本文主要介紹了以?xún)膳_(tái)臺(tái)達(dá)PM系列PLC組成的主從結(jié)構(gòu)的主要控制部件，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)大型落地式銑鏜床動(dòng)作控制的方案。該產(chǎn)品雖然不是數(shù)控設(shè)備，但所采用的控制方案基本上可以實(shí)現(xiàn)脈沖控制，精確定位，兩軸直線或圓弧插補(bǔ)功能，大大提高了產(chǎn)品的精度和實(shí)用性。
1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，機(jī)床行業(yè)早已進(jìn)入了自動(dòng)化時(shí)代，普通機(jī)床已不能滿足加工精度和效率的要求。但數(shù)控機(jī)床的成本較高，對(duì)操作人員和維護(hù)人員也有一定的要求。為追求最大的性?xún)r(jià)比，我們選用了臺(tái)達(dá)PM系列運(yùn)動(dòng)控制器作為主要控制部件的方案。
此臺(tái)產(chǎn)品定位為T(mén)X6916，是一臺(tái)數(shù)顯落地式銑鏜床。由于該機(jī)床的四個(gè)進(jìn)給軸功率較大，因此選用了安川ΣⅡ系列伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī);主軸應(yīng)客戶(hù)要求選用了75KW西門(mén)子變頻器和變頻電機(jī);其核心控制部件為臺(tái)達(dá)PM系列運(yùn)動(dòng)控制器，選用了兩臺(tái)PM系列PLC為主從結(jié)構(gòu)來(lái)控制四個(gè)進(jìn)給軸;并在操作臺(tái)上安裝有觸摸屏，通過(guò)此屏來(lái)精確控制和反饋機(jī)床各軸的運(yùn)行。
PM運(yùn)動(dòng)控制器和觸摸屏的使用讓機(jī)床的控制更加方便和精確，此方案提高了機(jī)床的加工效率和精度，與同等規(guī)格的數(shù)控機(jī)床相比也大大節(jié)省了成本，得到了用戶(hù)的好評(píng)。
2 正文
TX6916是一臺(tái)鏜桿直徑為160mm的落地式銑鏜床，分為滑座(X軸)、主軸箱(Y軸)、鏜桿(Z軸)、方滑枕(W軸)四個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)主軸。具有鏜、鉆、銑、切槽等加工功能，是冶金、能源、電力、礦山、造船等行業(yè)大型零件加工的主要設(shè)備。銑鏜床主要設(shè)備參數(shù)如下：
電氣控制部分主要配置如下：
設(shè)備如圖1所示。
圖1
為提高設(shè)備的加工效率和加工精度，此類(lèi)機(jī)床已從原來(lái)的普通機(jī)床發(fā)展到數(shù)顯機(jī)床，動(dòng)力與傳動(dòng)部分也從早期的普通交流電機(jī)和復(fù)雜的齒輪變速箱發(fā)展到現(xiàn)在的伺服電機(jī)無(wú)極調(diào)速控制。此臺(tái)TX6916所采用的方案為：以一臺(tái)觸摸屏為控制界面與PM運(yùn)動(dòng)控制器通訊連接，并發(fā)出操作指令，再由運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出脈沖給伺服驅(qū)動(dòng)器，以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)執(zhí)行運(yùn)行命令。通過(guò)數(shù)顯表顯示機(jī)床各軸所運(yùn)行的精確位移，通過(guò)PLC的計(jì)算在觸摸屏上顯示各軸的運(yùn)行速度。并且在PLC上外接一個(gè)電子脈沖發(fā)生器，基本上可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的手輪微調(diào)功能，也方便操作者加工前對(duì)刀使用。圖2是TX6916的應(yīng)用方案框圖。
圖2
與普通PLC邏輯控制相比，PM運(yùn)動(dòng)控制器在機(jī)床行業(yè)有著極大的優(yōu)勢(shì)。機(jī)床的軸傳動(dòng)控制采用伺服驅(qū)動(dòng)的方案已經(jīng)很普遍了，在不選用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制的情況下，大多數(shù)廠家會(huì)使用傳統(tǒng)的PLC邏輯關(guān)系來(lái)控制伺服驅(qū)動(dòng)上的控制點(diǎn)，再加上模擬量的給定。而運(yùn)動(dòng)控制器將部分輸入輸出點(diǎn)定義為固定用處的控制點(diǎn)，采用脈沖輸出的方式給伺服單元信號(hào)。采用此方案后控制線路變得非常簡(jiǎn)單，也避免了模擬量因干擾造成的誤動(dòng)作。為實(shí)現(xiàn)本機(jī)床的液壓油路、冷卻，附件等部件的動(dòng)作，PLC除運(yùn)動(dòng)控制器外還添加了擴(kuò)展模塊。
PLC的控制線以一個(gè)軸為例，具體電路如圖3所示。
圖3 具體電路圖
伺服驅(qū)動(dòng)器上的連線也比原先用普通PLC邏輯控制的線路相比簡(jiǎn)單了很多，也無(wú)需再用模擬電壓給定的速度控制與電子手輪的位置控制相接合的混合控制方式，這樣更有利于功能的設(shè)置和電路的維護(hù)。驅(qū)動(dòng)接線也以一個(gè)單元為例如圖4所示。
PM系列運(yùn)動(dòng)控制器是一種可以高速定位、雙軸線性及圓弧插補(bǔ)等多功能可編程控制器，其特色是結(jié)合了基本指令、應(yīng)用指令、運(yùn)動(dòng)指令及G代碼指令等功能，讓程序編寫(xiě)設(shè)計(jì)更多元化。我們都知道G代碼的編程是數(shù)控系統(tǒng)中用于加工零件編程的語(yǔ)言，有了這些功能可以實(shí)現(xiàn)兩軸直線或是圓弧插補(bǔ)，現(xiàn)在僅用PLC就可編寫(xiě)簡(jiǎn)單的零件加工程序，這也是應(yīng)用了PM系列運(yùn)動(dòng)控制器的新型機(jī)床的一大特點(diǎn)!
PM系列運(yùn)動(dòng)控制型PLC中為每個(gè)可控軸設(shè)定了一組特殊寄存器，通過(guò)對(duì)這些特殊寄存器的賦值來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，可通過(guò)讀一些寄存器中的值來(lái)反應(yīng)當(dāng)前軸的狀態(tài)。下面以主機(jī)的第一個(gè)軸(X軸)為例說(shuō)明，下以是X軸相關(guān)的特殊寄存器定義：
圖4
X軸的主要操作、控制和顯示是由一臺(tái)觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的，觸摸屏與DVP-PM通過(guò)RS485協(xié)議進(jìn)行通訊，而在PLC中編寫(xiě)的相關(guān)程序，對(duì)相應(yīng)的寄存器位進(jìn)行賦值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床X軸動(dòng)作的控制。這樣的控制方式比在外部用接線的方法來(lái)控制伺服單元是更加簡(jiǎn)便而可靠的方法。每個(gè)軸的運(yùn)行方式都有點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行和電子手輪微調(diào)三種模式，以滿足客戶(hù)在加工過(guò)程中的操作需要。同時(shí)還在觸摸屏上顯示出當(dāng)前軸的進(jìn)給速度，以便讓操作者遵照正確的加工工藝要求。
圖5所示為X軸在觸摸屏上的人機(jī)對(duì)話界面。
控制X軸運(yùn)行的控制中主要程序部分如下：
圖5
控制X軸運(yùn)行的控制中主要程序部分如圖6所示。
圖6
在作為從站的第二臺(tái)DVP-PM型PLC是對(duì)機(jī)床鏜桿和滑枕這兩個(gè)軸的控制程序，每個(gè)軸的運(yùn)行控制程序都和X軸的程序相似，從站用的PLC和主站的型號(hào)是完全相同的，因此從站中控制兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的特殊寄存器和主站中的特殊寄存器在本站中有著同樣的地址。DVP-PM機(jī)型，在內(nèi)部有規(guī)劃一個(gè)特殊寄存器區(qū)塊，可相對(duì)應(yīng)于主站的控制寄存器，并利用此架構(gòu)，自行規(guī)劃從站欲受主站控制的數(shù)據(jù)傳遞，以達(dá)到主站與從站的數(shù)據(jù)交換及運(yùn)動(dòng)模式控制的功能。DVP-PM主站使用FROM/TO指令下達(dá)命令數(shù)據(jù)于從站，從站的可擦寫(xiě)控制寄存器為CR#0~CR#199，對(duì)應(yīng)從站內(nèi)部規(guī)劃的特殊寄存器區(qū)的D1500~D1699。數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系如下圖所示：
因此我們?cè)谧鳛橹髡竞蛷恼镜腜LC中分別編寫(xiě)如下程序，以實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的數(shù)據(jù)傳遞。主站以第一個(gè)軸傳送指令為例：
從站第一個(gè)軸接收數(shù)據(jù)程序：
這樣即將主站中地址D100~D103的值傳至從站的D1501~D1504中，在從站中第一個(gè)軸的操作指令也將和主機(jī)中的一樣，從M0開(kāi)始，控制程序也和主機(jī)中第一個(gè)軸的控制程序基本一致。
本機(jī)床的電氣控制配置中還有一個(gè)模擬量模塊，用于主軸箱垂度補(bǔ)償用。當(dāng)滑枕伸出距離越大，主軸箱前方下垂的可能性越大，因此在主軸箱靠前方有一根鋼絲繩對(duì)主軸箱施加一個(gè)拉力，以平衡其下垂的角度。這個(gè)拉力是由液壓實(shí)現(xiàn)的，壓力的大小由比例閥調(diào)節(jié)，比例閥則受模擬模塊給出的4~20mA的電壓控制。因此在程序中需要對(duì)此模塊進(jìn)行編程控制。
DVP-PM型運(yùn)動(dòng)控制器還有一個(gè)特殊功能，可以用G代碼和M代碼來(lái)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的加工程序，這也是這款PLC的特長(zhǎng)所在。當(dāng)然，G代碼和M代碼的應(yīng)用也是要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于客戶(hù)的要求本機(jī)床中這一功能并未啟用，但在將來(lái)此類(lèi)型機(jī)床上完全可以擴(kuò)展此功能項(xiàng)!
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)TX6916電氣設(shè)計(jì)方案上對(duì)DVP-PM運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)用讓我們對(duì)PLC有了新的認(rèn)識(shí)，臺(tái)達(dá)PM系列運(yùn)動(dòng)控制器以其強(qiáng)大的控制功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床進(jìn)給軸的精確定位，甚至可以實(shí)現(xiàn)兩軸直線或圓弧插補(bǔ)等數(shù)控的功能?？删幊炭刂破?、伺服驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏等自動(dòng)化工控產(chǎn)品的發(fā)展將推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)的共同進(jìn)步。
作者簡(jiǎn)介
林穎嬪(1981-)女 技術(shù)開(kāi)發(fā)部副部長(zhǎng)，任職于蕪湖日升重型機(jī)床有限公司，從事電氣設(shè)計(jì)工作。
參考文獻(xiàn)(略)
