蔣玲 賈冕茜 陳慧蓉

摘要：設(shè)計了一種基于移位讀寫指令的沖床控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)中，PLC將來自觸摸屏、外部開關(guān)信號通過輸入、輸出接口控制三相交流異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而實現(xiàn)十字滑臺X軸和Y軸運(yùn)動、沖頭升降、沖頭沖孔等操作;通過采用移位寫入SFWR、移位讀出SFRD寫指令，有效解決了選擇加工模式時，孔隨機(jī)選擇，難以排序的問題，通過絕對定位指令DRVA，化解了隨機(jī)選擇時加工孔之間位置不確定性，無法準(zhǔn)確定位的問題。借助于嵌入版MCGS軟件中安全機(jī)制，采用憑賬號密碼登陸，避免無關(guān)人員誤操作，觸摸屏TPC7062TI中直觀顯示沖床加工孔的位置，實時顯示各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，便于實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。實踐表明，該沖床控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求，具有工程應(yīng)用的價值。

Abstract： This paper designed a kind of punching machine control system based on displacement， speaking， reading and writing instruction， the control system， PLC will come from the touch screen by input interface， external switch signal output interface to control the three-phase ac asynchronous motor， servo motor， stepping motor， which can realize the cross slide X axis and Y axis movement， such as the punch lifting， punch punching operation; By using the shift to write SFWR and the shift to read out the SFRD write instruction， the problem of difficult sorting of holes in the selection of processing mode is effectively solved. By using the absolute positioning instruction DRVA， the problem of indeterminable positions between machining holes in the random selection is solved. With the help of the security mechanism in the embedded MCGS software， the user logs in with the account password to avoid the misoperation of irrelevant personnel. The position of punching hole is visually displayed in the touch screen TPC7062TI， and the running state of each motor is displayed in real time， facilitating remote monitoring. The practice shows that the punch control system can realize the control requirements and has the value of engineering application.

關(guān)鍵詞：FX3UPLC;移位寫入指令;移位讀出指令;沖床;定位控制 ;TPC7062TI

Key words： FX3UPLC;SFWR;SFRD;punch press;positioning control;TPC7062TI

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）02-0104-03

0 ?引言

沖床控制系統(tǒng)由十字滑臺送料機(jī)構(gòu)、鋼板夾緊裝置、沖頭裝置組成。工作時將要沖孔的鋼板夾緊，通過十字滑臺送料機(jī)構(gòu)將鋼板移動到?jīng)_頭下方，沖頭向下運(yùn)動，在鋼板規(guī)定位置沖孔。其中十字滑臺送料動作由X軸電機(jī)與Y軸電機(jī)驅(qū)動，沖頭向下及返回動作由沖頭升降電機(jī)驅(qū)動，沖孔動作由沖孔電機(jī)驅(qū)動。本文采用移位讀寫指令設(shè)計了沖床控制系統(tǒng)，大大簡化程序編寫，有效解決了隨機(jī)加工模式時，孔隨機(jī)選擇無法排序加工的問題，利用絕對位置控制DRVA指令結(jié)合每個孔相對于原點位置固定的特點，化解了隨機(jī)加工時，上一個孔與下一個待加工孔之間位置不確定問題。[1][2]使用TPC7062TI觸摸屏，可視化的人機(jī)界面能夠在線監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，增強(qiáng)了人機(jī)交互。

1 ?沖床控制系統(tǒng)控制要求

本設(shè)計中要求能實現(xiàn)沖床在鋼板上沖孔7個，各孔的位置如圖1所示。

比如要加工5號孔，X軸電機(jī)從原點SQ1開始運(yùn)行至5號孔對應(yīng)位置，然后Y軸電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行SA2位置，即十字滑臺送料到位;之后沖頭升降電機(jī)下降并到位停止，最后沖頭電機(jī)運(yùn)行沖孔。沖孔完成后，沖頭電機(jī)停止，沖頭升降電機(jī)上升。十字滑臺根據(jù)要求進(jìn)行返回原點或是繼續(xù)工作。

沖床加工要求能實現(xiàn)三種工作方式可選，第一種模式是單孔加工，按一下起動按鈕SB1，加工一個孔，按照1-2-3-4-5-6-7的順序依次加工;第二種是連續(xù)加工模式，只按一下起動SB1，則按照1-2-3-4-5-6-7的順序把7個孔連續(xù)加工完成;第三種是選擇加工模式，點擊任意孔的位置，則按照選擇順序，進(jìn)行加工，一次最多選擇3個孔進(jìn)行加工。

工作臺處于在原點（SQ1，SA1）、沖頭在上限位SA5，其他各檢測點（SA2～SA4）常開;所有電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。如果工作臺不在原點（SQ1，SA1），則按下SB1先返回原點。單孔加工模式與連續(xù)加工模式結(jié)束后，工作臺返回原點（SQ1，SA1），即X軸電動機(jī)處于SQ1處，Y軸電機(jī)處于SA1處。

系統(tǒng)自動運(yùn)行過程中，按下停止按鈕SB2，把當(dāng)前孔加工完成后，停止運(yùn)行。當(dāng)停止后再次啟動，系統(tǒng)保持上次運(yùn)行的記錄。

當(dāng)按下急停按鈕SB3，電機(jī)立即停止工作。出現(xiàn)“緊急情況，系統(tǒng)停止”的報警畫面。畫面解除后，系統(tǒng)回到工作模式界面，系統(tǒng)在原先暫停的地方繼續(xù)工作。

2 ?控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 沖床控制系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)沖床控制系統(tǒng)的控制要求，選用FX3U-32MT PLC作為主控制器，上位機(jī)選用 TPC 7062Ti觸摸屏。采用PLC控制直流繼電器KA，然后KA的常開觸點控制交流接觸器KM的線圈，KM主觸點控制M4電機(jī)，這樣的設(shè)計不僅解決了晶體管輸出型的PLC不能控制交流接觸器的問題，而且還能有效地保護(hù)PLC，使得系統(tǒng)更為安全可靠。[2][3][4]

2.2 PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)沖床控制系統(tǒng)設(shè)計方案，對I/O地址進(jìn)行分配，完成主電路和PLC外部接線圖。沖床控制系統(tǒng)I/O地址分配如表1所示。

為了減少輸入輸出點數(shù)的使用，電機(jī)狀態(tài)指示燈在觸摸屏上進(jìn)行顯示。

2.3 PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計

沖床工作過程是典型的順序控制，有手動程序和加工程序，其中手動程序針對沖床的調(diào)試和檢修，正常加工程序是運(yùn)行在自動控制狀態(tài)，采用順序功能圖編程方法，三菱GX Works2軟件中可以直接編輯SFC程序，[6]PLC程序中設(shè)置必要的互鎖措施。限于篇幅限制。這里重點介紹第三種是選擇加工模式，點擊任意孔的位置，則按照選擇順序，進(jìn)行加工，選擇的數(shù)量不受限制。本設(shè)計采用移位讀寫指令對所選擇的孔順序進(jìn)行排序，然后按照選擇的先后順序進(jìn)行加工。

2.3.1 存儲1-7號孔編號和X軸位置信息

將1-7號孔的編號和絕對位置對應(yīng)的脈沖數(shù)分別寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器D88、D78中。

加工過程中，M1電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)都是每轉(zhuǎn)500 脈沖;Y軸電機(jī)M2 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)都是每轉(zhuǎn)600 脈沖，由伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要500個脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要600個脈沖，可以計算出圖所示的1-7號孔相對于原點（SQ1，SA1）的X軸絕對位置脈沖數(shù)如表2所示。[4]

1號孔對應(yīng)的X軸絕對位置脈沖數(shù)和孔編號[2]。

類似的方法存儲2-7號孔的信號。

2.3.2 移位寫入SFWR指令寫入1-7號孔編號和孔的X軸位置信息

SFWR為移位寫入指令，這里需要采用脈沖執(zhí)行方式，否則每個掃秒周期都要執(zhí)行。使用的各個數(shù)據(jù)寄存器所存儲的內(nèi)容如表3和表4所示。

2.3.3 移位讀出SFRD指令讀出1-7號孔編號和孔的X軸位置信息

和移位寫入SFWR指令類似，移位讀出SFRD指令也需要采用脈沖執(zhí)行方式，按照先進(jìn)先出的順序，依次讀出孔的信號和孔X軸位置信息，按照選擇的先順序?qū)走M(jìn)行加工操作。PLC程序如下：

S26上升沿沒接通一次，第一條SFRDP指令，在長度為4的數(shù)據(jù)寄存器中，把以D71開始的數(shù)據(jù)寄存器中數(shù)據(jù)依次傳送到D0中，每讀出一個數(shù)據(jù)，整個數(shù)據(jù)局存起都依次向D71寄存器移動一位。且指針D70減1，但指針為0時，不再執(zhí)行指令功能，所選擇的孔加工結(jié)束。第二條SFRDP指令執(zhí)行過程同上。

本設(shè)計中移位讀出指令中使用的各個數(shù)據(jù)寄存器所存儲的內(nèi)容如表5和表6所示。

在選擇加工模式時，由于孔的加工順序是隨機(jī)選擇，所以上一個孔與下一個等待加工的孔之間相對位置不確定的，但是每一個孔相對于原點位置的位置是固定的，所以需要用絕對位置指令DRVA進(jìn)行定位控制程序的設(shè)計，更易實現(xiàn)功能。[3][4]

3 ?人機(jī)界面組態(tài)[7]

按照沖床控制系統(tǒng)要求，觸摸屏監(jiān)控界面設(shè)計共4個窗口，分別為首頁界面、登陸界面、調(diào)試界面、加工界面和報警窗口。限于篇幅，這里只給出加工界面分別如圖5所示[1][6]。

為了避免無關(guān)人員誤操作，導(dǎo)致出現(xiàn)問題，利用嵌入版MCGS中的安全機(jī)制，設(shè)置了憑工號和密碼進(jìn)行登陸，若工號或密碼登入錯誤，則提示“工號或密碼錯誤，您無權(quán)操作！”，需重新登錄。

加工界面具有如下功能：各個電機(jī)工作狀態(tài)指示燈（在對應(yīng)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)動作時以2Hz閃爍）、加工孔的位置顯示;沖頭升降電機(jī)運(yùn)行頻率（Hz）實時顯示;滑臺在X軸方向的位移（cm）實時顯示（由編碼器檢測）;Y軸電機(jī)運(yùn)行速度（r/min）實時顯示。三種加工模式的選擇按鈕，在3種模式下，每加工完一個孔，則該孔在觸摸屏上由灰色變?yōu)榫G色。從開始加工到完全結(jié)束總鉆孔個數(shù)應(yīng)實時顯示。

沖床控制系統(tǒng)在電氣控制柜上模擬調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求。

4 ?結(jié)束語

基于移位讀寫指令的沖床控制系統(tǒng)，TPC7062TI觸摸屏+FX3UPLC步進(jìn)定位控制進(jìn)行孔加工位置選擇控制方案，采用移位寫入SFWR和移位讀出SFRD指令，有效地解決了在隨機(jī)加工模式時，孔隨機(jī)選擇無法排序加工的問題，根據(jù)每個孔相對于原點位置固定的特點，利用絕對位置控制DRVA指令化解了隨機(jī)加工時，上一個孔與下一個待加工孔之間位置不確定性，導(dǎo)致無法進(jìn)行定位控制的問題，不必每個孔加工完成都要回原點，就能實現(xiàn)準(zhǔn)確定位的效果，F(xiàn)X3U功能指令靈活運(yùn)用拓展了編程思路，避免了從繁雜的邏輯控制，提高程序的穩(wěn)定性。觸摸屏使用有利于實現(xiàn)集中監(jiān)控，提高沖床控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，人機(jī)交互強(qiáng)，操作方便，基于移位讀寫指令的沖床控制系統(tǒng)設(shè)計過程具有學(xué)習(xí)借鑒價值，設(shè)計的沖床控制系統(tǒng)具有工程應(yīng)用的價值。[6]

參考文獻(xiàn)：

[1]盧日德.巧用移位讀寫指令實現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)的高效處理[J]. 現(xiàn)代職業(yè)教育，2018（4）：218-219.

[2]李金城.三菱FX2NPLC 功能指令應(yīng)用詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社出版社，2015，7：211-215.

[3]陳慧蓉，蔣玲，張超.基于 PLC控制的多功能雙向自動壓裝機(jī)設(shè)計[J].黑龍江工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2020，20（2）：24-28.

[4]三菱自動化（上海）有限公司. FX系列微型可編程控制器用戶手冊.定位控制篇 [DB/OL]，http：//cn.mitsubishielectric.com/fa/zh/，（2014/6/3），[2017/2/28].

[5]三菱自動化（上海）有限公司. 三菱通用變頻器FR-E700使用手冊 （應(yīng)用篇）[DB/OL]，http：//cn.mitsubishielectric.com/fa/zh/，（2009/4/15），[2017/2/28].

[6]FX3S·FX3G·FX3GC·FX3U·FX3UC系列微型可編程控制器編程手冊[DB/OL]，http：//cn.mitsubishielectric.com/fa/zh/，（2014/3/22），[2017/2/28].

[7]張文明，華祖銀.嵌入式組態(tài)控制技術(shù)（第三版）[M].北京：中國鐵道出版社，2019，7：85-96.

基金項目：安徽省高等學(xué)校教育質(zhì)量與教學(xué)改革工程項目（2020dsgzs42，2019zyk10，2019dsgzs04）;安徽省職業(yè)與成人教育學(xué)會2018年度教育科研規(guī)劃課題（AGZ18041）;蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院技能大賽資源成果轉(zhuǎn)化教學(xué)團(tuán)隊;蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級科技團(tuán)隊（wzykjtd202005）;2020年省級教學(xué)示范課立項建設(shè)項目：可編程控制器;蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級教學(xué)示范課（課堂革命）：現(xiàn)代電氣控制技術(shù)。

作者簡介：蔣玲（1974-），女，安徽桐城人，副教授，工程師，碩士研究生，研究方向為PLC及自動控制，已發(fā)論文20余篇。