盧浩鵬 張鋒 馬金衛(wèi)

摘 要：英國(guó)CROSS公司M13334專(zhuān)機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)TRANS01出現(xiàn)零件加工程序頻繁丟失的故障，經(jīng)檢查確認(rèn)故障原因是數(shù)控系統(tǒng)主板損壞，而且PLC的專(zhuān)用編程器老化嚴(yán)重，需要對(duì)HONEY WELL IPC-620 PLC的程序移植OMRON CH1H運(yùn)動(dòng)控制程序的改造。此次改造的思路是：需要對(duì)HONEY WELL IPC-620 PLC的程序移植及OMRON CH1H運(yùn)動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)編制。應(yīng)用CP1H系列PLC及G5驅(qū)動(dòng)器可代替TRANS01單軸數(shù)控和IPC-620 PLC。這樣系統(tǒng)完全整合到一起，設(shè)備輔助動(dòng)作與位置控制程序全部由CP1H PLC完成，相當(dāng)于用相對(duì)價(jià)格比較低的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞：PLC程序 原點(diǎn)搜索 運(yùn)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（a）-0037-02

缸體車(chē)間英國(guó)CROSS公司M13334專(zhuān)機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)TRANS01出現(xiàn)零件加工程序頻繁丟失的故障，經(jīng)檢查確認(rèn)故障原因是數(shù)控系統(tǒng)主板損壞，而庫(kù)房中唯一的一塊TRANS01備件主板另有其他問(wèn)題，無(wú)法使用。德國(guó)INDRAMAT公司TRANS01數(shù)控系統(tǒng)已停產(chǎn)多年，備件采購(gòu)困難且價(jià)格極為昂貴，另外該機(jī)床PLC控制系統(tǒng)采用的是霍尼韋爾（HONEY WELL）公司上世紀(jì)八十年代生產(chǎn)的IPC-620大型可編程控制器，主要備件庫(kù)房存貨消耗殆盡，而且更為嚴(yán)重的是該P(yáng)LC的專(zhuān)用編程器老化嚴(yán)重，故障率非常高，公司只有一臺(tái)這樣的編程器，一旦發(fā)生無(wú)法修復(fù)的故障，將使得三臺(tái)專(zhuān)機(jī)的PLC程序的診斷和修改無(wú)法完成，嚴(yán)重影響缸體車(chē)間的生產(chǎn)，因此急需對(duì)M13334缸體專(zhuān)機(jī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造。

此次改造的思路是：需要對(duì)HONEY WELL IPC-620 PLC的程序移植及OMRON CH1H運(yùn)動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)編制。應(yīng)用CP1H系列PLC及G5驅(qū)動(dòng)器可代替TRANS01單軸數(shù)控和IPC-620 PLC。這樣系統(tǒng)完全整合到一起，設(shè)備輔助動(dòng)作與位置控制程序全部由CP1H PLC完成，相當(dāng)于用相對(duì)價(jià)格比較低的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能。

具體實(shí)施改造方案如下所述。

用歐姆龍CP1H-Y20DT可編程控制器（PLC），代替兩套INDRAMAT TRANS01單軸數(shù)控進(jìn)行位置控制。歐姆龍CP1H-Y20DT提供四路脈沖輸入和四路脈沖輸出，支持ORG自動(dòng)尋找原點(diǎn)功能，支持絕對(duì)脈沖編程，并且提供臺(tái)型和S型的加減速曲線(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)高精度定位控制。脈沖密度也達(dá)到了4MHZ，完全滿(mǎn)足設(shè)備定位精度要求。同時(shí)增加CP1W-CIF01和CP1W-CIF11兩個(gè)通訊模塊提供RS-232和RS422接口來(lái)連接兩塊歐姆龍NB10W-TW00B-Z觸摸屏實(shí)現(xiàn)圖形顯示。

用歐姆龍G5 R88D-KT30H-Z驅(qū)動(dòng)器和R88M-KP3K0伺服電機(jī)代替INDRAMAT驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。歐姆龍G5系列的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)速度響應(yīng)頻率可以達(dá)到2KHZ，脈沖頻率可高達(dá)4 Mpps，同時(shí)支持全閉環(huán)控制是性?xún)r(jià)比比較高的一套伺服控制器。

保留海德漢光柵尺，在PLC伺服定位半閉環(huán)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)INDRAMAT公司TRANS-01數(shù)控系統(tǒng)特有的光柵尺深度控制功能（Progrming The Adaptive Depth Control Funtion），滿(mǎn)足止推擋定位精度控制要求。

用觸摸屏實(shí)現(xiàn)了PLC程序的診斷功能，通過(guò)間接尋址方式在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)了PLC I/O口、定時(shí)器、數(shù)據(jù)寄存器，特別是內(nèi)部繼電器狀態(tài)診斷，這樣利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)了PLC編程器程序診斷功能。

因IPC-620 PLC的指令庫(kù)與歐姆龍PLC的指令庫(kù)有所區(qū)別，需要對(duì)設(shè)備輔助動(dòng)作的PLC程序需要進(jìn)行指令的轉(zhuǎn)換及更改 ，并且對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化。為了盡量使設(shè)備更易操作維修，保留了原來(lái)的設(shè)備操作流程，對(duì)不經(jīng)常操作的過(guò)程進(jìn)行了更改。比如對(duì)缸體加工類(lèi)型的選擇，改造之后由觸摸屏實(shí)現(xiàn)，這樣做既減少了誤操作的可能也使當(dāng)前加工零件的類(lèi)型可視化，類(lèi)似這樣改進(jìn)有好幾處。對(duì)于此次改造程序設(shè)計(jì)方面有幾點(diǎn)比較有代表性的改進(jìn)。

（1）關(guān)于設(shè)備回參考點(diǎn)的設(shè)置，利用OMRON CP1H ORG指令進(jìn)行每次開(kāi)機(jī)尋找參考原點(diǎn)的操作。此指令為OMRON高級(jí)指令，原點(diǎn)搜索：以通過(guò)原點(diǎn)搜索參數(shù)指定的形式為基礎(chǔ)，通過(guò)執(zhí)行ORG指令實(shí)際輸出脈沖，使電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，將以下3種位置信息作為輸入條件，來(lái)確定機(jī)械原點(diǎn)的功能。原點(diǎn)輸入信號(hào)；原點(diǎn)附近輸入信號(hào)；CW極限輸入信號(hào)、CCW極限輸入信號(hào)。

檢測(cè)原點(diǎn)輸入信號(hào)的上升沿， 并進(jìn)行原點(diǎn)確定。原點(diǎn)檢測(cè)后， 到來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的定位結(jié)束輸入進(jìn)入為止， 原點(diǎn)搜索動(dòng)作結(jié)束。不能檢測(cè)減速中的原點(diǎn)輸入信號(hào)。根據(jù)達(dá)到原點(diǎn)搜索附近速度后的原點(diǎn)輸入信號(hào)停止，并結(jié)束原點(diǎn)確定。

該次原點(diǎn)搜索采用的是工作模式2，在工作模式2下，發(fā)生原點(diǎn)附近輸入信號(hào)反轉(zhuǎn)的情況下（原點(diǎn)檢測(cè)方法的設(shè)定：0）。

從原點(diǎn)附近輸入信號(hào)內(nèi)開(kāi)始時(shí)，減速時(shí)間較短的情況下，檢測(cè)原點(diǎn)附近輸入信號(hào)的下降后的原點(diǎn)輸入信號(hào)。請(qǐng)確保原點(diǎn)附近輸入信號(hào)的持續(xù)時(shí)間足夠長(zhǎng)（減速時(shí)間以上）。

未發(fā)生原點(diǎn)附近輸入信號(hào)反轉(zhuǎn)的情況下，原點(diǎn)檢測(cè)方法的設(shè)定：1；減速期間存在原點(diǎn)輸入信號(hào)的情況下，根據(jù)減速時(shí)間的長(zhǎng)度，停止位置會(huì)發(fā)生變化，并使用從伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的定位結(jié)束信號(hào)（INP）。將從伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的定位結(jié)束信號(hào)連接到通用輸入（原點(diǎn)搜索0～3）。核對(duì)定位結(jié)束信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)，如有原點(diǎn)修正則在偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位輸出后；如進(jìn)行原點(diǎn)修正則在修正動(dòng)作結(jié)束后。

（2）位置控制指令利用 PLS2指令完成各位置定位，用絕對(duì)位置編程使定位更準(zhǔn)確可靠?？稍诿}沖輸出（PLS2）指令進(jìn)行的定位中，通過(guò)執(zhí)行其它的脈沖輸出（PLS2），可變更目標(biāo)位置、目標(biāo)速度、及加速比率、減速比率。

在定位中，可變更定位目標(biāo)位置（多重起動(dòng)）按照脈沖輸出（PLS2）指令進(jìn)行定位的過(guò)程中，可通過(guò)執(zhí)行其他的脈沖輸出（PLS2）來(lái)變更目標(biāo)位置、目標(biāo)速度及加速率、減速率。

在速度控制過(guò)程中，可變更為定位（中斷固定尺寸運(yùn)送）；在速度控制過(guò)程中（連續(xù)模式），可變更為根據(jù)脈沖輸出（PLS2）指令進(jìn)行的定位（單獨(dú)模式）。這樣，可執(zhí)行一定條件下的中斷固定尺寸運(yùn)送（指定量的移動(dòng)）。

在加速或減速過(guò)程中，可變更目標(biāo)速度、加減速率。

在執(zhí)行平臺(tái)型加減速的脈沖輸出指令（速度控制或定位）的過(guò)程中，在加速或減速中，可變更目標(biāo)速度、及加減速率。

位置脈沖發(fā)送為了與設(shè)備絲杠螺距配合，在伺服驅(qū)動(dòng)器中設(shè)置每12 000個(gè)脈沖伺服電機(jī)一轉(zhuǎn)，絲杠旋轉(zhuǎn)一周，工作臺(tái)移動(dòng)12 mm，每發(fā)送1個(gè)脈沖工作臺(tái)移動(dòng)1μm，進(jìn)行這樣設(shè)置后便于在觸摸屏中對(duì)設(shè)備位置數(shù)據(jù)進(jìn)行更改 。

對(duì)于缸體專(zhuān)機(jī)止推擋位置精度控制我們是這樣解決的，A頭快速移動(dòng)到915 mm，轉(zhuǎn)為慢速移動(dòng)到927.2 mm，在此過(guò)程中接入海德漢短光柵，將光柵尺測(cè)到的位置讀進(jìn)PLC內(nèi)與目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷偏差值大小和方向，A頭再移動(dòng)一段距離來(lái)消除偏差值直到偏差值小于允許值后定位結(jié)束，開(kāi)始伸出面刀加工止推面。我們?cè)诟脑旌筮M(jìn)行了重復(fù)定位精度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在0.01 mm以?xún)?nèi)，通過(guò)這樣的程序設(shè)計(jì)成功地滿(mǎn)足了止推面加工定位精度要求。

（3）對(duì)于速度控制進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，通過(guò)CX-Programmer，可將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值及當(dāng)前值的更新方式，由BCD（0000～9999）方式變更為BIN方式（0000～FFFF）。

該設(shè)定對(duì)于所有的任務(wù)，所有定時(shí)器及計(jì)數(shù)器都可以共通設(shè)定。在「PLC 的屬性設(shè)定」中設(shè)定「在二進(jìn)制模式下執(zhí)行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器」，在所有的任務(wù)的定時(shí)器及計(jì)數(shù)器會(huì)在BIN模式下執(zhí)行。利用功能塊進(jìn)行BCD數(shù)據(jù)到BIN數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換計(jì)算，這樣觸摸屏在設(shè)置速度時(shí)可按每分鐘進(jìn)給量設(shè)置。

（4）觸摸屏控制。在不改變操作習(xí)慣的情況下我們引入觸摸屏監(jiān)控功能，設(shè)置兩塊觸摸屏，操作工可利用操作臺(tái)觸摸屏監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，電氣柜內(nèi)觸摸屏可以方便維修人員進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和機(jī)床各種狀態(tài)的監(jiān)控。

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