王 勇 趙 敏 邢晨翔

(①蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電設(shè)備維護(hù)中心，江蘇 蘇州215104;②紐威數(shù)控裝備(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州215129)

筆者單位一臺(tái)法道加工中心VMC3016L，系統(tǒng)采用美國(guó)的FADAL 系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)比較少見，加之該機(jī)床已使用12 年了，里面的主軸驅(qū)動(dòng)器和Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器也壞了，相關(guān)備件難以購(gòu)買，現(xiàn)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施改造，采用FANUC 0I-MATE-MD 系統(tǒng)。本文以這個(gè)改造案例為背景，介紹自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)硬件控制電路的設(shè)計(jì)、提出自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)控制梯形圖設(shè)計(jì)思路及警示與安全保護(hù)設(shè)計(jì)思路［1］，編制出相應(yīng)的控制梯形圖并對(duì)主要控制梯形圖和功能指令作具體說明和分析。

1 自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計(jì)與分析

如圖1 所示，液位低檢測(cè)開關(guān)SQ13 一端接到I/O LINK CB105 的B13 端子上［2］，地址定義為X9.7，另外一端接到B01(+24 V)端子上;給油泵電動(dòng)機(jī)上電的直流24 V 中間繼電器KA12 的線圈接到B22 端子上，地址定義為Y3.5;潤(rùn)滑油位低指示燈接到A22 端子上，地址定義為Y3.6。

如圖2 潤(rùn)滑油泵電動(dòng)機(jī)控制電路所示，通過中間繼電器KA12 的1 個(gè)常開觸點(diǎn)給潤(rùn)滑油泵電動(dòng)機(jī)提供交流220 V。FU5 為潤(rùn)滑油泵電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)［3］。

2 硬件控制過程及梯形圖設(shè)計(jì)思路

可以通過修改相應(yīng)的PMC 參數(shù)，改變泵油時(shí)間和泵油的間隔時(shí)間，如表1 所示，4 號(hào)計(jì)數(shù)器的設(shè)定值為泵油時(shí)間設(shè)置數(shù)據(jù)，5 號(hào)計(jì)數(shù)器的設(shè)定值為泵油間隔時(shí)間設(shè)置數(shù)據(jù)。例如機(jī)床開機(jī)，PMC 梯形圖就運(yùn)行，過30 min 后，梯形圖中的Y3.5 線圈得電變?yōu)?，又因?yàn)閳D1 中DOCOM(A24、B24、A25、B25)4 個(gè)端子接的直流24 V 的正極，即Y3.5(B22)輸出直流24 V 的正極，由圖1 可知中間繼電器KA12 線圈得電吸合，圖2中的KA12 常開觸點(diǎn)閉合，潤(rùn)滑油泵得電220 V 電壓工作，開始泵油，5 s 后，要求Y3.5 線圈失電變?yōu)?，這樣中間繼電器KA12 線圈失電斷開，KA12 觸點(diǎn)斷開，潤(rùn)滑油泵失電停止工作(停止泵油)，然后系統(tǒng)又開始計(jì)時(shí)滿30 min 后，繼續(xù)上面的循環(huán)。如果想每隔40 min泵油10 s 的話，只需要將4 號(hào)計(jì)數(shù)器的設(shè)定值改為10，將5 號(hào)計(jì)數(shù)器的設(shè)定值改為40 即可。

表1 泵油時(shí)間與泵油間隔時(shí)間PMC 參數(shù)設(shè)置

3 警示與安全保護(hù)設(shè)計(jì)思路

一旦油位過低，油泵無法抽到油時(shí)，系統(tǒng)此時(shí)出現(xiàn)相應(yīng)的油位過低報(bào)警，在系統(tǒng)畫面上顯示“1002 LUBRICATION OIL LOW”報(bào)警信息［4］，同時(shí)控制面板上油位低指示燈間隔500 ms 閃爍，以警示操作者往潤(rùn)滑油箱內(nèi)注油;因?yàn)榇藭r(shí)沒有潤(rùn)滑油供應(yīng)到導(dǎo)軌與絲桿上，不允許執(zhí)行程序加工，為了保護(hù)機(jī)械部分［5］，應(yīng)使循環(huán)啟動(dòng)功能失效。

4 自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)PMC 梯形圖設(shè)計(jì)與分析

4.1 I/O 信號(hào)定義

(1)CB105(B13 腳):X9.7 油位低(X9.7=1 時(shí)高液位，X9.7=0 時(shí)低液位)

(2)CB105(B22 腳):Y3.5 油泵電動(dòng)機(jī)

(3)CB105(A22 腳):Y3.6 潤(rùn)滑油位低指示燈

4.2 加減計(jì)數(shù)器功能指令CTR［6］

在設(shè)計(jì)梯形圖之前，先將1 個(gè)用到的加減計(jì)數(shù)器功能指令CTR(如圖3 所示)簡(jiǎn)要介紹一下:

說明:ACT =1 表示當(dāng)接到ACT 的信號(hào)出現(xiàn)1 次高電平時(shí)計(jì)數(shù)1 次。

控制條件:

注意:當(dāng)定義為加計(jì)數(shù)器時(shí)，復(fù)位后變?yōu)镃N0 的初始值;當(dāng)定義為減計(jì)數(shù)器時(shí)，復(fù)位后變?yōu)橛?jì)數(shù)器的預(yù)置值。

控制參數(shù):計(jì)數(shù)器號(hào)，指在PMC 參數(shù)畫面下的計(jì)數(shù)器號(hào)。在此PMC 參數(shù)里可以輸入計(jì)數(shù)器的設(shè)定值，并能顯示當(dāng)前值。

輸出:W1=1 時(shí)，為計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)。當(dāng)為加計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)到最大值W1=1;當(dāng)為減計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)到最小值W1=1。

4.3 潤(rùn)滑油泵泵油時(shí)間梯形圖設(shè)計(jì)與分析

圖4 為潤(rùn)滑油泵泵油時(shí)間梯形圖，R9091.1 是1個(gè)常1 信號(hào)［6］，說明計(jì)數(shù)器的初始值為1;R9091.0 是1 個(gè)常0 信號(hào)，說明計(jì)數(shù)器類型為加計(jì)數(shù);R9091.6 是1 個(gè)周期為1 s 的脈沖信號(hào)，高低電平均為500 ms，相當(dāng)于計(jì)1 次數(shù)為1 s。圖5 為潤(rùn)滑油泵輸出控制梯形圖。R530.7 的線圈和Y3.5(控制油泵電動(dòng)機(jī)的)的線圈是并聯(lián)的，Y3.5 線圈得電的同時(shí)R530.7 線圈也得電，即當(dāng)潤(rùn)滑油泵不泵油的時(shí)候，R530.7 的線圈失電，R530.7 的常閉觸點(diǎn)就一直導(dǎo)通，從而復(fù)位計(jì)數(shù)器，不讓計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。反之，Y3.5 與R530.7 線圈得電則開始不復(fù)位計(jì)數(shù)器，讓它計(jì)數(shù)。假如每次泵油5 s，我們將計(jì)數(shù)值5 存放在PMC 參數(shù)的計(jì)數(shù)器中，計(jì)數(shù)器號(hào)為0004(如表1 所示)，在設(shè)定值里輸入5(表示泵油時(shí)間為5 s，假如感覺時(shí)間有點(diǎn)短，導(dǎo)軌與絲桿上沒有得到充足的潤(rùn)滑油，使用者可以根據(jù)需要將此值進(jìn)行修改)，當(dāng)前值里實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的已泵油時(shí)間，計(jì)數(shù)器號(hào)004 對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器地址是C12、C13、C14、C15，其中C12、C13 存放計(jì)數(shù)器的設(shè)定值，C14、C15 存放計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿5 次(即5 s)以后，R530.1輸出為1，如圖5 所示R530.7 與Y3.5 線圈失電，泵油結(jié)束，緊接著起動(dòng)如圖6 所示泵油間隔時(shí)間定時(shí)梯形圖，復(fù)位如圖4 泵油計(jì)時(shí)。

4.4 潤(rùn)滑油泵泵油間隔時(shí)間梯形圖設(shè)計(jì)與分析

圖7 TMRB［6］是1 個(gè)上升沿觸發(fā)的固定時(shí)間計(jì)時(shí)器功能指令，0100 是定時(shí)器號(hào)，0 000 060 000是設(shè)定的時(shí)間(它的單位是ms，它所能設(shè)定的時(shí)間是1 ～32 760 000)。當(dāng)ACT 等于1 時(shí)，即R530.0 接通的時(shí)候計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)滿所設(shè)定的時(shí)間后W1 輸出為1，在這個(gè)梯形圖中就是R530.0 線圈得電變?yōu)?。同時(shí)ACT 為0 的時(shí)候W1 就立刻變?yōu)?，所以可以看出上述的梯形圖是產(chǎn)生1 個(gè)60 s 的振蕩脈沖，當(dāng)梯形圖一開始執(zhí)行的時(shí)候計(jì)時(shí)器就開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)60 s 后，R530.0 線圈得電輸出為1，然后R530.0 常閉觸點(diǎn)斷開，導(dǎo)致ACT 為0，從而復(fù)位計(jì)時(shí)器，R530.0線圈失電輸出為0。

R530.0 為1 個(gè)周期60 s 的波形:

圖6 計(jì)數(shù)器是用來控制泵油間隔時(shí)間的，與泵油時(shí)間計(jì)數(shù)器控制條件的不同之處是:(1)復(fù)位的條件不一樣，泵油計(jì)數(shù)器是在不潤(rùn)滑的時(shí)候一直復(fù)位計(jì)數(shù)器，而泵油間隔計(jì)數(shù)器是在潤(rùn)滑的時(shí)候一直不停地復(fù)位。(2)啟動(dòng)的條件不一樣，泵油計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)條件用的是R9091.6 (1 s 的脈沖信號(hào))，每次計(jì)數(shù)間隔是1 s，而泵油間隔計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)條件用的是R530.0，它是1 個(gè)周期為60 s 的脈沖，因此泵油間隔計(jì)數(shù)器計(jì)1次數(shù)是1 min。同樣0005(如表1 所示)是計(jì)數(shù)器號(hào)，它所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器地址是C16、C17、C18、C19，其中C16、C17 中顯示的是計(jì)數(shù)器的設(shè)定值，C18、C19 是計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到設(shè)定值的時(shí)候W1 輸出為1，即R530.2 輸出為1，使圖4 中的R530.7 與Y3.5 線圈得電，油泵開始泵油，緊接起動(dòng)如圖4 泵油計(jì)時(shí)，復(fù)位如圖6 泵油間隔計(jì)時(shí)。

綜上所述，可知當(dāng)PMC 剛開始執(zhí)行的時(shí)候，固定時(shí)間計(jì)時(shí)器TMRB 就開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)滿所設(shè)定的時(shí)間后產(chǎn)生1 個(gè)上升沿信號(hào)作為泵油間隔時(shí)間計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)信號(hào)，然后泵油間隔計(jì)數(shù)器0005 開始計(jì)數(shù)，計(jì)到0005 號(hào)計(jì)數(shù)器中設(shè)定值的時(shí)候，便開始泵油，泵油過程中泵油間隔時(shí)間計(jì)數(shù)器一直被復(fù)位，泵油計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，每1 s 計(jì)數(shù)一次，計(jì)到0004 號(hào)計(jì)數(shù)器中設(shè)定值的時(shí)候，就將泵油自鎖解開，停止泵油。接下來就是泵油間隔計(jì)數(shù)器0005 開始……就這樣不斷地循環(huán)往復(fù)下去。

5 警示與安全保護(hù)PMC 梯形圖設(shè)計(jì)與分析

5.1 信息顯示功能指令

信息顯示功能指令(DISPB)［6］用于在數(shù)控系統(tǒng)的顯示屏上顯示一些報(bào)警信息和操作信息。DISPB 指令格式如圖8 所示。

信息顯示條件:當(dāng)ACT=0 時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)不顯示任何報(bào)警和操作信息;當(dāng)ACT=1 時(shí)，根據(jù)請(qǐng)求地址的狀態(tài)，顯示信息列表中編輯的信息。

顯示信息數(shù):設(shè)定顯示信息的個(gè)數(shù)。

編制顯示信息列表:信息數(shù)據(jù)表中每條數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括信息號(hào)和信息數(shù)據(jù)兩個(gè)部分，如表2 所示。信號(hào)為1000～1999 時(shí)，在報(bào)警頁面中，顯示信息號(hào)和信息數(shù)據(jù)，中斷當(dāng)前機(jī)床工作;信息號(hào)為2000 ～2099 時(shí)，在操作頁面中只顯示信息數(shù)據(jù)而不顯示信息號(hào)，不中斷當(dāng)前機(jī)床工作［7］。出于安全保護(hù)，這里選擇1001(LUBRICATION OIL LOW)，即一旦出現(xiàn)潤(rùn)滑油位低報(bào)警，中斷當(dāng)前機(jī)床所有操作，保護(hù)機(jī)床機(jī)械部分。

編制信息顯示請(qǐng)求地址，在信息繼電器地址A0 ～A249.7(共2 000 位)中編制信息顯示請(qǐng)求位，如表3所示，每位都對(duì)應(yīng)1 條信息。如果在系統(tǒng)顯示裝置上顯示某1 條信息，則將對(duì)應(yīng)的信息請(qǐng)求位置1;如果將該信息請(qǐng)求位置0，則清除相應(yīng)的顯示信息。

表3 信息顯示要求

5.2 警示與安全保護(hù)PMC 梯形圖設(shè)計(jì)與分析

表4 報(bào)警信息列表

如果油位滿時(shí)，X9.7 對(duì)應(yīng)的硬件開關(guān)SQ13 是閉合的，由圖1 I/O Link CB105 接口控制電路可知，X9.7得到+24 V 電壓變?yōu)?，此時(shí)圖8 警示與安全保護(hù)PMC 梯形圖中的X9.7 的常閉觸點(diǎn)就會(huì)變?yōu)槌ｉ_觸點(diǎn);油位低時(shí)，X9.7 對(duì)應(yīng)的硬件開關(guān)SQ13 是斷開的，X9.7 不能夠得到+24 V 電壓，變?yōu)?，此時(shí)請(qǐng)求地址A0.2 線圈得電變?yōu)?，又因?yàn)镽9091.1 是常1 信號(hào)，所以當(dāng)PMC 開始執(zhí)行的時(shí)候，信息顯示功能DISPB 指令就開始執(zhí)行信息顯示，然后在系統(tǒng)上產(chǎn)生1 個(gè)報(bào)警(如表4 報(bào)警信息列表所示［8］)“1001 LUBRICATION OIL LOW(潤(rùn)滑油位低)”，同時(shí)R500.0 線圈得電，常閉觸點(diǎn)斷開，導(dǎo)致G7.2(循環(huán)啟動(dòng)功能)無法得電，即使此時(shí)按下循環(huán)起動(dòng)按鈕X4.1，程序也不會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，從而保護(hù)了機(jī)械部分，無潤(rùn)滑油的情況下禁止移動(dòng)。

Y3.6 是控制面板上潤(rùn)滑油位低指示燈，當(dāng)油位開關(guān)檢測(cè)到潤(rùn)滑液油位低的時(shí)候X9.7 為0，上面的X9.7常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通，Y3.6 面板上的潤(rùn)滑燈就會(huì)亮，R9091.6在這里的作用是讓潤(rùn)油位低指示燈間隔500 ms閃爍。同時(shí)A0.2 得電，然后系統(tǒng)產(chǎn)生1 個(gè)低油位報(bào)警。

6 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)改造過程中，自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)非常重要，不但要考慮定時(shí)定量供油，以保證機(jī)床各機(jī)械部件得到充分的潤(rùn)滑，還要考慮一些安全警示和保護(hù)功能，即沒有潤(rùn)滑油的情況下出現(xiàn)報(bào)警并禁止機(jī)床坐標(biāo)軸移動(dòng)，以保護(hù)機(jī)械部件。改造系統(tǒng)后VMC3016L 加工中心通過1 年的使用，自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。希望對(duì)于其他數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)有所幫助。

［1］曹健，顧劍.鋒數(shù)控機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)控制的改進(jìn)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2005(8):72-73.

［2］北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.BEIJING—FANUC 0iD/Oi Mate MD 連接說明書(功能)［Z］.

［3］王躍軍，唐健.基于PLC 的C650 型臥式車床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2012(3):132-134.

［4］王勇.在數(shù)控機(jī)床故障診斷中應(yīng)用智能診斷融合技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2013，32(7):180-181.

［5］王勇.數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)典型故障分析及維修［J］.機(jī)床與液壓，2013，41(14):157-159.

［6］北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.BEIJING—FANUC PMC PA1/SA1/SA3梯形圖語言編程說明書［Z］.

［7］劉江，盧鵬程.FANUC 數(shù)控系統(tǒng)PMC 編程［M］.北京:高等教育出版社，2011.

［8］張立軍. 機(jī)床PLC 故障顯示程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2006(4):83-84.