作者 :範堤商貿(永宏PLC總代理 ) 楊駿先生

摘 要 

    介紹以永宏FBs-MN係列PLC為核心的磨削機設備控製係統
，用PLC控製3台變頻器，分別控製刀盤電機，拖板電機和版棍電機
，並采用了永宏FBs-MN係列PLC定(ding)位(wei)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)的(de)位(wei)置(zhi)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)及(ji)觸(chu)摸(mo)屏(ping)控(kong)製(zhi)，相(xiang)比(bi)複(fu)雜(za)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)電(dian)路(lu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，既(ji)簡(jian)化(hua)了(le)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)用(yong)戶(hu)的(de)編(bian)程(cheng)工(gong)作(zuo)，又(you)提(ti)高(gao)了(le)精(jing)度(du)，使(shi)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)靈(ling)活(huo)性(xing)得(de)到(dao)了(le)提(ti)高(gao)。

    關鍵詞: 可編程控製器，PLC定位控製單元
，交流伺服係統
，變頻器，人機界麵 

    電鍍之後版輥的粗細不均勻，必須用磨削機經過幾次磨削把它磨成粗細均勻的產品，而且磨削的精度要控製在0.01mm到0.05mm之(zhi)間(jian)
，加(jia)工(gong)時(shi)，刀(dao)具(ju)作(zuo)快(kuai)速(su)直(zhi)線(xian)運(yun)動(dong)來(lai)掃(sao)描(miao)版(ban)輥(gun)表(biao)麵(mian)
，同(tong)時(shi)版(ban)輥(gun)在(zai)不(bu)斷(duan)旋(xuan)轉(zhuan)，就(jiu)可(ke)以(yi)加(jia)工(gong)出(chu)有(you)一(yi)定(ding)錐(zhui)度(du)的(de)表(biao)麵(mian)，采(cai)用(yong)磨(mo)削(xue)加(jia)工(gong)
，既(ji)能(neng)用(yong)簡(jian)單(dan)刀(dao)具(ju)實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)切(qie)削(xue)
，又(you)能(neng)簡(jian)化(hua)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)。國(guo)外(wai)生(sheng)產(chan)的(de)磨(mo)削(xue)機(ji)是(shi)用(yong)複(fu)雜(za)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)控(kong)製(zhi)的(de)
，存(cun)在(zai)可(ke)靠(kao)性(xing)差(cha)、可塑性差、接線複雜、自動化程度低等一係列缺點，並且為了在日益激烈的競爭中提高市場競爭力
，選用PLC作為控製單元是較為合適的方案。本文提出了利用變頻器和PLC定位控製單元的伺服係統構成磨削機的見解與方法
，給出了控製係統軟、硬件結構的設計方案。

1 工藝流程 
    一yi上shang電dian，拖tuo板ban和he控kong製zhi進jin刀dao距ju離li的de伺si服fu歸gui零ling

，接jie著zhe為wei了le實shi現xian合he適shi的de進jin刀dao距ju離li開kai始shi檢jian測ce，檢jian測ce完wan畢bi開kai始shi真zhen正zheng的de磨mo削xue過guo程cheng。磨mo削xue機ji控kong製zhi係xi統tong中zhong，通tong過guo3台變頻器來控製用於拖板移動，刀盤轉動

，版輥轉動的電機，刀盤主軸進給係統應用PLC(可編控製器)定位伺服控製係統，通過伺服來實現一定的進刀距離
，磨削出所要求的版輥

，永宏FBs-MN係列PLC高(gao)速(su)輸(shu)入(ru)讀(du)取(qu)檢(jian)測(ce)時(shi)探(tan)頭(tou)的(de)讀(du)數(shu)。光(guang)電(dian)接(jie)近(jin)開(kai)關(guan)裝(zhuang)在(zai)轉(zhuan)動(dong)輪(lun)上(shang)，把(ba)拖(tuo)板(ban)的(de)長(chang)度(du)轉(zhuan)化(hua)為(wei)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)，利(li)用(yong)可(ke)編(bian)程(cheng)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)計(ji)數(shu)器(qi)進(jin)行(xing)計(ji)數(shu)，當(dang)計(ji)數(shu)值(zhi)達(da)到(dao)設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，控(kong)製(zhi)拖(tuo)板(ban)停(ting)止(zhi)移(yi)動(dong)
，橫(heng)向(xiang)移(yi)動(dong)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)
，用(yong)PLC內nei部bu計ji數shu器qi來lai實shi現xian即ji可ke，節jie約yue了le成cheng本ben。噴pen霧wu閥fa在zai機ji器qi運yun行xing時shi，給gei版ban輥gun噴pen灑sa冷leng卻que液ye
，來lai保bao證zheng成cheng形xing輥gun不bu受shou磨mo損sun及ji型xing材cai表biao麵mian的de光guang潔jie度du。為wei了le提ti高gao生sheng產chan線xian使shi用yong的de安an全quan性xing、運行的可靠性、維護的方便性、操作的靈活性、故障診斷的智能性、磨削的準確性，設計的控製係統采用自動(包括粗切、精切)/手動控製方式。在選擇手動操作時，通過觸摸屏上的軟按鈕實現設備啟、停控製
，操作手柄控製伺服的進或退點動，便於設備調試維修。在選擇自動操作時，在觸摸屏上設置版輥直徑、版輥長度、qiexueliang，xianshijianceshidebangunzhijingzuidazhi
，zuixiaozhihepingjunzhidengxinxihejiancedaodeguzhangxinxi，congeryetigaolekongzhibianlixing。gaibianbianpinqideshedingpinlv，kegaibiantuobanyidongsudu;版輥旋轉速度和刀盤旋轉速度。

2 磨削機PLC控製係統的硬件設計

2.1磨削機設備組成及設計目標
    磨削機主要由1台永宏FBs-44MN係列PLC
，1套三菱MR-J2S係列交流伺服係統，3台三菱FR-E540係列變頻器，1台WEINVIEW的510T，1個4DA模mo塊kuai組zu成cheng。其qi核he心xin是shi可ke編bian程cheng控kong製zhi器qi，它ta的de輸shu出chu部bu分fen主zhu要yao用yong於yu控kong製zhi伺si服fu和he驅qu動dong電dian機ji。其qi輸shu人ren部bu分fen主zhu要yao接jie收shou各ge類lei保bao護hu繼ji電dian器qi的de動dong作zuo信xin號hao。整zheng個ge設she計ji具ju體ti可ke分fen為wei以yi下xia4部分:①采用PLC：FBs-44MN完成檢測(計算出最佳的進刀量)，自動磨削等工序。②利用伺服實現對磨削進刀量的雙閉環控製。③利用內部計數器和光電開關讀取橫向拖板移動距離。④采用觸摸屏實現了更為方便、友好的人機通訊。 

2.2 PLC控製係統構成 
    控製係統由可編程邏輯控製器FBs-44MN

、伺服、光電接近開關和D/A擴展模塊以及觸摸屏元件組成，實現磨削過程中基本邏輯動作、檢測
、伺服閉環控製和人機通訊四大功能

    1)伺服和定位控製器的結合模塊:磨(mo)削(xue)機(ji)要(yao)求(qiu)絲(si)杠(gang)上(shang)的(de)刀(dao)盤(pan)在(zai)加(jia)工(gong)前(qian)後(hou)必(bi)須(xu)停(ting)拖(tuo)板(ban)電(dian)機(ji)在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)位(wei)置(zhi)，以(yi)便(bian)下(xia)一(yi)加(jia)工(gong)循(xun)環(huan)，否(fou)則(ze)將(jiang)造(zao)成(cheng)刀(dao)具(ju)或(huo)工(gong)件(jian)損(sun)壞(huai)。準(zhun)確(que)定(ding)位(wei)在(zai)普(pu)通(tong)繼(ji)電(dian)器(qi)控(kong)製(zhi)的(de)鼠(shu)籠(long)式(shi)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)上(shang)實(shi)現(xian)起(qi)來(lai)比(bi)較(jiao)麻(ma)煩(fan)，我(wo)們(men)采(cai)取(qu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)來(lai)實(shi)現(xian)定(ding)位(wei)，引(yin)人(ren)速(su)度(du)負(fu)反(fan)饋(kui)消(xiao)除(chu)了(le)外(wai)界(jie)參(can)數(shu)變(bian)化(hua)和(he)擾(rao)動(dong)對(dui)係(xi)統(tong)狀(zhuang)態(tai)的(de)影(ying)響(xiang)，使(shi)該(gai)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)快(kuai)、定位精度高、係統穩定性好等特點。為了在工作過程中使精度控製在規定的誤差以內，進刀距離通過檢測采用閉環跟蹤控製。首先是用FBs-44MN讀取檢測時探頭接觸版輥的讀數，並根據公式顯示出版輥的直徑最大，最小
，平均值(與製定合適的切削量有關)，然後用此時的伺服讀數減去探頭讀數
，再加上需要的切削量求出比較精確的進刀量
，最後開始整個自動磨削過程。FBs-44MN作為智能化的定位控製器按用戶編製的定位程序向驅動器發出定位脈衝
、運行方向等
，信號驅動器按這些控製信號驅動伺服電機帶動滾珠絲杠進行定位
，對於伺服電機，有伺服準備
、伺服結束和零位三個信號反饋，外部設定用數字開關可將定位點位置和速度等數值送人定位單元，定位單元通過總線連接到FX係列PLC擴展口上，成為PLC控製係統中的定位智能控製環節
，在定位單元內

，常量的設置與監控、參數的改變可以通過使用連接到PLC上的數據存取單元完成，因此可以在運行過程中由PLC指定模塊號(這裏4DA是1號模塊)，傳送定位速度等數據
，並能在PLC中監視GM的實時定位信號及運行或停止狀態。相應地在PLC中分配有輸人繼電器，輸出繼電器，輔助繼電器，以及特殊輔助繼電器等設備。 

     進刀量用伺服電機來控製
，伺服電機的控製由PLC實現。PLC產chan生sheng兩liang路lu信xin號hao
，一yi路lu為wei伺si服fu脈mai衝chong信xin號hao

，它ta的de頻pin率lv和he伺si服fu電dian機ji的de轉zhuan速su成cheng正zheng比bi

，它ta的de個ge數shu決jue定ding了le伺si服fu電dian機ji旋xuan轉zhuan的de角jiao度du。另ling一yi路lu為wei方fang向xiang電dian平ping信xin號haoDIR。當DIR為高電平時，電機順時針旋轉;相反

，當DIR為低電平時，電機為逆時針旋轉。磨削中分為粗切和精切，精切的精度要求很高
，一般切削量不能大於0.05mm，伺服前進lmm，就發了1600個脈衝
，相當於一個脈衝就前進了0.625um，jingdufeichanggao，congershidesigangdedaojingquedingwei。sifukongzhidaopanjindaoshi，jindaosudubushibubiande
，dangdaopanjiejinbangundeshihouyaozidongkaishijiansu，yimianguochongyingxiangmoxuezhiliang。kongzhidaopanjindaodesigangshangyousangejiejinkaiguan
，yigeshiyonglaiyuandiandingweide，lingwailianggefenbieshijin、退接近開關。

    3) 變頻器模塊:為實現三相異步電動機速度調整和穩定運轉
，我們采用變頻器來調速電機。變頻器的模擬輸人電壓端子接受4DA速度電壓值後，根據內部設定的參數值來對異步電動機調速。調速方式為WF型xing
，這zhe種zhong調tiao速su方fang式shi在zai改gai變bian變bian頻pin器qi輸shu出chu頻pin率lv的de同tong時shi改gai變bian變bian頻pin器qi的de輸shu出chu電dian壓ya
，兩liang者zhe的de比bi值zhi為wei定ding，以yi保bao持chi異yi步bu電dian動dong機ji磁ci通tong不bu變bian。該gai調tiao速su方fang式shi簡jian便bian
、可靠
，能夠滿足電機調速的要求。

    4) 觸摸屏:觸摸屏與PLC相配合，使對設備的任意多的操作控製、大量的運行信息反饋通過對觸摸屏編程予與實現，PLC與觸摸屏之間通過串行接口通訊
，連線簡潔，整個係統更緊湊
、美觀。 

3 係統的軟件設計

3.1 PLC控製的軟件設計 
    PLC控製 軟件的設計大致可以分為以下幾個模塊:上電初始化

、檢測
、自動磨削
、報警及報替處理。選用永宏的FBS係列PLC，其內部包含基本邏輯指令、步進順控指令和功能指令，配合擴展模塊的特殊指令，編程靈活、修改方便且運行穩定。首先進行初始化
，初始化包括拖板

、刀dao盤pan進jin給gei絲si杠gang和he伺si服fu的de歸gui零ling
，一yi上shang電dian伺si服fu控kong製zhi刀dao盤pan的de軸zhou快kuai速su移yi動dong到dao零ling點dian位wei置zhi，相xiang應ying的de伺si服fu讀du數shu為wei零ling，拖tuo板ban也ye根gen據ju需xu要yao回hui到dao零ling點dian位wei置zhi，若ruo刀dao盤pan主zhu軸zhou進jin給gei超chao過guo最zui大da給gei定ding行xing程cheng時shi

，係xi統tong發fa出chu超chao程cheng報bao警jing，同tong時shi刀dao盤pan主zhu軸zhou自zi動dong返fan回hui零ling位wei。比bi較jiao麻ma煩fan的de是shi不bu知zhi道dao要yao切qie削xue幾ji次ci才cai可ke以yi達da到dao磨mo削xue的de期qi望wang值zhi，為wei了le提ti高gao效xiao率lv，用yong戶hu可ke以yi將jiang常chang用yong的de磨mo削xue周zhou期qi存cun儲chu起qi來lai以yi備bei後hou用yong
，而er不bu必bi重zhong新xin設she計ji磨mo削xue周zhou期qi。 
    2) DA模塊:版輥旋轉，刀盤旋轉
，拖板移動分別用3台tai電dian動dong機ji拖tuo動dong，變bian頻pin器qi根gen據ju輸shu入ru的de版ban輥gun直zhi徑jing

，版ban輥gun長chang度du通tong過guo調tiao用yong公gong式shi來lai調tiao節jie電dian動dong機ji轉zhuan速su，保bao證zheng磨mo削xue出chu一yi定ding錐zhui度du的de表biao麵mian。三san個ge速su度du和he版ban輥gun直zhi徑jing，長chang度du之zhi間jian存cun在zai著zhe一yi定ding的de機ji械xie關guan係xi

，而er這zhe種zhong折zhe算suan關guan係xi存cun儲chu在zaiPLC中並在磨削前自動調用出來，拖板的橫向移動距離用接近開關檢測，電機每轉一周檢測5個開關(絲杠前進10mm)，計5次數，一次計數就移動2mm，停止時已經記下一定的距離，當拖板退回去的時候可以根據折算好的計數值自動停止移動。無論刀盤轉速還是版輥轉速
、拖(tuo)板(ban)移(yi)動(dong)速(su)度(du)發(fa)生(sheng)波(bo)動(dong)，都(dou)會(hui)影(ying)響(xiang)磨(mo)削(xue)出(chu)來(lai)的(de)表(biao)麵(mian)精(jing)度(du)，因(yin)此(ci)，當(dang)其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)速(su)度(du)發(fa)生(sheng)波(bo)動(dong)時(shi)，另(ling)外(wai)兩(liang)個(ge)的(de)轉(zhuan)速(su)必(bi)須(xu)迅(xun)速(su)跟(gen)蹤(zong)。無(wu)論(lun)手(shou)動(dong)操(cao)作(zuo)時(shi)設(she)定(ding)速(su)度(du)還(hai)是(shi)根(gen)據(ju)版(ban)輥(gun)直(zhi)徑(jing)，長(chang)度(du)通(tong)過(guo)公(gong)式(shi)求(qiu)得(de)刀(dao)盤(pan)、版輥、拖板速度值，都要將其值傳給三菱變頻器。為此，我們增加4DA模塊。該模塊提供4個輸出通道(要用到3個通道),電壓輸出模式
，對應於-10V-+10V。電流輸出模式，分別對應於4mA-20mA。

3.2觸摸屏畫麵設計 

    510T為彩色液晶，256色顯示。觸摸屏可取代操作按鈕、撥碼盤
，SEGA數碼管，使本係統配置、連線，PLCchengxugengjiajianjie。tongguozutairuanjian，keshengchanfengfudeyonghuhuamian。jifangbiancaozuozheshiyong
，youbianyushejizhekaifa，shilixiangderenjijiemian。gaixitongzhongzhuyaoshejilehuanyingdengluhuamian

、主畫麵、手動操作畫麵、粗切顯示監控畫麵
、粗切操作畫麵
、精切顯示監控畫麵
、精切操作畫麵
、故障顯示畫麵和報警履曆顯示等9個基本畫麵和幫助及故障詳細顯示等10個窗口畫麵。這些畫麵從個人電腦傳送到觸摸屏即可使用
，而觸摸屏與PLC通過RS-422tongxindianlanlianjiekeshixianxinxihutong。zaihuamiandeshejitiaoshiguochengzhong
，yekecongchumopingshangchuanhuamiandaojisuanjiduihuamianjinxingxiugai。huanyingdengluhuamianyaoqiucaozuozhedengluqianxianshurenkouling，yifangfeicaozuorenyuanjinruhousuiyixiugaihecaozuo。zhuhuamianyonglaixuanzemouxiangcaozuo
，anxiangyinganniujiqiehuandaoxiangyingdehuamian。shoudongcaozuohuamianliyongchumojianfengfuerlinghuoduoyangdegongnengshezhi，duishebeizhijiejinxingshoudongqidong、停機控製，歸零，檢測。自動操作畫麵(分粗切、精切)主要用來設定切削量、版輥直徑
、拖(tuo)板(ban)移(yi)動(dong)距(ju)離(li)並(bing)開(kai)始(shi)切(qie)削(xue)等(deng)動(dong)作(zuo)。監(jian)控(kong)畫(hua)麵(mian)有(you)兩(liang)個(ge)，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)用(yong)來(lai)顯(xian)示(shi)各(ge)限(xian)位(wei)開(kai)關(guan)的(de)動(dong)作(zuo)情(qing)況(kuang)，另(ling)一(yi)個(ge)用(yong)來(lai)顯(xian)示(shi)各(ge)輸(shu)出(chu)設(she)備(bei)的(de)動(dong)作(zuo)情(qing)況(kuang)

，兩(liang)者(zhe)都(dou)以(yi)指(zhi)示(shi)燈(deng)和(he)標(biao)注(zhu)文(wen)字(zi)屬(shu)性(xing)的(de)變(bian)化(hua)來(lai)表(biao)示(shi)動(dong)作(zuo)與(yu)否(fou)。故(gu)障(zhang)顯(xian)示(shi)畫(hua)麵(mian)對(dui)設(she)備(bei)的(de)故(gu)障(zhang)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)報(bao)警(jing)
，而(er)報(bao)警(jing)履(lv)曆(li)顯(xian)示(shi)畫(hua)麵(mian)用(yong)來(lai)顯(xian)示(shi)報(bao)警(jing)的(de)日(ri)期(qi)、時間
、消息

、確(que)認(ren)時(shi)間(jian)和(he)恢(hui)複(fu)時(shi)間(jian)
，當(dang)用(yong)手(shou)觸(chu)摸(mo)某(mou)一(yi)故(gu)障(zhang)時(shi)將(jiang)彈(dan)出(chu)窗(chuang)口(kou)畫(hua)麵(mian)詳(xiang)細(xi)顯(xian)示(shi)相(xiang)關(guan)內(nei)容(rong)及(ji)應(ying)采(cai)取(qu)的(de)措(cuo)施(shi)。閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)是(shi)以(yi)要(yao)求(qiu)的(de)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)為(wei)依(yi)準(zhun)，判(pan)斷(duan)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)是(shi)否(fou)有(you)外(wai)部(bu)因(yin)素(su)引(yin)起(qi)的(de)切(qie)削(xue)量(liang)的(de)不(bu)足(zu)
，實(shi)時(shi)地(di)調(tiao)整(zheng)切(qie)削(xue)量(liang)
，經(jing)過(guo)幾(ji)次(ci)補(bu)償(chang)，達(da)到(dao)理(li)想(xiang)產(chan)品(pin)要(yao)求(qiu)。


4 結束語 

     伺服係統雙閉環控製(位置環
、速度環)可以把穩態誤差控製在1wm以下，遠遠小於土0.03mm，因此，本係統的精度是很高的。本文提出的應用PLC和HMI控製磨削機設備滿足控製要求，在實際運行中是切實可行的。通過工業運行證明，這種係統硬件設計簡單實用、工作可靠
、運行靈活

、性價比高
，具有推廣價值。軟件編程采用模塊化設計，功能完善。采用PLC一觸摸屏結合的電氣控製方案並與機械技術組合一體，使該磨削設備結構緊湊
、自動化程度高
、生產效率高
，並且設備的可維護性和靈活性大為提高。