可編程序控制器(PLC)在龍門平面磨床中的應(yīng)用

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(jī)器有限責(zé)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(shí)現(xiàn)對(duì)龍門平面磨床的完美控制。詳細(xì)介紹了龍門平面磨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作流程及控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，通過(guò)友好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了加工的人性化，能幫助維修人員準(zhǔn)確地查找故障根源并提供了相關(guān)信息，提高了對(duì)機(jī)床的維修能力，取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(jī)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(tái)面或電磁吸盤(pán)上，可磨削鋼件、鑄件及有色金屬等材料。機(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng)；磨頭隨滑板與拖板作垂直升降運(yùn)動(dòng)，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(tái)由液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，床身與工作臺(tái)采用平--—V型貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌副，工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用獨(dú)立液壓站驅(qū)動(dòng)，經(jīng)比例閥作無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)快、慢速平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；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(dòng)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)行星減速器、滾珠絲桿副傳動(dòng)及由PLC控制實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)定距、連續(xù)、斷續(xù)進(jìn)給等功能，并采用電子手輪實(shí)現(xiàn)對(duì)刀及微量進(jìn)給功能。磨頭垂直移動(dòng)采用了鋼導(dǎo)軌及貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌形式，經(jīng)伺服電動(dòng)機(jī)、垂直蝸輪蝸桿減速器和滾珠絲桿副的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)垂直進(jìn)給定尺寸磨削、進(jìn)刀和快速升降等功能，也可使用電子手輪對(duì)刀和微進(jìn)給。磨頭的橫向、垂直方向，工作臺(tái)可利用面板操作任意設(shè)定行程距離，免除了傳統(tǒng)的機(jī)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(jiǎn)要工藝

加工過(guò)程為：使用臥磨頭磨削平面，在工作臺(tái)上固定好工件以后開(kāi)動(dòng)液壓站。根據(jù)工件的縱向長(zhǎng)度設(shè)定工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程，然后再進(jìn)行橫向行程的設(shè)定，加工范圍設(shè)定好后，即可進(jìn)行對(duì)刀磨削。手動(dòng)操作磨削時(shí)，先開(kāi)啟液壓站，工作臺(tái)在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在面板上的電位器可控制其運(yùn)動(dòng)速度。垂直進(jìn)給可選用手動(dòng)模式，橫向進(jìn)給可選擇進(jìn)給模式。在間歇進(jìn)給和工作臺(tái)換向時(shí)，磨頭橫向進(jìn)給一定長(zhǎng)度，用手輪控制磨頭實(shí)現(xiàn)上下進(jìn)刀，簡(jiǎn)便安全。本機(jī)還配備了自動(dòng)定尺寸的磨削功能，通過(guò)觸摸屏設(shè)置粗磨進(jìn)刀量、粗磨次數(shù)和精磨次數(shù)等參數(shù)，可進(jìn)行全自動(dòng)平面磨削以達(dá)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(dòng)、伺服傳動(dòng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)、PLC模塊控制器和觸摸屏部分，都集中在電氣控制柜中，將機(jī)床的程控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)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(shí)行全封閉防護(hù)，保證了系統(tǒng)運(yùn)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(hào)為CP1H X40DT-D，歐姆龍可編程控制器CP1H是用于實(shí)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(diǎn)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(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，允許4個(gè)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(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)，該系統(tǒng)具有過(guò)載能力強(qiáng)、抗負(fù)載撓動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以精確地控制機(jī)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(dòng)器的連接、伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電動(dòng)機(jī)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(jī)床操作面板

機(jī)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、啟停控制、參數(shù)設(shè)定和報(bào)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(lái)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(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的輸入和顯示，必須對(duì)串口A進(jìn)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(gè)機(jī)床的控制中心，執(zhí)行龍門平面磨床所有輸入信號(hào)的采集和處理，并發(fā)出機(jī)床動(dòng)作的指令，控制液壓系統(tǒng)中的電磁閥來(lái)完成工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，控制橫向、垂直方向的伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，以及和觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了能跟觸摸屏進(jìn)行連接，必須對(duì)PLC的通訊串口進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，這樣觸摸屏和PLC才能進(jìn)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(jì)、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(kāi)發(fā)的CX-one中。安裝好CX-one軟件后，可以對(duì)歐姆龍的工控產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，同時(shí)包含了電腦與觸摸屏、電腦與PLC連接的相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序。觸摸屏的相關(guān)屏幕設(shè)計(jì)通過(guò)CX-one中的CX-Designer來(lái)完成，在觸摸屏相關(guān)控件設(shè)計(jì)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(shí)根據(jù)機(jī)床的相關(guān)工藝要求設(shè)計(jì)PLC程序，包括輸入信號(hào)、伺服軸的脈沖輸出信號(hào)、觸摸屏的相關(guān)信息以及控制液壓系統(tǒng)的輸出信號(hào)等，通過(guò)歐姆龍CX-one軟件中的CX-programmer進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)，如圖7所示。

圖7 梯形圖

8)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)的相關(guān)設(shè)置

根據(jù)傳動(dòng)比以及絲杠螺距對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行正確設(shè)置(正確設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的指令脈沖形式、電子齒輪比、控制方式等參數(shù))后，機(jī)床才能進(jìn)行精確的動(dòng)作。

3 結(jié)語(yǔ)

在第一臺(tái)龍門磨床研制成功之后，經(jīng)過(guò)反復(fù)地試驗(yàn)改進(jìn)和充分發(fā)揮CP1H的優(yōu)異性能，如系統(tǒng)緊湊、可靠、功能強(qiáng)大、憑借友好的人際交互界面以及系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)單、控制可靠、控制精度高和性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)，以及豐富的報(bào)警顯示功能，能幫助維修人員準(zhǔn)確地查找故障根源并提供了相關(guān)信息，極大地提高了機(jī)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(píng)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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