觸摸屏及PLC在機(jī)床改造中的應(yīng)用

羅建全

（漢川機(jī)床集團(tuán)有限公司，陜西漢中 723003）

1 引言

隨著我國成為世界加工中心地位的確立，我國的加工業(yè)得到了飛速發(fā)展。隨著社會的不斷進(jìn)步，對加工產(chǎn)品質(zhì)量與精度的要求也越來越高。以前的一些普通手動機(jī)床在加工中要求定位精度高的零件已無法準(zhǔn)確定位，而將這些機(jī)床更改為專用伺服系統(tǒng)控制的機(jī)床成本又過高。針對這種現(xiàn)象使用觸摸屏及可編程控制器（PLC）通過改造實(shí)現(xiàn)了軸準(zhǔn)確定位，并且成本很低。下面針對某型號機(jī)床的數(shù)控化改造，闡述觸摸屏及可編程控制器在機(jī)床改造上的具體應(yīng)用。

2 機(jī)床的概況及改造要求

某型號鏜銑床中鏜桿的伸縮及平懸盤的運(yùn)動，使用的是由一臺5.5kW的伺服控制器（型號為LXM23 MU55M3X）和伺服電機(jī)（型號為BCH1804M.2.1C）在速度控制模式下，運(yùn)用模擬電壓調(diào)節(jié)控制。該控制方式簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)鏜桿及平懸盤的粗定位。而用戶要求將鏜桿控制更改為能夠精確定位的軸。針對用戶的要求及設(shè)備的現(xiàn)狀使用觸摸屏及PLC實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的改造。通過觸摸屏制作出鏜桿及平懸盤的點(diǎn)動、連續(xù)手動運(yùn)行及自動運(yùn)動按鍵，并制作軸自動運(yùn)行的設(shè)定菜單以及軸準(zhǔn)確定位顯示。

因鏜桿及平懸盤的運(yùn)行都是由同一個(gè)伺服電機(jī)通過機(jī)械轉(zhuǎn)換傳動的，并且平懸盤的運(yùn)行前提是要求鏜桿必須先回零，否則會出現(xiàn)平懸盤與鏜桿相撞的情況。因此在進(jìn)入屏顯首先要求選擇的是鏜桿控制或是平懸盤控制。在PLC中必須將鏜桿運(yùn)行與平懸盤運(yùn)行互鎖，在機(jī)械手柄扳至鏜桿時(shí)操作平懸盤菜單無效，同樣當(dāng)機(jī)械手柄扳至平懸盤位置時(shí)操作鏜桿菜單無效。PLC對伺服的控制是通過可選擇脈沖輸出功能的方式進(jìn)行定位的。

伺服采用驅(qū)動器操作模式中的PT位置模式（端子輸入），脈沖形式采用方式1，正轉(zhuǎn)脈沖列及反轉(zhuǎn)脈沖列。共采用8個(gè)DI輸入、兩個(gè)DO輸出信號控制。

3 機(jī)床改造控制設(shè)備的選型及配置

NB系列可編程終端的屏幕規(guī)格齊全（3.5~10英寸），具有許多豐富的功能特色，便于輕松創(chuàng)建獨(dú)到的HMI應(yīng)用程序。根據(jù)成本核算及設(shè)備性能要求在這里選用NB7W-TW00B可編程終端，屏幕尺寸為7英寸、800×480像素點(diǎn)的真彩TFTLCD。PLC選用CP1L-L14D，具有內(nèi)置輸入繼電器8個(gè)、內(nèi)置輸出繼電器6個(gè)、最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)54個(gè)。通過RS232與HMI進(jìn)行通訊。伺服與電機(jī)使用原機(jī)床的配置不變。

4 接線原理圖

具體接線原理如圖1所示。

5 伺服系統(tǒng)定位實(shí)現(xiàn)

圖1 接線原理圖

本設(shè)備的操作通過觸摸屏輸入及按鍵實(shí)現(xiàn)，在伺服系統(tǒng)上電后鏜桿要求必須回零，否則坐標(biāo)值無法確定。設(shè)備采用正向回零方式，在回零的過程中，當(dāng)PLC找到零點(diǎn)以后因設(shè)備存在齒輪傳動間隙，所以不能將此點(diǎn)作為零點(diǎn)而應(yīng)在此時(shí)將此輪反轉(zhuǎn)1mm的偏移量作為零點(diǎn)。此時(shí)鏜桿在伸出運(yùn)行的單方向誤差不到0.01mm，當(dāng)反向運(yùn)行時(shí)第一次總會將齒輪間隙又加載在運(yùn)行中，對于這種情況，可以在PLC程序中加以補(bǔ)償，當(dāng)設(shè)備在反向運(yùn)行時(shí)補(bǔ)償一次間隙值。根據(jù)電機(jī)運(yùn)行一周時(shí)PLC發(fā)脈沖數(shù)，再根據(jù)絲杠的導(dǎo)程以及齒輪比可以計(jì)算出，在輸入設(shè)定距離為L，當(dāng)鏜桿移動設(shè)定的距離時(shí)PLC發(fā)出的脈沖數(shù)。同樣在手動移動時(shí)，當(dāng)PLC發(fā)出N個(gè)脈沖時(shí)，鏜桿移動可以計(jì)算出來。相同的方法可以計(jì)算出平懸盤移動設(shè)定的距離時(shí)PLC發(fā)出的脈沖數(shù)。手動移動時(shí)，當(dāng)PLC發(fā)出N個(gè)脈沖時(shí)，平懸盤移動可以計(jì)算出來。

6 觸摸屏完成的功能

通過觸摸觸摸屏可以完成3大功能：①鏜桿的手動及自動控制；②溜板的手動及自動控制；③鏜桿及溜板的移動補(bǔ)償及反向間隙補(bǔ)償功能。通過“進(jìn)入控制”按鍵進(jìn)入“鏜桿溜板控制功能”，界面如圖2所示。

圖2 觸摸屏界面1

通過“鏜桿控制選擇”鍵可以進(jìn)入“鏜桿連續(xù)移動控制功能”，界面如圖3所示。

圖3 觸摸屏界面2

在本界面中可以通過回零按鈕實(shí)現(xiàn)鏜桿的自動回零，當(dāng)鏜桿回零以后才可以執(zhí)行自動移動鏜桿操作。在執(zhí)行自動移動操作時(shí)，首先要求輸入需要移動的目標(biāo)位置（注意鏜桿的自動移動是通過絕對坐標(biāo)值實(shí)現(xiàn)移動的，總行程量為550mm。）,然后通過啟動按鈕執(zhí)行相應(yīng)的移動操作。在移動過程中如果需要停止，按停止按鈕即可。在執(zhí)行移動命令之前，選擇相應(yīng)的速度檔位，1檔移動速度為0.05mm/min,二檔速度為0.50mm/min，三檔速度為5mm/min,四檔速度為50mm/min.(注意回零速度為內(nèi)部設(shè)定的固定移動速度，不可更改，回零之前MCS坐標(biāo)值前面的指示燈為紅色，當(dāng)回完零以后指示燈為綠色)。通過“返回按鈕”可以返回到圖2所示界面1。

通過“進(jìn)入手動控制”鍵可以進(jìn)入“鏜桿手動移動控制功能”，界面如圖4所示。

圖4 觸摸屏界面3

在本界面中可以通過回零按鈕實(shí)現(xiàn)鏜桿的自動回零，當(dāng)鏜桿不回零仍然可以執(zhí)行手動移動鏜桿操作。在執(zhí)行手動移動操作時(shí)首先要求選擇相應(yīng)的速度檔位，1檔移動速度為0.05mm/min,二檔速度為0.50mm/min，三檔速度為5mm/min,四檔速度為50mm/min(注意回零速度為內(nèi)部設(shè)定的固定移動速度不可更改，回零之前MCS坐標(biāo)值前面的指示燈為紅色，當(dāng)回完零以后指示燈為綠色)。通過“返回按鈕”可以返回到圖3所示界面2。

在界面1中通過“溜板控制選擇”鍵可以進(jìn)入“溜板連續(xù)移動控制功能”，界面如圖5所示。

圖5 觸摸屏界面4

在本界面為溜板自動移動控制，因溜板沒有左右限位及零位開關(guān)，所以無法自動回零；溜板具有刻度標(biāo)尺，所以在每次移動溜板之前，先進(jìn)入溜板手動控制功能中，將溜板零位與標(biāo)尺零位刻度對齊，然后通過“清零按鈕”鍵將MCS中的坐標(biāo)清理，并將此位置定為溜板零位，此時(shí)MCS坐標(biāo)值前的紅燈變?yōu)榫G燈。此時(shí)可以通過輸入坐標(biāo)值通過“啟動按鈕”鍵操作執(zhí)行溜板自動移動。（注意溜板的行程為-80～+80mm），在執(zhí)行自動移動操作時(shí)首先要求選擇相應(yīng)的速度檔位，1檔移動速度為0.05mm/min, 二檔速度為0.50mm/min，三檔速度為5mm/min,四檔速度為50mm/min。通過“返回按鈕”可以返回到圖2所示界面1。

通過“進(jìn)入手動控制”鍵可以進(jìn)入“溜板手動移動控制功能”，界面如圖6所示。

圖6 觸摸屏界面5

本界面為溜板手動移動控制，因溜板沒有左右限位及零位開關(guān)，所以無法自動回零；溜板具有刻度標(biāo)尺，所以在每次移動溜板之前，先進(jìn)入溜板手動控制功能中將溜板零位與標(biāo)尺零位刻度對齊，然后通過“清零按鈕”鍵將MCS中的坐標(biāo)清理并將此位置認(rèn)為溜板零位此時(shí)MCS坐標(biāo)值前的紅燈變?yōu)榫G燈。（注意溜板的行程為-80～+80mm），在執(zhí)行手動移動操作時(shí)首先要求選擇相應(yīng)的速度檔位，1檔移動速度為0.05mm/min, 二檔速度為0.50mm/min，三檔速度為5mm/min,四檔速度為50mm/min。通過“返回按鈕”可以返回到圖5所示界面4。

在圖2所示界面1中通過觸發(fā)“調(diào)試”鍵，此時(shí)會出現(xiàn)輸入用戶名稱及密碼的對話框，此時(shí)請輸入用戶名和密碼，便可以進(jìn)入“鏜桿溜板反向間隙補(bǔ)償功能”，界面如圖7所示。

圖7 觸摸屏界面6

在此功能中包括鏜桿及溜板的移動補(bǔ)償功能值輸入及鏜桿溜板反向間隙補(bǔ)償功能值輸入。其中鏜桿移動距離補(bǔ)償值為全程550mm移動誤差補(bǔ)償值,其余移動坐標(biāo)為全程范圍內(nèi)的線性理想補(bǔ)償。但是在實(shí)測中可以發(fā)現(xiàn)在全程范圍內(nèi)并非線性，所以用戶可以根據(jù)實(shí)測值填寫相應(yīng)的補(bǔ)償值。

7 PLC程序編寫

根據(jù)觸摸屏中編輯的動作編寫PLC程序，其中輸入與輸出的寄存器與PLC程序編輯時(shí)保持一致。另外編寫鏜桿或溜板在手動或者自動運(yùn)行時(shí)的條件，當(dāng)鏜桿或溜板無法運(yùn)行時(shí)能夠準(zhǔn)確的提示。軟件總共分為以下幾部分：①鏜桿及溜板的回零控制；②鏜桿及溜板的手自動控制；③鏜桿及溜板的顯示。

8 結(jié)束語

使用此方法改造機(jī)床的鏜桿及溜板控制以后，經(jīng)檢測鏜桿在無反向運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行全程定位值差0.30mm,經(jīng)正向補(bǔ)償以后的定位精度在0.01mm范圍以內(nèi)。當(dāng)有反向運(yùn)行時(shí)經(jīng)補(bǔ)償反向間隙值以后定位精度也可以在0.01 mm范圍以內(nèi)。所以使用此方法改造機(jī)床成本低，改造周期短，精度高且可靠，為手動機(jī)床的改造提供了很好的辦法。

［1］施耐德Lexium23運(yùn)動控制用戶手冊。

［2］歐姆龍CP1L OP Manual操作手冊。