PLC在軸承套圈自動車床中的應(yīng)用

王建共，馬春偉

(浙江進泰機械設(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，勞動強度大且存在安全隱患；自動車床大多采用單片機為控制中心，步進電動機為驅(qū)動裝置，機床操作相對方便，但生產(chǎn)中故障率高，單片機控制系統(tǒng)易受干擾，步進電動機高速易失步，精度較低。

為進一步提高設(shè)備的工作效率和可靠性，設(shè)計了以PLC為控制中心的軸承套圈自動機床控制系統(tǒng)，取代原來的單片機系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)操作人員輸入的加工數(shù)據(jù)及動作時序參數(shù)控制各執(zhí)行部件動作，完成工件的裝夾、車削、成品收集等加工工序，具備完善的故障報警功能和工件統(tǒng)計功能。

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進行通信；采用TD220觸摸屏作為人機界面，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)場接入PLC的輸入信號端；PLC輸出點直接控制電磁閥、接觸器；PLC輸出一路脈沖及方向信號控制伺服單元的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向；控制系統(tǒng)需要15個輸入點(其中1點為高速輸入點)和11個輸出點(其中1點為高速脈沖輸出)，采用了DVP12SA11T主機加DVP16SP11R擴展模塊，其共有16個輸入點和12個輸出點，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)動機構(gòu)。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1 TD220顯示終端[2]

人機界面設(shè)計遵循采用動態(tài)文本表現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)，故障報警信息顯著明顯，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

2.2.1 輔助動作設(shè)計

輔助動作主要是氣缸以及主軸電動機的動作，包括上料、夾緊、拖板、接料等。機床整個工作過程以順序功能圖SFC方式編程實現(xiàn)，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換信號為外部行程開關(guān)信號或內(nèi)部定時器信號。SFC程序中，PLC會自動完成各狀態(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)計算

操作人員輸入的加工數(shù)據(jù)(值)為百分數(shù)，進給量單位為毫米。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Y0的脈沖輸出結(jié)束后，PLC系統(tǒng)中有特殊M點M1029置位，根據(jù)此標志位決定加工程序工步的切換。數(shù)據(jù)計算公式為：脈沖速度=速度值(百分數(shù))×最大脈沖速度/1 000；脈沖數(shù)=進給量(mm)/脈沖當量。最大脈沖速度及脈沖當量是系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)機床配置預(yù)先設(shè)定。

圖6 PLSY指令使用規(guī)范

2.2.3 故障報警程序

故障報警程序的基本原理是利用PLC邏輯和運算功能，把控制過程中的各種狀態(tài)與理想狀態(tài)進行比較，發(fā)現(xiàn)異常即按設(shè)定的程序進行報警。程序?qū)Ω黝悎缶畔⑦M行編號，保存最近4次的報警編號，顯示終端根據(jù)寄存器中的報警編號顯示相應(yīng)的報警內(nèi)容，直觀明確。如當拖板的前、后限位行程開關(guān)都閉合時，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)動器和伺服電動機組成?？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，與電動機尾部編碼器回饋的驅(qū)動器脈沖信號相比較，得到的差值為控制量，再經(jīng)驅(qū)動器放大后驅(qū)動電動機。伺服電動機的轉(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；伺服電動機驅(qū)動避免了步進驅(qū)動易失步，速度低的缺點，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，顯示終端也為人機交流提供了極方便的渠道。該機床經(jīng)過長期運行表明，整個系統(tǒng)設(shè)計合理，控制精度高，運行可靠，提高了生產(chǎn)自動化水平，減少了操作人員的勞動強度。