王建共，馬春偉

(浙江進(jìn)泰機(jī)械設(shè)備有限公司，浙江 新昌 312500)

軸承套圈的車削加工要求精度高，生產(chǎn)效率高。目前車加工設(shè)備主要為普通車床和自動(dòng)車床2類，普通車床的加工精度低，效率低，需要人工上、下料，勞動(dòng)強(qiáng)度大且存在安全隱患；自動(dòng)車床大多采用單片機(jī)為控制中心，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，機(jī)床操作相對(duì)方便，但生產(chǎn)中故障率高，單片機(jī)控制系統(tǒng)易受干擾，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)高速易失步，精度較低。

為進(jìn)一步提高設(shè)備的工作效率和可靠性，設(shè)計(jì)了以PLC為控制中心的軸承套圈自動(dòng)機(jī)床控制系統(tǒng)，取代原來的單片機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)操作人員輸入的加工數(shù)據(jù)及動(dòng)作時(shí)序參數(shù)控制各執(zhí)行部件動(dòng)作，完成工件的裝夾、車削、成品收集等加工工序，具備完善的故障報(bào)警功能和工件統(tǒng)計(jì)功能。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，選用DVP-SA可編程控制器[1]；PLC通過RS232進(jìn)行通信；采用TD220觸摸屏作為人機(jī)界面，以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值和狀態(tài)，從而使操作人員能夠自如地控制設(shè)備；按鈕、行程開關(guān)及各種現(xiàn)場(chǎng)接入PLC的輸入信號(hào)端；PLC輸出點(diǎn)直接控制電磁閥、接觸器；PLC輸出一路脈沖及方向信號(hào)控制伺服單元的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向；控制系統(tǒng)需要15個(gè)輸入點(diǎn)(其中1點(diǎn)為高速輸入點(diǎn))和11個(gè)輸出點(diǎn)(其中1點(diǎn)為高速脈沖輸出)，采用了DVP12SA11T主機(jī)加DVP16SP11R擴(kuò)展模塊，其共有16個(gè)輸入點(diǎn)和12個(gè)輸出點(diǎn)，可滿足系統(tǒng)要求；參照其他車床設(shè)備選取ASDA-B系列750W伺服單元用于x軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 TD220顯示終端[2]

人機(jī)界面設(shè)計(jì)遵循采用動(dòng)態(tài)文本表現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)，故障報(bào)警信息顯著明顯，操作方便的原則。界面內(nèi)容包括設(shè)備的狀態(tài)信息(圖2)，故障報(bào)警信息(圖3)，加工數(shù)據(jù)設(shè)定(圖4)等。

圖2 狀態(tài)信息示意圖

圖3 報(bào)警信息示意圖

圖4 加工數(shù)據(jù)設(shè)定示意圖

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

2.2.1 輔助動(dòng)作設(shè)計(jì)

輔助動(dòng)作主要是氣缸以及主軸電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作，包括上料、夾緊、拖板、接料等。機(jī)床整個(gè)工作過程以順序功能圖SFC方式編程實(shí)現(xiàn)，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換信號(hào)為外部行程開關(guān)信號(hào)或內(nèi)部定時(shí)器信號(hào)。SFC程序中，PLC會(huì)自動(dòng)完成各狀態(tài)間的互鎖及雙重輸出等處理。部分SFC流程如圖5所示。

圖5 部分SFC流程

2.2.2 加工數(shù)據(jù)計(jì)算

操作人員輸入的加工數(shù)據(jù)(值)為百分?jǐn)?shù)，進(jìn)給量單位為毫米。輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換為PLC脈沖后輸出PLSY指令所需的脈沖頻率及脈沖數(shù)，PLSY指令使用規(guī)范如圖6所示。其中，S1指定脈沖輸出頻率；S2指定脈沖輸出數(shù)量；D指定脈沖輸出裝置。S1，S2可以用常數(shù)或寄存器指定，實(shí)際應(yīng)用中S1，S2指定為寄存器，在加工程序中的不同工步，以不同的脈沖頻率、脈沖數(shù)傳入寄存器；D指定為Y0。在DCP-SA可編程控制器中，當(dāng)Y0的脈沖輸出結(jié)束后，PLC系統(tǒng)中有特殊M點(diǎn)M1029置位，根據(jù)此標(biāo)志位決定加工程序工步的切換。數(shù)據(jù)計(jì)算公式為：脈沖速度=速度值(百分?jǐn)?shù))×最大脈沖速度/1 000；脈沖數(shù)=進(jìn)給量(mm)/脈沖當(dāng)量。最大脈沖速度及脈沖當(dāng)量是系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)機(jī)床配置預(yù)先設(shè)定。

圖6 PLSY指令使用規(guī)范

2.2.3 故障報(bào)警程序

故障報(bào)警程序的基本原理是利用PLC邏輯和運(yùn)算功能，把控制過程中的各種狀態(tài)與理想狀態(tài)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)異常即按設(shè)定的程序進(jìn)行報(bào)警。程序?qū)Ω黝悎?bào)警信息進(jìn)行編號(hào)，保存最近4次的報(bào)警編號(hào)，顯示終端根據(jù)寄存器中的報(bào)警編號(hào)顯示相應(yīng)的報(bào)警內(nèi)容，直觀明確。如當(dāng)拖板的前、后限位行程開關(guān)都閉合時(shí)，PLC將數(shù)值“6”傳入寄存器，可編程顯示終端根據(jù)“6”顯示為AL06_拖板位置異常(圖3)。以往故障記錄可按上查、下查按鈕進(jìn)行查詢。

2.3 ASDA-B交流伺服單元[3]

ASDA-B伺服單元由伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)組成?？梢酝瓿赊D(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、位置的3種伺服控制，本例中使用位置控制方式。位置控制下的伺服單元接受脈沖命令信號(hào)，與電動(dòng)機(jī)尾部編碼器回饋的驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào)相比較，得到的差值為控制量，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于脈沖頻率轉(zhuǎn)角和脈沖數(shù)。

3 結(jié)束語

采用PLC控制機(jī)床電控部分使其抗干擾能力提高，增加了設(shè)備的柔性；伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)避免了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)易失步，速度低的缺點(diǎn)，提高了加工精度和速度；PLC的故障診斷程序配合顯示終端，提高了故障診斷效率，顯示終端也為人機(jī)交流提供了極方便的渠道。該機(jī)床經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行表明，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，控制精度高，運(yùn)行可靠，提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平，減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。