基于PLC的滾壓自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于欣

(南京理工大學(xué)自動(dòng)化系,江蘇 南京 210094)

引言：

滾壓機(jī)主要是基于車床的基礎(chǔ)，卡緊工件后，滾壓裝置上的三個(gè)滾壓輪作用在工件上，主電機(jī)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)并沿Z向進(jìn)行進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向軸外表面的滾壓，完成對(duì)工件的滾壓過程。加工過程比較簡單，現(xiàn)有的設(shè)備為20多年前德國生產(chǎn)的機(jī)床，現(xiàn)已不能正常工作，市面上也沒有相同機(jī)型，需重新設(shè)計(jì)相同的機(jī)床。所以機(jī)床的設(shè)計(jì)不僅能夠完成工件的加工，還需能自動(dòng)控制整個(gè)加工過程，提高機(jī)床的效率及達(dá)到加工的精度要求。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

通過圖1工藝流程圖可以出系統(tǒng)的工作過程，在這個(gè)工作這前，先手動(dòng)將卡盤卡緊，然后現(xiàn)進(jìn)行整個(gè)加工過程，這個(gè)是為了安全起見。在按下循環(huán)啟動(dòng)開始后，首先是三個(gè)滾壓刀進(jìn)刀壓在工件上；然后主軸旋轉(zhuǎn)，由于主軸速度有無極調(diào)速的要求，通常會(huì)采用變頻器加變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這部分是在PLC上擴(kuò)展帶有模擬量（0～10V）輸出的模塊來控制完成；然后進(jìn)給軸帶著滾壓刀進(jìn)行加工；當(dāng)?shù)竭_(dá)到指令位置后停止進(jìn)給，停止主軸旋轉(zhuǎn)，延時(shí)將上下滾壓刀后退，后退到位后，進(jìn)給軸后退至中間位置，以方便卸下工件；松開卡盤卸下工件，完成一個(gè)工件的加工。這里面卡盤卡緊/松開及滾壓刀的進(jìn)刀/退刀用液壓裝置來完成，PLC控制系統(tǒng)所要完成就是對(duì)其進(jìn)行邏輯控制。

該款數(shù)控機(jī)床是通過觸摸屏采用人機(jī)互動(dòng)界面來實(shí)現(xiàn)操作人員與系統(tǒng)之間進(jìn)行對(duì)話和信息交換的專用設(shè)置,在現(xiàn)代工業(yè)控制中,大多數(shù)采用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)。它可以取代大部分傳統(tǒng)控制面板、按鈕開關(guān)、數(shù)字設(shè)定及指示燈等裝置，并且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、明確顯示重要信息，有利于操作人員正確掌握機(jī)器狀況，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。這一點(diǎn)可以通過觸摸屏的組態(tài)軟件設(shè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)、機(jī)床參數(shù)、工件加工參數(shù)、PLC監(jiān)控等多個(gè)畫面，完成了對(duì)機(jī)床的監(jiān)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。

圖1 工藝流程圖

1.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于控制進(jìn)給軸及位置?，F(xiàn)在定位準(zhǔn)確且有剛性好的進(jìn)給電機(jī)就是交流伺服電機(jī)，位置控制需要給脈沖量，脈沖量的頻率決定了進(jìn)給的速度。這部分在設(shè)計(jì)中要注意一下。脈沖信號(hào)的抗干擾能力不是很好，單端接地的脈沖傳輸方式使動(dòng)作頻率降低，可以采用雙端接地及短距離傳輸?shù)鹊葋硖岣呖垢蓴_能力。PLC有高速脈沖口，多數(shù)為單端接地，雙端接地需要在PLC重新加入模塊，所以在單端接地加入電阻，可以高其抗干擾能力。如下圖：

圖2 Type3脈沖量輸入端口的單端驅(qū)動(dòng)電路

根據(jù)脈沖量輸入電路，驅(qū)動(dòng)電流10～15mA，限定外部電源最大電壓25V的條件，確定電阻R的數(shù)值，在VCC=24V，R=1.3～2K。

2.1 控制系統(tǒng)硬件組成

2.1.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)以上對(duì)控制系統(tǒng)的要求，基本硬件配置框圖如圖2所示?，F(xiàn)場有PLC控制器一臺(tái),觸摸屏一個(gè)，主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)，以及他們的驅(qū)動(dòng)器，還有控制壓力的液壓裝置。PLC控制系統(tǒng)所要完成就是對(duì)其進(jìn)行邏輯控制，觸摸屏用來來實(shí)現(xiàn)操作人員與系統(tǒng)之間進(jìn)行對(duì)話和信息交換的專用設(shè)置，電機(jī)主要是用來帶動(dòng)刀具切割和加工工件。

圖2 系統(tǒng)硬件配置圖

本機(jī)床采用以PLC和觸摸屏作為上位機(jī)控制機(jī)床工作。主軸電機(jī)采用交流伺服主動(dòng)機(jī)，Z向進(jìn)給采用交流伺電機(jī)。

2.控制系統(tǒng)硬件選擇

a.PLC

根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的要求，選擇的PLC時(shí)應(yīng)同時(shí)具備有高速脈沖輸出和有模擬量輸出。在多方比較后，選擇了性價(jià)比高的臺(tái)達(dá)DVP-SV的PLC。DVP-SV系列具有優(yōu)異的運(yùn)算功能，基本指令最快執(zhí)行速度達(dá)0.24μS；高速脈沖輸出可達(dá)200KHZ；并具有特殊擴(kuò)展即模擬量的輸出。

b.主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

主軸速度有無極調(diào)速的要求，通常會(huì)采用變頻器加變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這需要在PLC上擴(kuò)展帶有模擬量（0~10V）輸出的模塊來控制完成。通過對(duì)實(shí)際對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的要求0~3000r/min要求，選擇了廣州數(shù)控的主電機(jī)。c.對(duì)工件進(jìn)給要求如下：最小辨率：0.001mm進(jìn)給速度最大為9m/min

高速脈沖的頻率計(jì)算如下：

其中p為每轉(zhuǎn)所需脈沖數(shù)

絲杠采用螺距6mm

電機(jī)轉(zhuǎn)速F=1500 r/min=25 r/s

所選的脈沖輸出范圍在0~200KHZ以內(nèi)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速要求

d.人機(jī)界面是操作人員與系統(tǒng)之間進(jìn)行對(duì)話和信息交換的專用設(shè)置,在現(xiàn)代工業(yè)控制中,大多數(shù)采用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)。它可以取代大部分傳統(tǒng)控制面板、按鈕開關(guān)、數(shù)字設(shè)定及指示燈等裝置，并且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、明確顯示重要信息，有利于操作人員正確掌握機(jī)器狀況，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)以上對(duì)滾壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及控制原理的分析，軟件部分的設(shè)計(jì)包括有手動(dòng)、及自動(dòng)部分兩個(gè)程序塊。手動(dòng)部分是為調(diào)整時(shí)使用的，在觸摸屏上按鈕可以完成相應(yīng)的功能。在自動(dòng)加工中，針對(duì)不同軸徑的參數(shù)設(shè)定窗口，主要列出了常用的參數(shù)表如主軸速度、進(jìn)給速度、加工位置等等參數(shù)，自動(dòng)部分可根據(jù)選擇不同的參數(shù)，來完成自動(dòng)加工。另外，為了更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的效率，每次開始加工工件時(shí)，不必對(duì)好起始位置（參數(shù)表），PLC會(huì)在此時(shí)調(diào)用就近移動(dòng)滾壓臺(tái)至工件一端子程序。這個(gè)程序會(huì)通過現(xiàn)在機(jī)床所在位置與參數(shù)設(shè)定的兩端位置進(jìn)行計(jì)算，就近快速移動(dòng)動(dòng)一端，然后根據(jù)加工要求進(jìn)行加工。這樣可以方便操作、提高效率，免去了每次對(duì)刀的麻煩。

另外還編制了報(bào)警子程序，盡快查找故障，方便維修。

3 結(jié)束語

經(jīng)實(shí)際的應(yīng)用，進(jìn)一步證明本系統(tǒng)工程自動(dòng)化程度高、性能穩(wěn)定可靠、故障點(diǎn)低、響應(yīng)速度快、維護(hù)量小、操作方便，滿足了生產(chǎn)需要。

[1]《DVP-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)程序篇》中達(dá)電能股份有限公司.

[2]《DVP-B系列人機(jī)界面使用手冊(cè)》中達(dá)電能股份有限公司.

[3]《DAP03使用手冊(cè)》廣州數(shù)控設(shè)備有限公司.

[4]《DA98全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)安裝使用手冊(cè)》廣州數(shù)控設(shè)備有限公司.