Solicitante: Tesis de graduación sobre el papel del PLC en el control de máquinas herramienta.

Aplicación del PLC en el control combinado de máquina herramienta

1. Definición de controlador programable

Controlador programable, denominado PLC (Controlador Lógico Programable), Se refiere. a un nuevo tipo de dispositivo de control industrial basado en tecnología informática. En el borrador del estándar PLC promulgado por el Comité Eléctrico Internacional en 1987, el PLC se definió de la siguiente manera: "PLC es un dispositivo electrónico de operación digital especialmente diseñado para su uso en entornos industriales. Adopta una memoria de programa programable que se utiliza para almacenar instrucciones para realizar operaciones tales como operaciones lógicas, operaciones secuenciales, sincronización, conteo y operaciones aritméticas, y pueden controlar varios tipos de maquinaria o procesos de producción a través de entradas y salidas digitales o analógicas y sus equipos periféricos relacionados deben diseñarse de acuerdo con el principio de. siendo fácil de integrar con el sistema de control industrial y fácil de ampliar sus funciones ”

II.Características del PLC

1.

La alta confiabilidad es el desempeño clave de los equipos de control eléctrico. El PLC adopta tecnología moderna de circuito integrado a gran escala y se fabrica mediante estrictos procesos de producción. El circuito interno adopta tecnología antiinterferente avanzada y tiene 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 medio más largo entre fallas. Desde el circuito externo del PLC, utilizando PLC para formar un sistema de control, en comparación con un sistema de contactor de relé de la misma escala, el cableado eléctrico y los contactos del interruptor se han reducido a cientos o incluso miles de veces, y las fallas se reducen considerablemente. Además, el PLC tiene una función de autodetección 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 programar programas de autodiagnóstico de fallas para dispositivos periféricos, de modo que los circuitos y equipos distintos del PLC en el sistema también puedan recibir protección de autodiagnóstico de fallas. Por lo tanto, no es de extrañar que todo el sistema tenga una fiabilidad altísima.

2 Instalaciones de soporte completas, funciones perfectas y gran aplicabilidad

Con el desarrollo del PLC hasta el día de hoy, se ha formado una serie de productos de varios tamaños, grandes, medianos y pequeños. tamaños. Se puede utilizar en ocasiones de control industrial de varios tamaños. Además de las funciones de procesamiento lógico, la mayoría de los PLC modernos 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 CNC. Junto con la mejora de las capacidades de comunicación de PLC y el desarrollo de la tecnología de interfaz hombre-máquina, se ha vuelto muy fácil utilizar PLC para formar varios sistemas de control.

3 Fácil de aprender y usar, popular entre el personal técnico y de ingeniería

Como computadora de control industrial general, el PLC es un equipo de control industrial para empresas industriales y mineras. Su interfaz es sencilla y el lenguaje de programación es de fácil aceptación por parte del personal técnico y de ingeniería. Los símbolos gráficos y las expresiones del lenguaje del diagrama de escalera son bastante similares a los del diagrama del circuito del relé. Las funciones del circuito del relé se pueden realizar fácilmente utilizando sólo una pequeña cantidad de instrucciones de control de lógica de conmutación del PLC. 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, fácil de mantener y fácil de modificar.

El PLC utiliza lógica de almacenamiento en lugar de lógica de cableado, lo que reduce en gran medida el cableado externo del controla el equipo y facilita el diseño del sistema de control. El ciclo de construcción se acorta considerablemente y el mantenimiento se vuelve más sencillo. Más importante aún, es posible cambiar el proceso de producción del mismo equipo cambiando el programa. Esto es muy adecuado para situaciones de producción con múltiples variedades y lotes pequeños.

5 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. de 150 g y el consumo de energía es de sólo unos pocos vatios. Debido a su reducido tamaño, es fácil de instalar en el interior de la máquina, lo que lo convierte en un dispositivo de control ideal para 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 procesamiento.

En la actualidad, el PLC se ha utilizado ampliamente en acero. , petróleo, industria química, etc. en el país y en el extranjero, en diversas industrias como la energía eléctrica, materiales de construcción, fabricación de maquinaria, automóviles, textiles, transporte, protección del medio ambiente, cultura y entretenimiento, etc., el uso se puede resumir aproximadamente en. las siguientes categorías.

1 Control lógico de valores de conmutación

Este es el campo de aplicación más básico y extenso de PLC. Reemplaza el circuito de relé tradicional y realiza control lógico y control de secuencia. para una sola También se puede utilizar para controlar varias máquinas y líneas de montaje automatizadas. Como máquinas de moldeo por inyección, máquinas de impresión, maquinaria grapadora, máquinas herramienta combinadas, rectificadoras, líneas de producción de envases, líneas de galvanoplastia, etc.

2 Control de cantidades analógicas

En el proceso de producción industrial, hay muchas cantidades que cambian continuamente, como temperatura, presión, flujo, nivel y velocidad del líquido, etc., que son todas cantidades analógicas. Para que el controlador programable procese cantidades analógicas, se debe implementar la conversión A/D y la conversión D/A entre cantidades analógicas (Analog) y cantidades digitales (Digital). Todos los fabricantes de PLC producen módulos de conversión A/D y D/A compatibles para permitir el uso de controladores programables para control analógico.

3 Control de movimiento

El PLC se puede utilizar para controlar el movimiento circular o el movimiento lineal. En términos de configuración del mecanismo de control, al principio, los módulos de E/S de conmutación se usaban directamente para conectar sensores y actuadores de posición. Hoy en día, generalmente se usan módulos de control de movimiento dedicados. Como módulos de control de posición de un solo eje o de varios ejes que 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 de circuito cerrado de cantidades analógicas como temperatura, presión, flujo, etc. Como computadora de control industrial, el PLC puede programar varios algoritmos de control para completar el control de circuito cerrado. El ajuste PID es un método de ajuste comúnmente utilizado en sistemas generales de control de circuito cerrado. Los PLC grandes y medianos tienen módulos PID y muchos PLC pequeños también tienen este módulo funcional. El procesamiento PID generalmente ejecuta una subrutina PID dedicada. 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, operaciones lógicas), transmisión de datos, conversión de datos, clasificación, búsqueda de tablas, operaciones de bits. , etc. Puede completar la recopilación, el análisis y el procesamiento de datos. Estos datos se pueden comparar con los valores de referencia almacenados en la memoria para completar determinadas operaciones de control. También se pueden transmitir a otros dispositivos inteligentes mediante la función de comunicación, o se pueden imprimir y tabular. El procesamiento de datos se utiliza generalmente en sistemas de control a gran escala, como sistemas de fabricación flexibles no tripulados; también se puede utilizar en sistemas de control de procesos, como algunos sistemas de control a gran escala en las industrias de fabricación de papel, metalurgia y alimentos.

6 Comunicación y redes

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

Generalmente, la mesa deslizante CNC en la línea automática de máquinas herramienta combinadas adopta un servomecanismo de circuito abierto impulsado por un motor paso a paso. El carro CNC controlado por PLC se compone de un controlador programable, un distribuidor de pulso circular, un controlador de motor paso a paso, un motor paso a paso y un mecanismo de servo transmisión.

Los engranajes Z1 y Z2 en el mecanismo de servo transmisión Anti -se deben tomar medidas de contragolpe para evitar zonas muertas inversas o una disminución en la precisión del procesamiento y el par de transmisión de husillo debe determinarse en función de los requisitos de precisión de procesamiento de la unidad para determinar si se debe utilizar un par de husillos de bolas; El uso de un par 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 el costo es alto y no puede autobloquearse.

8 Estructura de 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, dial de datos módulo de entrada y transmisión de datos, módulo de visualización de salida digital, módulo de detección automática y alarma por falla de componente.

Debido a que toda la estructura del software es relativamente grande, 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, que habilitan tres relés de salida a través de un seis trifásico. -El distribuidor de anillo de batido Y430, Y431 y Y432 controlan el motor paso a paso según el modo de encendido de seis batidos simple y doble. 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 ajuste del contador se determina según la carrera.

Por ejemplo, supongamos que la herramienta o el banco de trabajo quiere moverse del punto A al punto C. Se sabe que AC = 200 mm divide AC en dos secciones AB y BC, AB = 196 mm, BC = 4 mm es el posicionamiento aproximado. carrera y adopta un movimiento rápido equivalente a pulso de 0,1 mm/paso, usando un contador de 6 bits (C660/C661), y el segmento BC es la carrera de posicionamiento preciso, usando un pulso equivalente a 0,01 mm/paso para un posicionamiento preciso, usando el contador de 3 bits C460 y entra al final del posicionamiento aproximado. Al mismo tiempo que se realiza el posicionamiento preciso, el PLC activa automáticamente el punto de salida del embrague electromagnético Y433 para realizar el reemplazo del mecanismo de transmisión.

9 Método de conexión a tierra del sistema de control PLC

(1) Debido a la carcasa metálica de los gabinetes de PLC, consolas operativas, gabinetes de distribución de energía y otros equipos eléctricos y al metal normalmente no energizado Las partes del equipo de control pueden transportar voltaje peligroso debido a diversas razones (como corrosión, daños en el aislamiento, etc.), por lo que se debe realizar una conexión a tierra de protección. Los equipos con una fuente de alimentación inferior a 36 V no necesitan conectarse a tierra sin requisitos especiales. .

(2) El potencial de referencia en el sistema de control PLC es el potencial de referencia para el funcionamiento de cada bucle. La línea de conexión del potencial de referencia se denomina tierra del sistema. Generalmente es el cable de cero voltios. de la fuente de alimentación de CC del circuito de control. El sistema está conectado a tierra. Existen métodos de conexión a tierra flotante, métodos de conexión a tierra directa y métodos de conexión a tierra capacitiva.

(3) El terminal de conexión a tierra de blindaje configurado para evitar la inducción electrostática y la inducción de campos magnéticos debe estar blindado y conectado a tierra. La conexión a tierra del bucle de señal y la conexión a tierra de blindaje también se conocen comúnmente como conexión a tierra de trabajo.

Generalmente, el principio de control de los métodos de conexión a tierra anteriores es: la tierra de protección y la tierra de trabajo no se pueden mezclar. Esto se debe a que habrá una diferencia de potencial de varios milivoltios o incluso de varios voltios entre los dos puntos. de cada sección del cable de tierra protector de la fuente de alimentación. Esta es una interferencia muy grave para los circuitos de señal de bajo nivel. Tierra de 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 de blindaje del cable tiene más de un punto de conexión a tierra, la corriente de ruido será. generado y forma una fuente de interferencia de ruido.

La resistencia de puesta a tierra utilizada en este sistema debe estar dentro del rango especificado para sistemas de control compuestos por PLC, generalmente debe ser inferior a 4 Ω y debe tener suficiente resistencia mecánica y tratamiento anticorrosión. debe realizarse con antelación. El sistema de control compuesto por PLC puede configurar un sistema de puesta a tierra independiente y también puede utilizar las condiciones del sitio para realizar una "unión equipotencial" para el diseño de puesta a tierra.

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 a través de conexiones para expresar las instrucciones del PLC utilizadas y sus En secuencia, es Muy similar a un esquema eléctrico. Hay dos tipos de conexiones: una es la barra colectora y la otra son los cables internos horizontales y verticales. Las líneas horizontales y verticales internas conectan las instrucciones del símbolo del diagrama de escalera en un grupo de instrucciones. Este grupo de instrucciones generalmente comienza con la instrucción de carga (LD) y es seguido por varias instrucciones de entrada (incluidas instrucciones LD) cuando es necesario para establecer condiciones lógicas. Finalmente, hay instrucciones de salida para realizar el control de salida, o instrucciones para control de datos, control de procesos, procesamiento de comunicaciones, trabajo de monitoreo, etc., para realizar el trabajo correspondiente. La barra colectora se utiliza para conectar grupos de comando. La siguiente figura es el diagrama de escalera más simple de los productos de la serie FX2N de Mitsubishi:

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

11 Correspondencia entre el diagrama de escalera y el mnemotécnico:

Las instrucciones mnemotécnicas tienen una correspondencia estricta con las instrucciones del diagrama de escalera, y la conexión del diagrama de escalera puede conectar 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 el diagrama de escalera, se puede traducir a un programa mnemotécnico. El programa mnemotécnico en la imagen de arriba es:

Variable de comando de dirección

0000 LD X000

0001 OR X010

0002 Y NO X001

0003 OUT Y000

0004 END

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, también se puede establecer una cierta relación correspondiente entre el diagrama de escalera y el diagrama esquemático eléctrico.

Por ejemplo, la instrucción de salida (OUT) del diagrama de escalera corresponde a la bobina del relé, mientras que la instrucción de entrada (como LD, AND, OR) corresponde al contacto, y la instrucción de enclavamiento (IL, ILC) puede ser considerado como un interruptor maestro, 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 muy fácil utilizar programas de PLC para representar 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

Generalmente, el control de carrera de las mesas deslizantes hidráulicas y mecánicas se realiza mediante el uso de sensores de posición o presión (interruptor de carrera/parada muerta), mientras que la carrera de las mesas deslizantes CNC se realiza mediante control digital. Se puede ver en la estructura de la mesa deslizante CNC que la carrera de la mesa deslizante es proporcional al ángulo de rotación total del motor paso a paso, por lo que solo se puede controlar el ángulo de rotación total del motor paso a paso. A partir del principio de funcionamiento y las características del motor paso a paso, podemos saber que 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 del servomecanismo (mm)

d—— el pulso equivalente del servomecanismo (mm/pulso)

2 Control de velocidad de alimentación

La velocidad de alimentación del servomecanismo depende de la velocidad del motor paso a paso y de la velocidad del el motor paso a paso depende de la frecuencia de pulso de entrada; por lo tanto, se puede determinar de acuerdo con los requisitos del proceso. Velocidad de alimentación, determine la frecuencia de pulso de salida por el PLC:

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

Donde Vf——velocidad de avance del servomecanismo (mm /min)

3 Control de dirección de avance

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

5. Estado nacional e internacional del PLC

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. La gente rápidamente lo introdujo en los controladores programables, que agregaron funciones de computación, transmisión de datos y procesamiento al PLC, completando un dispositivo de control industrial que realmente tiene características de computadora. Para facilitar el uso del personal técnico y de ingeniería que esté familiarizado con los sistemas de relés y contactores, el controlador programable utiliza un diagrama de escalera similar al diagrama de circuito del relé como lenguaje de programación principal, y los elementos de almacenamiento de computadora involucrados en el cálculo y el procesamiento son lleva el nombre de relés. El PLC en ese momento era un producto de la combinación de tecnología de microcomputadoras y conceptos de control de relés convencionales.

A mediados y finales de la década de 1970, los controladores programables entraron en la etapa de desarrollo práctico. La tecnología informática se introdujo por completo en los controladores programables, lo que dio un salto en sus funciones. Mayor velocidad de cálculo, tamaño ultrapequeño, diseño industrial antiinterferencias más confiable, cálculo analógico, función PID y rendimiento de costos extremadamente altos 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. El desarrollo de controladores programables durante este período se caracterizó por la serialización de productos a gran escala, alta velocidad, alto rendimiento. Otra característica de esta etapa es que el número de países que producen controladores programables está aumentando y la producción está aumentando. Esto indica que los controladores programables han entrado en una etapa de madurez.

A finales del siglo XX, el desarrollo de los controladores programables se caracterizó por ser más adaptables 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 diversos tipos de control, como presión, temperatura, velocidad de rotación 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 alcanzado un desarrollo considerable.

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, la aplicación de PLC se amplió continuamente en los equipos de producción y productos de varias empresas. Actualmente, nuestro país ya puede producir controladores programables de tamaño pequeño y mediano. Varios productos, como la serie CF producida por Shanghai Dongwu 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 La fábrica de computadoras electrónicas de Suzhou ha alcanzado cierta escala y se ha aplicado en productos industriales. Además, las empresas conjuntas chino-extranjeras como Wuxi Huaguang Company y Shanghai Xiangdao Company también son fabricantes de PLC relativamente famosos en mi país. Se puede esperar que con la profundización del proceso de modernización de mi país, PLC tenga una aplicación más amplia en mi país.

6. Perspectivas futuras del PLC

En el siglo XXI el PLC tendrá un mayor desarrollo. Desde un punto de vista técnico, los nuevos logros en tecnología informática se utilizarán más en el diseño y fabricación de controladores programables, y aparecerán variedades con mayor velocidad de computación, mayor capacidad de almacenamiento y mayor inteligencia desde la perspectiva de la escala del producto; se desarrollará aún más en la dirección de lo ultrapequeño y lo ultragrande; desde la perspectiva de la compatibilidad del producto, la variedad de productos será más rica y las especificaciones serán más completas, la interfaz hombre-máquina perfecta y el equipo de comunicación completo se adaptarán mejor. varios controles industriales. Las necesidades de la ocasión desde una perspectiva de mercado, la situación en la que cada país produce una variedad de productos se romperá a medida que se intensifique la competencia internacional. Habrá una situación en la que unas pocas marcas monopolizarán el mercado internacional. surgirá un lenguaje de programación común a nivel internacional; desde la perspectiva de Internet A juzgar por la situación de desarrollo, la dirección de desarrollo de la tecnología de controladores programables es que los controladores programables y otras computadoras de control industrial estén conectados en red para formar un sistema de control a gran escala. Hay una gran cantidad de aplicaciones de controladores programables en el actual sistema de control distribuido por computadora DCS (Sistema de control distribuido). 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 y más allá.