基于PLC的倒角机自动控制系统设计与研究

0 引言

　　目前市场上对细长棒料两端倒角，大多数都是通过工人手动操作机床来实现的，送料、落料和装夹等方面效率均不高。为此，受某企业委托，开发了一台全自动的高效率高精度的倒角机。由于PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、使用方便、编程简单等优点，在工业控制领域内得到广泛的应用。因此，倒角机采用PLC为控制系统，实现送料、装夹、倒角和落料的自动化和倒角的高效率与高精度。

1 工作原理

　　自动倒角机由左工作台、右工作台和送料机构等组成，如图1所示。左、右工作台都由步进电机、滚珠丝杠副、三相异步电机、刀架、夹紧气缸、落料装置以及三个接近开关等组成。刀架安装在异步电机的前端，异步电机直接驱动刀架旋转，步进电机通过滚珠丝杠副带动刀架移动，从而实现倒角。刀具的进给速度和位移量由PLC程序中的相关指令来控制。为了保证倒角时的切削量，需要确定刀具工进时的起始点。在刀具的前端装有一个光电开关，当刀具移动到工件附近时，光电开光感应到工件，同时将此感应信号传递给PLC。这样避免由于送料和夹紧定位误差所导致的工件倒角不足或倒角过多的问题。

图1倒角机结构示意图

　　该系统的送料、装夹和落料均是自动完成的。送料机构采用气缸驱动，气缸送料到达规定位置时，气缸上的磁性开关将相应信号传递给PLC，作为“送料成功”信号。每个工作循环传送一根棒料，工件送到位后两端分别各有一个夹紧气缸驱动V形块进行夹紧，保证工件不旋转。两个夹紧气缸的侧面分别装有一块斜块作为落料装置，气缸松开时工件沿着斜块落下，完成自动落料。

　　工作台上的接近开关分别为负极限开关、原点开关和正极限开关，极限开关用来限制普通电机的移动位置，以免电机超出安全位置；原点开关用来确定系统的坐标位置。

2 控制系统硬件设计

　　控制系统的硬件主要由PLC、触摸屏和步进电机、三相异步电机等组成。由于步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点旧引，能将脉冲信号变换为相应的直线位移，其位移量与脉冲数成正比，移动速度与脉冲频率成正比。所以，用步进电机带动刀架移动，不仅能实现精确定位，还能调节刀具移动速度。设定的进给脉冲数、频率、方向经驱动控制电路到达步进电机后，转化为刀架的位移量、前进速度和进给方向。

　　PLC的输入点有刀具的原点和正、负极限位置信号，送料气缸和夹紧气缸的到位信号以及光电开关的输入中断等13个输入信号；输出点有步进电机的脉冲和方向控制点，继电器控制刀具旋转、送料和夹紧动作以及电源和指示灯等13个输出信号。从I/O点数、性能要求、可靠性和成本等角度综合考虑，最终选用了欧姆龙的CPlH-X40D。系统的控制原理如图2所示。

　　控制系统以PLC为中心。触摸屏与PLC进行双向通信。通过触摸屏可以设定粗细不同工件的直径以及刀具前进、后退的速度，同时刀具移动的位移量在触摸屏上显示出来；PLC通过控制驱动器，使步进电机实现相应的运动。当电机在运行中出现故障时，会自动产生急停信号，切断动力电源，保证设备的安全，同时在触摸屏上跳出一个窗口，实时显示故障原因；当设备在运行中遇到紧急情况需要停止时，也可用外部的急停按钮来切断动力电源。气缸活塞的运动行程可通过外部传感器来检测，即气缸送料或者夹紧到位时，磁性开关检测到信号，PLC根据获得的信号来驱动电机和气缸做出相应的运动。