摘要：本文扼要講述了利用臺(tái)達(dá)PLC為核心的控制系統(tǒng)在專用機(jī)床上的應(yīng)用。重點(diǎn)講述了PLC的位置控制問題，PLC與變頻器的RS485通信問題和PLC與觸摸屏的組態(tài)、編程。
關(guān)鍵詞：專用機(jī)床 PLC 觸摸屏 變頻器 位置控制 通信控制
Abstract: This Papers briefly on the use of DELTA’s PLC control system on the Special Purpose Machine be applications. Focus on the PLC’s Position Control, PLC and Inverters on the RS485 communication ,the PLC and Touch Screen configuration, programming.
KEY WORD：Special Purpose Machine; PLC; Touch Screen; Inverters; Position Control; Communication Control
一，應(yīng)用背景
本文講述了DVP-EH2型PLC在我公司的雙工位深孔鉆機(jī)床上的應(yīng)用。雙工位深孔鉆機(jī)床為我公司開發(fā)生產(chǎn)的重點(diǎn)產(chǎn)品，機(jī)床主要用于汽車剎車泵缸體的鉆孔加工，在市場(chǎng)上具有很大的應(yīng)用潛力。
機(jī)床加工的基本原理是：槍鉆鉆頭動(dòng)力頭平置于機(jī)床工作臺(tái)，加工件安放于豎直的滑臺(tái)上的工件夾具內(nèi)?；_(tái)沿槍鉆鉆頭旋轉(zhuǎn)的垂直線上下運(yùn)行。加工時(shí)，鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，滑臺(tái)帶動(dòng)工件往下運(yùn)行，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行鉆孔加工，加工尺寸到位后，滑臺(tái)再往上運(yùn)行，退出工件，關(guān)閉動(dòng)力頭。
傳統(tǒng)的機(jī)床采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)。當(dāng)液壓油缸行程到位后，利用行程開關(guān)控制液壓電磁閥動(dòng)作，使油缸返回。液壓驅(qū)動(dòng)的最大問題是加工孔深精度很難控制。運(yùn)行速度調(diào)節(jié)也不是很方便。
機(jī)床采用伺服電機(jī)控制絲桿滑臺(tái)上下運(yùn)行定位，滑臺(tái)往下運(yùn)行時(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行鉆孔加工，加工完成后，滑臺(tái)再住上運(yùn)行，退出。與傳統(tǒng)的液壓油缸驅(qū)動(dòng)相比較，由于利用伺服電機(jī)定位控制，可以很方便的進(jìn)行加工速度設(shè)置，高精確地達(dá)到鉆孔深度的控制。
雙工位深孔鉆機(jī)床是兩個(gè)工位同時(shí)加工，互不干涉。一個(gè)機(jī)床操作員控制，可以同時(shí)進(jìn)行兩件工件的加工。是提高加工效益，減少投資的不二之舉。
機(jī)床控制方案可以選用簡(jiǎn)易型數(shù)控控制系統(tǒng)（CNC）。當(dāng)前市面上也有很多兩軸的數(shù)控產(chǎn)品。數(shù)控系統(tǒng)有著標(biāo)準(zhǔn)的G代碼編程，也能夠很方便的進(jìn)行伺服的定位控制。但是須要完成兩軸相互獨(dú)立，互不干擾的定位時(shí)，CNC在編程時(shí)遇到了制約。CNC的兩軸或多軸G代碼在編程時(shí)，不能做到同時(shí)執(zhí)行兩段獨(dú)立的定位指令。當(dāng)然，也可以采用兩臺(tái)單軸的CNC控制系統(tǒng)。但是，這樣的控制過(guò)于冗雜，成本也過(guò)高，應(yīng)用價(jià)值不高。
鑒于以上原因 ，實(shí)現(xiàn)此機(jī)床控制要求可以選用PLC進(jìn)行控制。機(jī)床的定位動(dòng)作并不復(fù)雜，只需要正向加工定位、反向退出定位兩段位置控制指令。很多型式的PLC都帶有高速脈沖輸出功能，具有很方便的相對(duì)定位，絕對(duì)定位指令。不需要另加擴(kuò)展模塊，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。
二，控制概要
1，機(jī)床需要兩軸脈沖輸出，以分別控制兩個(gè)工位的絲桿滑臺(tái)運(yùn)行?；_(tái)的定位速度不小于6m/min。定位精度小于0.01mm。在電氣控制設(shè)計(jì)上，一般都設(shè)計(jì)為0.001mm/P，即0.001mm每脈沖當(dāng)量。 這樣，方便進(jìn)行運(yùn)算，電子齒輪比也容易計(jì)算。機(jī)械制造上采用精密絲桿傳動(dòng)（雙螺母滾珠絲桿），也比較容易就能達(dá)到0.01的定位精度。
2， 機(jī)床人機(jī)對(duì)話采用控制面板的開關(guān)按鈕與觸摸屏接合。工件的加工速度，加工尺寸在觸摸屏上利用參數(shù)的形式進(jìn)行設(shè)置。
觸摸屏與PLC組態(tài)后，可以對(duì)PLC的一些關(guān)鍵內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)行監(jiān)控，包括實(shí)時(shí)顯示工件坐標(biāo)、動(dòng)力頭電機(jī)電流。顯示加工狀態(tài)、關(guān)鍵的PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)或一些故障碼、異常信號(hào)，方便進(jìn)行機(jī)床的狀態(tài)分析、故障疹斷。
觸摸屏與PLC可以很方便的實(shí)現(xiàn)通信。兩者組態(tài)時(shí)，只要設(shè)置好兩者之間的通信協(xié)議，觸摸屏即可以讀寫PLC的D、M數(shù)據(jù)了。
3，槍鉆的加工因?yàn)楣ぜ牟馁|(zhì)不同、加工孔徑的大小不一，槍鉆鉆頭的轉(zhuǎn)速也要求能夠很方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，機(jī)床的動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速采用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制。
機(jī)床控制系統(tǒng)，可以監(jiān)視變頻器的相應(yīng)狀態(tài)，包括輸出頻率，輸出電壓，負(fù)載電流。因此，可以將PLC與變頻器進(jìn)行RS485通信讀取讀據(jù)。同時(shí)，PLC對(duì)變頻器的速度、運(yùn)行、停機(jī)等可以通過(guò)RS485通信進(jìn)行控制，方便變頻器的控制接線。
4，機(jī)床加工還須要一定的外部輔助功能。如加工過(guò)程中的冷卻液，工件裝夾，防護(hù)門開關(guān)等等。
5，機(jī)床具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種工作方式。手動(dòng)控制主要用于機(jī)床的調(diào)試和首件產(chǎn)品的試制，可以分別對(duì)輔助功能進(jìn)行開關(guān)，手動(dòng)控制工件滑臺(tái)的上下運(yùn)行。自動(dòng)控制為自動(dòng)進(jìn)行一個(gè)工件的加工周期，人工裝夾好工件后，操作人員按下起動(dòng)按鈕，機(jī)床即進(jìn)行工件的鉆孔加工，鉆孔完成后，即行自動(dòng)退出工件，加工過(guò)程中，自動(dòng)注入冷卻液，開關(guān)防護(hù)門等相關(guān)輔助動(dòng)作。加工完成后，自動(dòng)工件松開。完成一個(gè)工件的加工過(guò)程。
三，PLC在專用機(jī)床上的控制實(shí)現(xiàn)
根據(jù)機(jī)床控制要求，電氣控制系統(tǒng)以PLC為控制核心、以觸摸屏與控制面板按鈕為人機(jī)對(duì)話界面，控制機(jī)床的各項(xiàng)輔助功能輸出、控制雙軸伺服定位、變頻器調(diào)速。其中，PLC與觸摸屏的通信為RS232通信；PLC與變頻器的通信采用RS485；PLC對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)的定位控制采用脈沖+方向形式的脈沖輸出方式。機(jī)床總體控制框架如下圖所示：
機(jī)床電氣控制總框圖
1，PLC 在機(jī)床上的定位控制。
PLC的脈沖輸出最高頻率直接影響運(yùn)動(dòng)定位控制的速度和精度，是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。一般PLC都會(huì)帶兩路脈沖輸出或四路脈沖輸出。并且脈沖輸出頻率并不低，甚至比一般的CNC數(shù)控還要高，如臺(tái)達(dá)的DVP-EH2系統(tǒng)的PLC最高輸出達(dá)200KHz，有些甚至更高，如Omron公司的CP1H-Y系列的PLC還達(dá)到了1MHz。
脈沖定位速度為：
V=Fmax×δ×60 (式1)
其中，V為速度，單位：m/min（米/分鐘）；Fmax為最高脈沖頻率，單位：Hz（赫茲）；δ為脈沖當(dāng)量，單位：mm/P 。
臺(tái)達(dá)DVP-EH2型PLC共有四路高速脈沖輸出，其中兩組為AB相脈沖，兩點(diǎn)為單脈沖輸出端。四路脈沖輸出端口分別為：CH0（Y0，Y1），CH1（Y2，Y3），CH2（Y4），CH3（Y6），輸出頻率都達(dá)到200KHz。如果采用0.001mm/P脈沖當(dāng)量進(jìn)行控制，那么，根據(jù)式1，PLC的定位速度最快為：
200000×0.001×60=12000mm/min=12m/min
即定位的最高速度為12米每分鐘。完全可以達(dá)到機(jī)床的控制要求。
現(xiàn)在很多的微型機(jī)，或小型機(jī)都有內(nèi)置高速脈沖輸出功能?？梢赃\(yùn)用脈沖定位指令實(shí)現(xiàn)相對(duì)定位、絕對(duì)定位。臺(tái)達(dá)PLC的相對(duì)定位指令[D]DRVI或絕對(duì)定位指令[D]DRVA。(指令前綴D為雙字控制指令，最高定位區(qū)間可以達(dá)到232，即定位范圍為-2147483648~+2147483647)。在機(jī)床控制中，當(dāng)電氣精度做到0.001mm時(shí)，則機(jī)床的定位范圍在-2147483.648mm~+214748.367mm之間，完全可以滿足機(jī)床的控制要求。
機(jī)床在定位控制中，需要用到單步方式、連續(xù)方式、自動(dòng)加工定位
