1 引言
工業機器人、可編程控制器和數控機床被稱為自動化工業的三大支柱，現已經被廣泛應用于工業生產的各個領域。在機械制造業中機床是不可或缺的設備之一，其各種機械傳動系統和電氣控制系統的精密配合才能更有效的保證正常或超額完成工作量。并且只有在不斷的優化更新PLC在控制系統中的設計，才能促進我過制造業的蓬勃發展，使得機床控制水平更上一層樓。
2 機械壓力機控制系統原理
圖1 控制原理圖
圖1可以看出,PLC 是控制系統的核心,輸入信號為傳感器與接近開關, 移動按鈕, 行程開關，凸輪開關,雙手輸出操作站，壓力開關，液位開關等;其輸出信號控制中間繼電器, 接觸器, 電磁閥,信號燈。能對微調，寸動,單次, 連續預置行程控制；能對潤滑系統的定時控制與監控,；能對液壓超載保護控制和平衡器的風壓自動調整與監視控制；并利用凸輪能實現單次防重復。簡化了系統的結構，利于對壓力機的操控與監視，提高了安全性能分析。壓力機不可放置在暴露的外界環境中，周圍的環境溫度應在-5-40℃并且保證環境干燥，通風良好，沒有酸堿腐蝕。壓力機具有必要的操作、指示、連鎖與安全保護裝置，符合GB5226-2002《機床電氣設備通用技術條件》和JB3350－83《機械壓力機安全技術條件》。
3 系統整體控制方案設計
3.1 硬件系統設計
壓力機控制系統的核心是歐姆龍CJ2M-CPU33可編程控制器，D網通訊選項卡，2個安全繼電器（PZHZ X4P,PNOZ X2.8P），OMRON的RS-422/485選項板、電源模塊、I/O控制單元、0.7m連接電纜、I/O接口單元、溫度控制單元、模擬量模塊、繼電器輸出模塊、直流輸入單元、總線模塊、DeviceNet通信模塊等。皆安裝在電控柜內。為了便于機床操作和維修，在操作面板上除配備了必要的指示燈外，還設置了PRO-FACE的GP4501TADW觸摸屏，其額定電壓DC24V屏幕大小10.4英寸，用于指示壓力機主要控制回路的工作狀況及參數設置，如控制壓力，裝模高度、氣墊行程等參數。本壓力機采用了一系列機電一體化技術，主電機采用交流變頻電動機，行程控制和其它輔助動作的控制則應用了電子凸輪開關，具備潤滑次數檢測功能，可以在觸摸屏上顯示關鍵潤滑點的供油次數；應用數字測控技術，具有裝模高度調整功能。
PLC和變頻器連接，壓力的飛輪以及傳動系統由額定電壓AC380V，額定頻率50HZ的三相異步電動機實現。PLC通過Ethernet局域網絡通信變頻器，由設定標簽名稱與地址對接的報文實現對變頻器的轉速控制和實際當前速度的反饋以及啟動停止、三相線電壓電流的監控。以太網的標準拓撲結構是總線型拓撲，是一種計算機局域網技術。IEEE組織的IEEE802.3標準制定了以太網技術標準，規定包括物理層的連接、電子信號和介質訪問層協議的內容。使之節點對接更迅速，更穩定，更精確，有效的在工業環境中精準工作。PLC和觸摸屏的連接，也使用以太網通訊，制作觸摸屏畫面監控相應的地址信息以及更改各類參數值。DeviceNet是由美國Allen-Bradley公司制造的一種自動化技術的現場總線標準。PLC攜帶D網模塊，PLC通過D網通訊模塊連接電子凸輪與轉角指示器，實時監控滑塊角度。圖2是網絡通訊圖。圖3與圖4是操作站I/O地址分配表，由接線圖和原理圖配置硬件接線，此處原理圖和接線圖不一一給出。
圖2 網絡通訊圖
圖3 操作站關鍵輸入地址分配表
圖4 雙閥控制輸出地址分配
3.2硬件通訊配置
（1）因為變頻器選用的AB755系列變頻器，所以與歐姆龍PLC進行通訊時需要中間EDS文件來實現，首先變頻器和PC用網線連接，設置好共同的IP網段，用Rs-linx安裝EDS文件，掃描變頻器節點，設置固有的IP地址。然后用OMRON軟件中的Network Configurator通過EIP來實現通訊。掃描網絡節點設定完成標簽速度給定與反饋。
圖5 標簽名稱長度設定
圖6 組態完成界面
然后在PLC符號中將程序中的速度給定與反饋地址匹配好設置的標簽名稱，便可以通過操作站次數設定來實現對變頻器的操作。以下是主電機速度設定與反饋的程序段，
圖7 主電機控制程序
（2）Pro-face觸摸屏與PLC實現EIP通訊，同樣將兩者用網線連接，在PC端和HIM端設置相同的IP地址段，然后將編輯好的觸摸屏程序下載到觸摸屏中，離線HIM同時要在觸摸屏輸入控制器PLC的IP地址，PLC的IP：192.168.1.99，觸摸屏IP：192.168.1.10，變頻器IP：192.168.1.5。
圖8 人機界面中各畫面之間的關系
介紹一些關于編制畫面時涉及到的一些功能元件與原理介紹。
位開關：用于信號輸入畫面中；功能開關：用于畫面之間的切換；指示燈：用于兩種不同狀態的顯示區別；數值顯示器與時間顯示器：直接顯示所需要的數值和與系統相一致的時間，使各畫面更為一致整潔；文本，圖像等。
利用人機界面與PLC的對話功能，在觸摸屏上將輸入輸出以及一些重要的中繼訊號做成文字和變色框圖，行成工作狀態流程圖的形式顯示，工作狀態流程節點呈現綠色為接通，紅色為中斷。如圖9為機床各部位重要參數的監控，如圖10位主潤滑的監控，當出現潤滑次數的不正常時，觸摸屏隨時顯示當前潤滑故障紅色報警指示。如圖11為各部位操作提示界面，當左邊的故障報警指示燈從綠色變為紅色時提示此部位存在故障必須進行相應部分的硬件檢查和程序測試,在右側做了主要功能的畫面切換開關，然后在程序中作出對應的畫面號的內容，進一步仔細監控工作的所有的步驟，為壓機工作的狀態分析提供了可靠的依據。
圖9 機床狀態監控界面
圖10 潤滑狀態監控
圖11 操作提示界面
4 主要程序段和操作流程
潤滑主要程序段：壓力機潤滑系統由油箱、油泵、濾油器、壓力繼電器、分油器等部分組成。其中，一組高低油位檢測開關，及若干套油泵、濾油器均安裝在油箱上面。操作及工作狀態顯示則集中在操作站上。按下“油泵開動”按鈕，“油泵運行”指示燈亮，油泵運行一分鐘后，“潤滑正常”指示燈亮，表明潤滑系統工作正常。如果“過濾器堵塞”指示燈亮時，表明潤滑油中雜質堵塞了濾油器，應予以清理；在油箱加油過程中，請注意觸摸屏上的“高油位”指示燈，如果亮，表明油箱已滿，應停止加油。在油泵運行后，對于機床主要部位的潤滑情況，通過接近開關進行檢測。其中，對主分油器、連桿次分油器進行潤滑次數檢測，并且每個部位潤滑次數均達到要求后，視為潤滑正常，潤滑正常作為條件，連鎖主電機、行程動作。
（1）潤滑次數監控程序段和操作流程
圖12 潤滑監控程序段及操作流程
（2）如圖（13）所示為行程雙閥啟動繼電器程序段和主電機開動操作。
圖13離合器-制動器閥組啟動程序段及主電機開動
5 結束語
基于控制系統的龐大性，本文介紹了整體的控制框架與思路，還有幾個主要部位的設計，沒有全部一一分析。目前在科技的帶動下，PLC憑借其自身可靠的穩定性，與適應環境能力強的特點，在各個領域廣泛運用。在工業壓力機中，由于運用了大量的輸入輸出點和互相連鎖，PLC的編程者必須了解掌握各個指令，按一定的流程反復調試更正程序，使程序更具有邏輯性和準確性。本壓機針對中小型壓機的操作復雜性和智能化低，設計出的一種更方便，更直接，更安全高效的電氣控制系統。