廖昌玲

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可編程序控制器(PLC)在龍門平面磨床中的應(yīng)用

廖昌玲

(桂林桂北機器有限責任公司 桂林541003)

介紹了歐姆龍PLC CP1H與歐姆龍觸摸屏結(jié)合、與伺服系統(tǒng)配合實現(xiàn)對龍門平面磨床的完美控制。詳細介紹了龍門平面磨床的結(jié)構(gòu)特點、工作流程及控制過程的實現(xiàn)。結(jié)果表明，通過友好的人機交互界面，實現(xiàn)了加工的人性化，能幫助維修人員準確地查找故障根源并提供了相關(guān)信息，提高了對機床的維修能力，取得了良好的經(jīng)濟效益。

歐姆龍PLC觸摸屏 參數(shù)設(shè)置 龍門平面磨床

龍門平面磨床適用于機械制造、模具等行業(yè)的寬大平面磨削，工件可直接固定在工作臺面或電磁吸盤上，可磨削鋼件、鑄件及有色金屬等材料。機床采用高剛性斜背式定橫梁，雙立柱龍門框架結(jié)構(gòu)，整機剛性充足，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。橫梁上有拖板，拖板沿橫梁導(dǎo)軌可作橫向運動；磨頭隨滑板與拖板作垂直升降運動，滑板導(dǎo)軌為矩形導(dǎo)軌，拖板導(dǎo)軌為貼塑導(dǎo)軌。工作臺由液壓驅(qū)動進行往復(fù)運動，床身與工作臺采用平--—V型貼塑滑動導(dǎo)軌副，工作臺往復(fù)運動采用獨立液壓站驅(qū)動，經(jīng)比例閥作無級調(diào)速，實現(xiàn)快、慢速平穩(wěn)運動；油站設(shè)有油溫冷卻裝置，系統(tǒng)油溫溫升小。磨頭橫向移動采用滾動直線導(dǎo)軌，伺服電動機經(jīng)行星減速器、滾珠絲桿副傳動及由PLC控制實現(xiàn)橫向運動定距、連續(xù)、斷續(xù)進給等功能，并采用電子手輪實現(xiàn)對刀及微量進給功能。磨頭垂直移動采用了鋼導(dǎo)軌及貼塑滑動導(dǎo)軌形式，經(jīng)伺服電動機、垂直蝸輪蝸桿減速器和滾珠絲桿副的傳動實現(xiàn)垂直進給定尺寸磨削、進刀和快速升降等功能，也可使用電子手輪對刀和微進給。磨頭的橫向、垂直方向，工作臺可利用面板操作任意設(shè)定行程距離，免除了傳統(tǒng)的機型由人工調(diào)整行程擋鐵的不便利，提高了生產(chǎn)效率。

1 簡要工藝

加工過程為：使用臥磨頭磨削平面，在工作臺上固定好工件以后開動液壓站。根據(jù)工件的縱向長度設(shè)定工作臺往復(fù)運動的行程，然后再進行橫向行程的設(shè)定，加工范圍設(shè)定好后，即可進行對刀磨削。手動操作磨削時，先開啟液壓站，工作臺在液壓缸的驅(qū)動下進行往復(fù)運動，在面板上的電位器可控制其運動速度。垂直進給可選用手動模式，橫向進給可選擇進給模式。在間歇進給和工作臺換向時，磨頭橫向進給一定長度，用手輪控制磨頭實現(xiàn)上下進刀，簡便安全。本機還配備了自動定尺寸的磨削功能，通過觸摸屏設(shè)置粗磨進刀量、粗磨次數(shù)和精磨次數(shù)等參數(shù)，可進行全自動平面磨削以達到所設(shè)定的尺寸。參數(shù)設(shè)置如圖1所示。

圖1 參數(shù)設(shè)定

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成[1-5]

1)電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括液壓傳動、伺服傳動、數(shù)據(jù)檢測、PLC模塊控制器和觸摸屏部分，都集中在電氣控制柜中，將機床的程控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)、斷路器、接觸器、繼電器等控制元器件集中布置，電器柜實行全封閉防護，保證了系統(tǒng)運行的可靠性。

2)龍門平面磨床控制系統(tǒng)

龍門平面磨床控制系統(tǒng)采用了日本歐姆龍公司生產(chǎn)的可編程序控制器(PLC)，型號為CP1H X40DT-D，歐姆龍可編程控制器CP1H是用于實現(xiàn)高速處理、高功能的程序一體化型PLC，配備與 CS/CJ 系列共通的體系結(jié)構(gòu)，與以往產(chǎn)品CPM2A 40 點輸入輸出型尺寸相同，處理速度提高了10倍。CP1H X40DT-D擁有24個輸入點和16個輸出點，允許4個軸的脈沖輸出，并配以歐姆龍的觸摸屏(NS10-TV00B-ECV2)。伺服系統(tǒng)采用了日本松下伺服驅(qū)動器和伺服電動機，該系統(tǒng)具有過載能力強、抗負載撓動能力強等特點，可以精確地控制機床。

3)硬件的連接

硬件的連接包括PLC的輸入和輸出、PLC與觸摸屏的連接、PLC與伺服驅(qū)動器的連接、伺服驅(qū)動器與伺服電動機的連接及PLC與液壓系統(tǒng)的連接等。部分控制如圖2所示。

圖2 PLC輸入控制圖

4)機床操作面板

機床的操作面板由電氣按鈕和觸摸屏上的觸摸按鍵組成。觸摸屏上有監(jiān)控、啟?？刂?、參數(shù)設(shè)定和報警屏等。觸摸屏的設(shè)置和編程由歐姆龍公司的軟件CX-One中的CX-Designer來完成，部分顯示屏如圖3所示。

圖3 監(jiān)控屏

5)通訊口設(shè)置

為了使觸摸屏串口A正常工作，觸摸屏負責所有數(shù)據(jù)的輸入和顯示，必須對串口A進行參數(shù)設(shè)置，如圖4所示。

圖4 通訊口設(shè)置

6)PLC串口參數(shù)設(shè)置

PLC是整個機床的控制中心，執(zhí)行龍門平面磨床所有輸入信號的采集和處理，并發(fā)出機床動作的指令，控制液壓系統(tǒng)中的電磁閥來完成工作臺的運動，控制橫向、垂直方向的伺服電動機的運行，以及和觸摸屏進行數(shù)據(jù)交換。為了能跟觸摸屏進行連接，必須對PLC的通訊串口進行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，這樣觸摸屏和PLC才能進行很好的連接，PLC的通訊串口設(shè)置如圖5所示。

圖5 PLC串口參數(shù)設(shè)置

7)觸摸屏數(shù)據(jù)傳輸

觸摸屏和PLC梯形圖程序的設(shè)計、歐姆龍的觸摸屏和PLC梯形圖程序的軟件都集成到歐姆龍新開發(fā)的CX-one中。安裝好CX-one軟件后，可以對歐姆龍的工控產(chǎn)品進行相關(guān)的設(shè)計工作，同時包含了電腦與觸摸屏、電腦與PLC連接的相關(guān)驅(qū)動程序。觸摸屏的相關(guān)屏幕設(shè)計通過CX-one中的CX-Designer來完成，在觸摸屏相關(guān)控件設(shè)計完之后設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到觸摸屏，如圖6所示。

圖6 觸摸屏數(shù)據(jù)傳輸

同時根據(jù)機床的相關(guān)工藝要求設(shè)計PLC程序，包括輸入信號、伺服軸的脈沖輸出信號、觸摸屏的相關(guān)信息以及控制液壓系統(tǒng)的輸出信號等，通過歐姆龍CX-one軟件中的CX-programmer進行梯形圖設(shè)計，如圖7所示。

圖7 梯形圖

8)對伺服驅(qū)動的相關(guān)設(shè)置

根據(jù)傳動比以及絲杠螺距對伺服驅(qū)動器進行正確設(shè)置(正確設(shè)置驅(qū)動器的指令脈沖形式、電子齒輪比、控制方式等參數(shù))后，機床才能進行精確的動作。

3 結(jié)語

在第一臺龍門磨床研制成功之后，經(jīng)過反復(fù)地試驗改進和充分發(fā)揮CP1H的優(yōu)異性能，如系統(tǒng)緊湊、可靠、功能強大、憑借友好的人際交互界面以及系統(tǒng)的操作簡單、控制可靠、控制精度高和性價比較高等優(yōu)點，以及豐富的報警顯示功能，能幫助維修人員準確地查找故障根源并提供了相關(guān)信息，極大地提高了機床維修的快速性與可靠性，滿足了用戶的需求，得到用戶的好評，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

[1] 屈敏娟.用PLC和伺服裝置對Y7150磨床電氣系統(tǒng)改造[J].精密制造與自動化,2010(4):44-47.

[2] 余英良.機床數(shù)控改造設(shè)計與實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

[3] 李建榮.可編程序控制器(PLC)和觸摸屏在數(shù)控單晶硅磨床中的應(yīng)用[J].精密制造與自動化,2011(2):42-43.

[4] 盧巧,黃志,沈毅.歐姆龍PLC編程指令與梯形圖快速入門[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[5] 王侃夫.機床數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.