Aplicación del PLC en el control combinado de máquina herramienta

1. Definición de controlador programable

El controlador lógico programable (PLC) es un nuevo tipo de equipo de control industrial basado en tecnología informática. En el borrador del estándar PLC emitido por la Comisión Eléctrica Internacional en 1987, el PLC se define de la siguiente manera: "PLC es un dispositivo electrónico especialmente diseñado para operaciones digitales en un entorno industrial. Utiliza memoria programable para almacenar la secuencia utilizada para realizar operaciones lógicas. Instrucciones para operación, sincronización, conteo y operaciones aritméticas, y pueden controlar varios tipos de máquinas o procesos de producción a través de entradas y salidas digitales o analógicas. El PLC y sus periféricos relacionados deben ser fáciles de integrar con los sistemas de control industrial y funciones fáciles de expandir. Diseño basado en principios.”

2. Características del PLC

1. Alta confiabilidad y fuerte capacidad antiinterferente.

La alta confiabilidad es el rendimiento clave de los equipos de control eléctrico. Dado que el PLC adopta una moderna tecnología de circuito integrado a gran escala y una estricta tecnología de producción, su circuito interno adopta una avanzada tecnología antiinterferencias y tiene una alta confiabilidad. Por ejemplo, el PLC de la serie F producido por Mitsubishi tiene un tiempo medio entre fallas de hasta 300.000 horas. Algunos PLC que utilizan CPU redundantes tienen un tiempo de trabajo medio más largo entre fallas. En cuanto al circuito externo del PLC, en comparación con un sistema de contactor de relé de la misma escala, el cableado eléctrico y los contactos del interruptor se reducen a cientos o incluso miles, y las fallas se reducen considerablemente. Además, el PLC tiene una función de autodiagnóstico de fallas de hardware, que puede enviar mensajes de alarma a tiempo cuando ocurre una falla. En el software de la aplicación, los usuarios también pueden escribir programas de autodiagnóstico de fallas para equipos periféricos, de modo que los circuitos y equipos distintos del PLC en el sistema también puedan obtener protección de autodiagnóstico de fallas. No sorprende que todo el sistema sea muy fiable.

2 conjuntos completos, funciones completas y gran aplicabilidad.

Hoy en día, PLC se ha convertido en una serie de productos de gran, mediana y pequeña escala. Se puede utilizar en ocasiones de control industrial de varios tamaños. Además de las funciones de procesamiento lógico, la mayoría de los PLC modernos también tienen capacidades completas de computación de datos y pueden usarse en diversos campos de control digital. En los últimos años, ha surgido una gran cantidad de unidades funcionales de PLC, lo que permite que el PLC penetre en diversos controles industriales, como el control de posición, el control de temperatura y el control numérico. Junto con la mejora de las capacidades de comunicación de PLC y el desarrollo de la tecnología de interfaz hombre-máquina, es muy fácil utilizar PLC para formar varios sistemas de control.

Fácil de aprender y utilizar, es bien recibido por el personal técnico y de ingeniería.

El PLC, como computadora de control industrial general, es un equipo de control industrial para empresas industriales y mineras. Su interfaz es sencilla y su lenguaje de programación es fácilmente aceptado por el personal técnico y de ingeniería. Los símbolos gráficos y las expresiones del lenguaje del diagrama de escalera están bastante cerca del diagrama del circuito del relé. Solo una pequeña cantidad de instrucciones de control de lógica de conmutación del PLC pueden realizar fácilmente las funciones del circuito del relé. Abre la puerta a personas que no están familiarizadas con los circuitos electrónicos, los principios informáticos y el lenguaje ensamblador para utilizar computadoras para el control industrial.

4. La carga de trabajo de diseño y construcción del sistema es pequeña y fácil de mantener y modificar.

El PLC utiliza lógica de almacenamiento en lugar de lógica de cableado, lo que reduce en gran medida el cableado externo del equipo de control, acorta el ciclo de diseño y construcción del sistema de control y facilita el mantenimiento. Además, es posible cambiar el proceso de producción con el mismo equipo cambiando el programa. Esto es muy adecuado para la producción de lotes pequeños de múltiples variedades.

Tamaño pequeño, peso ligero, bajo consumo de energía

Tomemos como ejemplo el PLC ultrapequeño. El tamaño del fondo de las variedades recién producidas es inferior a 100 mm y el peso es inferior. 150 gy el consumo de energía es de sólo unos pocos vatios. Por su reducido tamaño es de fácil instalación en maquinaria y es un dispositivo de control ideal para lograr la integración electromecánica.

3. En la línea automática de máquinas herramienta combinadas, generalmente se configuran tres tipos de mesas deslizantes de acuerdo con diferentes requisitos de precisión de mecanizado.

En la actualidad, el PLC se ha utilizado ampliamente en la industria del acero, el petróleo, la industria química, la energía eléctrica, los materiales de construcción, la fabricación de maquinaria, el automóvil, los textiles, el transporte, la protección del medio ambiente, la cultura y el entretenimiento y otras industrias en el hogar y en el extranjero Su uso se puede resumir aproximadamente de la siguiente manera: amable.

1 Control lógico de valores de conmutación

Este es el campo de aplicación más básico y más extenso del PLC. Reemplaza los circuitos de relés tradicionales para lograr control lógico y control de secuencia. Se puede utilizar para control de una sola máquina, control de grupos de varias máquinas y líneas de producción automatizadas. Como máquinas de moldeo por inyección, máquinas de impresión, grapadoras, máquinas herramienta combinadas, amoladoras, líneas de producción de envases, líneas de producción de galvanoplastia, etc.

2 Control analógico

En el proceso de producción industrial, hay muchas cantidades que cambian continuamente, como temperatura, presión, flujo, nivel de líquido, velocidad, etc., todas ellas analógicas. cantidades.

Para que el controlador programable procese cantidades analógicas, es necesario implementar conversión A/D y conversión D/A entre cantidades analógicas y cantidades digitales. Todos los fabricantes de PLC producen módulos de conversión A/D y D/A compatibles, de modo que los controladores programables se pueden utilizar para control analógico.

3 Control de movimiento

El PLC se puede utilizar para controlar el movimiento circular o lineal. Desde la perspectiva de la configuración del mecanismo de control, en los primeros días, los módulos de E/S se usaban para conectar directamente sensores y actuadores de posición, hoy en día, generalmente se usan módulos de control de movimiento dedicados. Por ejemplo, los módulos de control de posición de un solo eje o de varios ejes pueden accionar motores paso a paso o servomotores. Casi todos los productos de los principales fabricantes de PLC del mundo tienen funciones de control de movimiento y se utilizan ampliamente en diversas maquinarias, máquinas herramienta, robots, ascensores y otras ocasiones.

4 Control de procesos

El control de procesos se refiere al control en bucle cerrado de cantidades analógicas como temperatura, presión, flujo, etc. Como computadora de control industrial, el PLC puede programar varios algoritmos de control y un control completo de circuito cerrado. El ajuste PID es un método de ajuste ampliamente utilizado en sistemas generales de control de circuito cerrado. Los PLC grandes y medianos cuentan con módulos PID, y actualmente muchos PLC pequeños también cuentan con este módulo funcional. El procesamiento PID general consiste en ejecutar una subrutina PID especial. El control de procesos se usa ampliamente en metalurgia, industria química, tratamiento térmico, control de calderas y otras ocasiones.

5 Procesamiento de datos

El PLC moderno tiene funciones tales como operaciones matemáticas (incluidas operaciones matriciales, operaciones funcionales y operaciones lógicas), transmisión de datos, conversión de datos, clasificación, búsqueda de tablas, operaciones de bits. , etc. Se puede completar la recopilación, el análisis y el procesamiento de datos. Estos datos pueden compararse con valores de referencia almacenados en la memoria para completar ciertas operaciones de control, también pueden transmitirse a otros dispositivos inteligentes mediante el uso de funciones de comunicación, o imprimirse y tabularse. El procesamiento de datos se utiliza generalmente en sistemas de control a gran escala, como sistemas de fabricación flexibles sin controlador; también se puede utilizar en sistemas de control de procesos, como algunos sistemas de control a gran escala en la fabricación de papel, la metalurgia, la alimentación y otras industrias.

6 Comunicación y Red

La comunicación PLC incluye la comunicación entre PLC y la comunicación entre PLC y otros dispositivos inteligentes. Con el desarrollo del control por computadora, las redes de automatización de fábricas se han desarrollado rápidamente. Todos los fabricantes de PLC otorgan gran importancia a la función de comunicación del PLC y han lanzado sus propios sistemas de red. Todos los PLC de nueva producción tienen interfaces de comunicación, lo que hace que la comunicación sea muy cómoda.

7 Estructura de mesa deslizante CNC controlada por PLC

La mesa deslizante CNC en la línea automática de máquinas herramienta combinadas generalmente utiliza un servomecanismo de circuito abierto impulsado por un motor paso a paso. La mesa deslizante CNC controlada por PLC consta de un controlador programable, un distribuidor de impulsos de anillo, un controlador de motor paso a paso, un motor paso a paso y un mecanismo de servotransmisión.

Los engranajes Z1 y Z2 en el mecanismo de servoaccionamiento deben eliminar el juego para evitar zonas muertas inversas o reducir la precisión del mecanizado. El par de transmisión de husillo debe determinarse de acuerdo con los requisitos de precisión de procesamiento de la unidad para seleccionar el par de husillos de bolas. El uso de pares de husillos de bolas tiene las ventajas de una alta eficiencia de transmisión, buena rigidez del sistema, alta precisión de transmisión y una larga vida útil, pero es costoso y no puede autobloquearse.

8 Estructura del software del sistema de control

La estructura del software está diseñada de acuerdo con los requisitos de control y se divide principalmente en cinco módulos: módulo de control de motor paso a paso, módulo de control de posicionamiento y marcación de datos. Módulo de entrada y transmisión de datos, módulo de visualización de salida digital, módulo de alarma y detección automática de fallas de componentes.

Debido a la enorme estructura de todo el software, el controlador de pulso genera un pulso de control de 0,1 segundos para cambiar el registro de desplazamiento y proporcionar pulsos de sincronización de seis tiempos. Los tres relés de salida Y430, Y431 e Y432 controlan el motor paso a paso en modos de encendido simple, doble y de seis tiempos a través de un distribuidor de anillo trifásico de seis tiempos. Para realizar el control de posicionamiento, se utilizan diferentes contadores para controlar la carrera de posicionamiento aproximado y la carrera de posicionamiento fino, respectivamente. El valor de configuración del contador depende de la carrera. Por ejemplo, una herramienta o banco de trabajo necesita moverse del punto A al punto C. Se sabe que AC = 200 mm, AC se divide en AB y BC, AB = 196 mm, BC = 4 mm, AB es la carrera de posicionamiento aproximado , 0,1 mm/paso El equivalente de pulso se mueve rápidamente y se utiliza un contador de 6 bits (C660/C6665438) para un posicionamiento preciso con un pulso equivalente de 0,01 mm/paso. Al mismo tiempo que el posicionamiento aproximado y el posicionamiento preciso, el PLC. enciende automáticamente el punto de salida Y433 del embrague electromagnético para realizar el reemplazo del mecanismo de transmisión.

9 Método de conexión a tierra del sistema de control PLC

(1) Debido a diversas razones (como corrosión, daños en el aislamiento, etc.).

), las carcasas metálicas de equipos eléctricos como gabinetes de PLC, consolas operativas y gabinetes de distribución de energía, y las partes metálicas normalmente descargadas de equipos de control pueden contener voltajes peligrosos y deben estar conectadas a tierra de forma protectora. Los equipos con una fuente de alimentación inferior a 36 V no requieren protección de conexión a tierra a menos que existan requisitos especiales.

(2)2) El potencial de referencia en el sistema de control PLC es el potencial de referencia de cada bucle. La línea de conexión del potencial de referencia se denomina tierra del sistema y suele ser el cable de cero voltios de la fuente de alimentación de CC del circuito de control. Los métodos de puesta a tierra del sistema incluyen tierra flotante, puesta a tierra directa y puesta a tierra capacitiva.

(3) Para evitar la inducción electrostática y la inducción de campos magnéticos, el terminal de tierra del blindaje debe estar conectado a tierra. La conexión a tierra del circuito de señal y la conexión a tierra de blindaje también se denominan conexión a tierra de trabajo.

El principio de control del método de conexión a tierra anterior es generalmente que la tierra de protección y la tierra de trabajo no se pueden mezclar, porque habrá una diferencia de potencial de varios milivoltios o incluso varios voltios entre los dos puntos de la protección. El cable de tierra de cada fuente de alimentación, que es muy importante para los circuitos de señal de nivel de fuente de alimentación de bajo voltaje, genera interferencias muy graves. Conexión a tierra del blindaje: cuando el circuito de señal está conectado a tierra en un solo punto, la capa de blindaje del cable de baja frecuencia también debe estar conectada a tierra en un solo punto. Si la capa protectora del cable está conectada a tierra en más de un punto, se generará una corriente de ruido que formará una fuente de interferencia de ruido.

La resistencia de tierra utilizada en este sistema debe estar dentro del rango especificado. Para el sistema de control compuesto por PLC, generalmente debe ser inferior a 4ω, debe tener suficiente resistencia mecánica y debe recibir un tratamiento anticorrosión con anticipación. El sistema de control compuesto por PLC se puede configurar con un sistema de puesta a tierra independiente o puede adoptar un diseño de "unión equipotencial" según las condiciones del sitio.

10 Diagrama de escalera de control del PLC:

El diagrama de escalera es un diagrama conectado que conecta los símbolos del diagrama de escalera de las instrucciones del PLC entre sí a través de cables para expresar las instrucciones del PLC utilizadas y su secuencia, y Los esquemas eléctricos son muy similares. Hay dos tipos de conexiones: una es el bus y la otra son las líneas internas horizontales y verticales. Las líneas horizontales y verticales internas conectan las instrucciones de símbolos del diagrama de escalera en un grupo de instrucciones, que generalmente comienza con una instrucción de carga (LD), seguida de varias instrucciones de entrada (incluida la instrucción LD), que se utilizan para establecer condiciones lógicas cuando sea necesario. Finalmente, existen instrucciones de salida para implementar el control de salida, o instrucciones para control de datos, control de flujo, procesamiento de comunicaciones, monitoreo, etc., para realizar el trabajo correspondiente. El bus se utiliza para conectar grupos de comando. La siguiente figura es el diagrama de escalera más simple de los productos de la serie Mitsubishi FX2N:

Tiene dos grupos, el primer grupo se utiliza para realizar el control de arranque y parada. El segundo grupo tiene sólo una instrucción final para finalizar el programa.

11 Correspondencia entre el diagrama de escalera y el mnemotécnico;

Las instrucciones mnemotécnicas y las instrucciones del diagrama de escalera tienen una correspondencia estricta, y la conexión del diagrama de escalera puede reflejar el orden de las instrucciones. En términos generales, el orden es: primero entrada, luego salida (incluido otro procesamiento primero hacia arriba, luego hacia abajo, primero hacia la izquierda y luego hacia la derecha); Con un diagrama de escalera, se puede traducir a un programa mnemotécnico. El programa mnemónico anterior es:

Variable de comando de dirección

0000 LD X000

0001 o X010

0002, no X001

0003 en 0000

0004 termina

Por el contrario, según el mnemónico, también se puede dibujar el diagrama de escalera correspondiente.

12 La relación entre el diagrama de escalera y el diagrama esquemático eléctrico;

Si solo se considera el control lógico, el diagrama de escalera y el diagrama esquemático eléctrico también pueden establecer una cierta relación correspondiente. Por ejemplo, las instrucciones de salida (salida) del diagrama de escalera corresponden a la bobina del relé, mientras que las instrucciones de entrada (como LD, AND, OR) corresponden a los contactos, y las instrucciones de enclavamiento (il, ILC) pueden ser considerado como el interruptor principal, etc. De esta manera, la lógica de control del relé original se puede convertir en un diagrama de escalera y luego convertirse en un programa de lista de declaraciones.

Con esta correspondencia, es fácil utilizar programas de PLC para expresar la lógica de los relés. Esta es también la herencia de la tecnología PLC de la tecnología tradicional de control de relés.

IV. Método de control PLC de la mesa deslizante CNC

Hay tres factores de control principales de la mesa deslizante CNC:

1 Control de carrera

El control de la carrera de las correderas hidráulicas y mecánicas se logra generalmente a través de sensores de posición o de presión (interruptor de carrera/parada muerta la carrera de las correderas CNC se realiza mediante control digital); Según la estructura de la mesa deslizante CNC, la carrera de la mesa deslizante es proporcional al ángulo de rotación total del motor paso a paso, por lo que solo es necesario controlar el ángulo de rotación total del motor paso a paso. Según el principio de funcionamiento y las características del motor paso a paso, el ángulo de rotación total del motor paso a paso es proporcional al número de pulsos de control de entrada.

Por lo tanto, el número de pulsos emitidos por el PLC se puede determinar en función del desplazamiento del servomecanismo:

n= DL/d (1)

Donde dl-el desplazamiento de el servo mecanismo (mm)

D - Pulso equivalente del servo mecanismo (mm/pulso)

2 Control de velocidad de alimentación

La velocidad de alimentación de el servomecanismo depende de la velocidad del motor paso a paso, y la velocidad del motor paso a paso depende de la frecuencia de pulso de entrada, por lo tanto, de acuerdo con la velocidad de alimentación requerida para el proceso, se puede determinar la frecuencia de pulso de salida de su PLC:

f=Vf/60d (Hz) (2)

En la fórmula, Vf - la velocidad de avance del servomecanismo (mm/min)

3 Control de dirección de alimentación

Control de dirección de alimentación Es el control de dirección del motor paso a paso. Al cambiar la secuencia de activación de cada devanado del motor paso a paso, se puede cambiar la dirección del motor paso a paso, por ejemplo, cuando la secuencia de activación de un motor paso a paso trifásico es A-AB-B-BC-C-CA-; A..., el motor paso a paso gira hacia adelante; cuando los devanados se energizan en el orden A-AC-C-CB-B-BA-A..., el motor paso a paso gira en la dirección opuesta. Por lo tanto, se puede lograr cambiando la secuencia de salida del distribuidor circular de hardware a través de la señal de control de dirección emitida por el PLC, o también se puede lograr cambiando la secuencia de pulsos de salida mediante programación para cambiar la secuencia de energización de los devanados del motor paso a paso. .

La situación actual del verbo (abreviatura de verbo) PLC en el país y en el extranjero

El primer PLC reconocido en el mundo fue desarrollado por la American Digital Equipment Corporation (DEC) en 1969. Limitados por las condiciones de los componentes y el nivel de desarrollo de la computadora en ese momento, los primeros PLC estaban compuestos principalmente por componentes discretos y circuitos integrados de tamaño pequeño y mediano, que podían completar funciones simples de control lógico, temporización y conteo. Los microprocesadores aparecieron a principios de los años 1970. Rápidamente se introdujo en los controladores programables, que añadieron funciones de cálculo, transmisión de datos y procesamiento al PLC, completando dispositivos de control industrial con características informáticas reales. Para facilitar el uso de ingenieros familiarizados con sistemas de relés y contactores, el controlador programable utiliza un diagrama de escalera similar al diagrama de circuito de relé como lenguaje de programación principal. Todos los elementos de almacenamiento de computadora involucrados en el cálculo y el procesamiento llevan el nombre de relés. En este momento, el PLC es el producto de la combinación de tecnología de microcomputadora y conceptos de control de relés convencionales.

A mediados y finales de la década de 1970, los controladores programables entraron en una etapa de desarrollo práctico. La tecnología informática introdujo por completo los controladores programables, logrando que sus funciones dieran un salto. Mayor velocidad de computación, tamaño ultrapequeño, diseño industrial antiinterferencias más confiable, cálculo de simulación, función PID y desempeño de alto costo han establecido su posición en la industria moderna. A principios de la década de 1980, los controladores programables se utilizaban ampliamente en los países industriales avanzados. Las características de desarrollo de los controladores programables durante este período fueron la serialización de productos a gran escala, alta velocidad, alto rendimiento. Otra característica de esta etapa es que cada vez más países en el mundo producen controladores programables y su producción está aumentando. Esto indica que los controladores programables han entrado en una etapa de madurez.

A finales del siglo XX, el desarrollo de controladores programables se adaptaba más a las necesidades de la industria moderna. En términos de escala de control, durante este período se desarrollaron mainframes y computadoras ultrapequeñas; en términos de capacidades de control, nacieron una variedad de unidades funcionales especiales para diversas situaciones de control como presión, temperatura, velocidad y desplazamiento. En términos de capacidades de combinación de productos, se han producido varias unidades de interfaz hombre-máquina y unidades de comunicación, lo que facilita la combinación de equipos de control industrial mediante controladores programables. En la actualidad, la aplicación de controladores programables en la fabricación de maquinaria, industria petroquímica, metalurgia y acero, automóviles, industria ligera y otros campos ha logrado grandes avances.

La introducción, aplicación, desarrollo y producción de controladores programables en mi país comenzó con la reforma y apertura. Inicialmente, los controladores programables se utilizaban ampliamente en equipos importados. A continuación, continúa expandiéndose la aplicación de PLC en los equipos de producción y productos de varias empresas. En la actualidad, China ha podido producir controladores programables de tamaño pequeño y mediano. Productos como la serie CF producida por Shanghai Wudong Electric Co., Ltd., las series DKK y D producidas por Hangzhou Machine Tool Electrical Appliance Factory, la serie S producida por Dalian Combined Machine Tool Research Institute y la serie YZ producida por Suzhou Las fábricas de computadoras electrónicas han alcanzado cierta escala y se utilizan ampliamente en la industria. Además, las empresas conjuntas chino-extranjeras como Wuxi Huaguang Company y Shanghai Island Company también son fabricantes de PLC famosos en China. Se puede esperar que a medida que se profundice el proceso de modernización de China, PLC tenga campos de aplicación más amplios en China.

Perspectivas de futuro del verbo intransitivo PLC

En el siglo XXI el PLC tendrá un mayor desarrollo.

Técnicamente, los nuevos logros en tecnología informática se aplicarán más al diseño y fabricación de controladores programables, con variedades que tengan velocidades de computación más rápidas, mayores capacidades de almacenamiento y una mayor inteligencia desde la perspectiva de la escala del producto, lo que impulsará el desarrollo en la dirección de; ultrapequeño y ultragrande desde la perspectiva de la compatibilidad del producto, las variedades y especificaciones del producto serán más abundantes, y las interfaces hombre-máquina perfectas y el equipo de comunicación completo satisfarán mejor las necesidades de diversas ocasiones de control industrial del mercado; La situación en la que cada país produce múltiples productos se romperá a medida que se intensifique la competencia internacional. Habrá una situación en la que unas pocas marcas monopolizarán el mercado internacional y surgirá un lenguaje de programación común a nivel internacional. Desde la perspectiva del desarrollo de Internet, emergerá. El controlador está conectado en red con otras computadoras de control industrial para formar un sistema de control a gran escala, que es la dirección de desarrollo de la tecnología de controladores programables. Actualmente, se ha utilizado una gran cantidad de controladores programables en DCS (sistemas de control distribuido) informáticos. Con el desarrollo de las redes informáticas, los controladores programables, como parte importante de las redes de control de automatización y de las redes generales internacionales, desempeñarán un papel cada vez más importante en muchos campos fuera de la industria.

Aportación de referencia