块程控板的硬件接线。另一块程控板的硬件接线与之相类似。

图2 程控板与PLC 的硬件接线

　　梯形图如图3、图4 所示。图中M71、M72 为特殊辅助继电器。M71 仅在PLC 上电后, 首次执行程序时接通, 接通时间为程序执行一次循环所需时间。其余时间M71 为断开状态。M72 为100ms 时钟脉冲继电器。图4 的移位寄存器的作用是使移位寄存器的各位依次轮流为“1”。由于输出继电器Y440~Y447 与移位寄存器M121~ M130 各位一一对应, 因此, 在移位控制下,Y440~ Y447 依次轮流接通。图3的作用是用辅助继电器来记忆程控板上插孔的状态。例如当某一工作周期中, 移位寄存器中, M121=1, 其余M122~ M130 为“0”, 则Y440=1, Y441~Y447 为“0”。则在下一工作周期的输入采样阶段,PLC 对输入点进行采样, 若插孔1上拧有插销, 则X414=1, 从而M200=1; 若插孔1未拧入插销, 则X414=0, 从而M200=0, 因此M200 记忆了插孔1 的状态, 插孔2~9类推。故第一组M200~ M210 共9个辅助继电器分别记忆了A 控制线上1-9 插孔的状态; 当移位后, M122=1, M121 及M123~ M130 为“1”, 则Y441=1, Y440 及Y442~ Y447 为“1”。在再下一工作周期的输入采样后, 若插孔10 上拧有插销, 则X414=1, 从而M211=1, 若未拧入插销, 则X414=0, 从而M211=0, 因此M211记忆了插孔10的状态, 插孔11~18 类推。因此, 第二组M211~M221分别记忆了B控制线上10~18 插孔的状态;其余类推。因此是用对程控板逐列扫描的方法来确定插孔的状态, 并用辅助继电器加以记忆, 从而可用辅助继电器替代每个插孔而编入程序。在图3和图4 中有几点需加以说明。

图3 梯形图之一

图4 梯形图之二

　　(1) 图3 中第一逻辑行表示PLC 上电后第一次执行程序时用复位指令( R 指令) 使后面16 组程序中要用到的辅助继电器复位。

　　(2) 图4 的第一逻辑行的作用是使移位寄存器的数据输入信号为“1”状态的时间大于100ms, 以保证M120=1的状态能可靠地移位至M121。

　　(3)在编程时图3 的梯形图要放在图4 梯形图之前, 若图3 放在图4 之前, 根据PLC 工作方式的特点, 在执行图3 程序时, 输入继电器当前状态对应于PLC前一工作周期的输出刷新后输入的状态, 输出继电器的当前状态与PLC 前一工作周期中移位寄存器的状态对应。这是我们所要求的。若图3 放在图4之后, 则在执行图3 程序时, 输入继电器的当前状态对应于前一工作周期的输出刷新后输入的状态, 而输出继电器的当前状态与PLC 当前工作周期中移位寄存器的状态对应。这样图3执行的结果当然不能反映程控板上插孔的真实状态。

　　(4) 图3 的梯形图不能改为图5。在图3 中使用的置位指令( S 指令) 和复位指令( R 指令) 均为有“记忆力”的指令。使用S 指令时, 当其前触点“与”的结果一旦为“1”时, 辅助继电器具有自保持功能而维持接通状态, 即使以后“与”的结果为“0”, 辅助继电器仍保持接通, 直到被R 指令复位为止。因此它们能记忆程控板上插孔的状态。但在图5 中, 每次执行该程序时, 各辅助继电器线圈前面各触点当前的状态直接决定了各辅助继电器的状态, 它们均无自保持功能, 也不论图中用的是断电保持型辅助继电器还是通用型辅助继电器, 结果均如此。

图5梯形图之三

　　(5)图4中, 用移位寄存器中的M121~ M130 8位控制输出继电器, 第一位M120 则不能用。其原因为: 当M72 由断变通时, 移位指令执行后, 移位寄存器各位的状态前移一位。移位指令执行的同一工作周期中, 第一位M120 的状态保持移位前的状态。

　　待到下一个工作周期执行OUT M120指令时, 才把M100当前的状态输入M120。此时,M120状态才可能改变。因此, M120的状态几乎和M121的状态一样。若同时用M120和M121控制输出继电器, 则对程控板的扫描造成混乱。

3 程序设计总框图

　　本车床程序设计的总框图如图6 所示。为了缩短程序执行时间, 提高响应速度, 只在PLC上电后首次执行程序时执行程控板的扫描程序, 其它时候不再执行该程序了, 因为本车床是进行批量生产的,程控板的状态不可能随时改变。