基于PLC 和触摸屏的数控钻床控制系统

　　传统的普通钻床钻孔的精度和效率受到工人的熟练程度、疲劳程度等人力因素影响较大，满足不了现代工业的发展需求,影响到企业的生存、发展和经济效益，因此大多数生产厂家都采用高度自动化的生产线。 为了使工业控制更加简单化、具体化，介绍一种基于 PLC 与触摸屏的人机界面数控钻床控制系统的设计，以方便操作者的操作与监控，来提高传统普通钻床控制精度和生产效率。

1 控制要求

　　PLC 与触摸屏控制钻床的加工要求 ： 在触 摸屏，操作者可轻轻地接触界面的图形与符号，实现自动、手动、启动、停止、急停等控制功能；在触摸屏可设定工件钻孔的孔数、进给量、进给循环次数；可在触摸屏显示钻头运行、工件旋转状态以及已钻孔的孔数。

2 硬件设计

　　工作钻削时，工件固定在工作台上，钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。 数控钻床的刀具的进给和工件的旋转分别由两台步进电动机拖动，钻头的进给由步进电机控制上下移动，钻头主轴（设为 Z轴）旋转由三相交流电机驱动，转速由变频器调节控制，工件的旋转轴（设为 B 轴）由步进电机驱动,采用PLC 为控制核心。 系统硬件结构设计如图 1 所示。

图1 系统硬件结构

3 软件设计

　　3.1 PLC控制系统的 I/O 分配

　　根据系统设计方案要求，PLC 的输入元件包括启动、停止按钮,手动、自动工作方式选择切换开关,Z 轴主轴点动、B 轴点动按钮，B 轴清零按钮、 行程控制开关，Z 轴清零按钮，B 轴清零按钮, 控制 Z 轴正向和负向的行程限位开关等。 PLC 的输出元件包括 Z 轴步进电机三相绕组、B 轴步进电机三相绕组、 冷却液电机接触器线圈、钻头主轴电机接触器线圈。 触摸屏画面上的按钮产生的信号不能送给 PLC 的输入继电器（如X000）， 必须用辅助继电器 M 来传递 ， 因 为它们的ON ／ OFF 状态惟 一地取决于外部输入电路的通断状态，不能用触摸屏上的按钮来改变。 PLC 的地址分配如表 1 所示。

表1 PLC的地址分配

　　3.2 程序流程

　　系统控制流程如图 2 所示。 初始化是检测所输入信号是否满足条件要求,如启动、过载的要求。 程序有手动控制程序和自动控制程序，手动控制程序包括主轴钻头上升或下降、工作台旋转等；自动控制程序包括冷却液开、主轴钻头旋转、自动上升或下降等。

图2 系统控制流程

　　3.3 程序逻辑

　　PLC 是自动线控制系统的关键设备, 自动线在各种工作方式下的全部工作过程都是在 PLC 和触摸屏的监控下进行的。 选择 FX1N-24MT 型 PLC， 24VDC 稳压电源。 用 PLC 提供有关的指令编写梯形图，如图 3所示。

图3 程序梯形图

4 触摸屏画面设计

　　选用MT506T(320×240)触摸屏来实现系统控制。根据系统要求，触摸屏需要设置如下画面：

　　（1）开机显示的首页画面，如图 4 所示。

　　（2）功能画面，如图 5 所示。

图4 首页画面图

图5 功能画面

　　（3）设定参数画面，如图 6 所示。在按下“自动”前提下，单击“设定参数”按钮，画面将切换到设定参数画面，用户可以在此设定系统的相关参数。

　　（4）手动设定画面，如图 7 所示。

图6 设定参数画面

图7 手动设定画面

　　在按下“手动”前提下，单击“手动设定”按钮，画面将切换到手动设定画面， 用户可以在此手动控制相关操作。

　　（5）数据显示画面，如图 8 所示。单击“数据显示”按钮，画面将切换到数据显示画面，用户可以观察自动运行的状态。

　　（6）操作说明画面，如图 9 所示。

图8 数据显示画面

图9 操作说明画面

　　在首页画面，触控“操作说明”按钮，画面将切换到操作说明画面，用户可以在此查看系统的相关操作说明，阅读完后，任意触控其画面，画面将切换到首页名称 地址 名称 地址画面。

　　组态软件采用 EasyBuilder500 。 编程好触摸屏画面后，即可进行编译：执行“工具”菜单命令，选择“编译”；编译通过后，将画面下载到触摸屏。 在下载屏幕文件之前，应使用规定的通信电缆连接触摸屏的通信接口与计算机的 RS-232C 接口，将触摸屏切换到下载模式，设置好通信参数，然后执行组态软件的下载命令，将屏幕文件写入到触摸屏的存储器。

5 结语

　　由于运用 PLC 与触摸屏的结合控制,因此 PLC 的I/O 点数较少，接线较为简单。 经过安装与调试，系统运行后，人机界面显示清晰，使用方便，更加人性化，运行安全可靠，大大提高了生产效率，降低了劳动强度。