PLC在軸承套圈自動車床中的應用

王建共，馬春偉

(浙江進泰機械設備有限公司，浙江 新昌 312500)

軸承套圈的車削加工要求精度高，生產效率高。目前車加工設備主要為普通車床和自動車床2類，普通車床的加工精度低，效率低，需要人工上、下料，勞動強度大且存在安全隱患；自動車床大多采用單片機為控制中心，步進電動機為驅動裝置，機床操作相對方便，但生產中故障率高，單片機控制系統易受干擾，步進電動機高速易失步，精度較低。

為進一步提高設備的工作效率和可靠性，設計了以PLC為控制中心的軸承套圈自動機床控制系統，取代原來的單片機系統。該系統根據操作人員輸入的加工數據及動作時序參數控制各執行部件動作，完成工件的裝夾、車削、成品收集等加工工序，具備完善的故障報警功能和工件統計功能。

1 系統構成

控制系統構成如圖1所示，選用DVP-SA可編程控制器[1]；PLC通過RS232進行通信；采用TD220觸摸屏作為人機界面，以文字或指示燈等形式監視、修改PLC內部寄存器或繼電器的數值和狀態，從而使操作人員能夠自如地控制設備；按鈕、行程開關及各種現場接入PLC的輸入信號端；PLC輸出點直接控制電磁閥、接觸器；PLC輸出一路脈沖及方向信號控制伺服單元的轉角及轉向；控制系統需要15個輸入點(其中1點為高速輸入點)和11個輸出點(其中1點為高速脈沖輸出)，采用了DVP12SA11T主機加DVP16SP11R擴展模塊，其共有16個輸入點和12個輸出點，可滿足系統要求；參照其他車床設備選取ASDA-B系列750W伺服單元用于x軸驅動機構。

圖1 控制系統構成示意圖

2 系統功能實現

2.1 TD220顯示終端[2]

人機界面設計遵循采用動態文本表現設備的狀態，故障報警信息顯著明顯，操作方便的原則。界面內容包括設備的狀態信息(圖2)，故障報警信息(圖3)，加工數據設定(圖4)等。

圖2 狀態信息示意圖

圖3 報警信息示意圖

圖4 加工數據設定示意圖

2.2 PLC程序設計

2.2.1 輔助動作設計

輔助動作主要是氣缸以及主軸電動機的動作，包括上料、夾緊、拖板、接料等。機床整個工作過程以順序功能圖SFC方式編程實現，各狀態之間的轉換信號為外部行程開關信號或內部定時器信號。SFC程序中，PLC會自動完成各狀態間的互鎖及雙重輸出等處理。部分SFC流程如圖5所示。

圖5 部分SFC流程

2.2.2 加工數據計算

操作人員輸入的加工數據(值)為百分數，進給量單位為毫米。輸入參數轉換為PLC脈沖后輸出PLSY指令所需的脈沖頻率及脈沖數，PLSY指令使用規范如圖6所示。其中，S1指定脈沖輸出頻率；S2指定脈沖輸出數量；D指定脈沖輸出裝置。S1，S2可以用常數或寄存器指定，實際應用中S1，S2指定為寄存器，在加工程序中的不同工步，以不同的脈沖頻率、脈沖數傳入寄存器；D指定為Y0。在DCP-SA可編程控制器中，當Y0的脈沖輸出結束后，PLC系統中有特殊M點M1029置位，根據此標志位決定加工程序工步的切換。數據計算公式為：脈沖速度=速度值(百分數)×最大脈沖速度/1 000；脈沖數=進給量(mm)/脈沖當量。最大脈沖速度及脈沖當量是系統參數，根據機床配置預先設定。

圖6 PLSY指令使用規范

2.2.3 故障報警程序

故障報警程序的基本原理是利用PLC邏輯和運算功能，把控制過程中的各種狀態與理想狀態進行比較，發現異常即按設定的程序進行報警。程序對各類報警信息進行編號，保存最近4次的報警編號，顯示終端根據寄存器中的報警編號顯示相應的報警內容，直觀明確。如當拖板的前、后限位行程開關都閉合時，PLC將數值“6”傳入寄存器，可編程顯示終端根據“6”顯示為AL06_拖板位置異常(圖3)。以往故障記錄可按上查、下查按鈕進行查詢。

2.3 ASDA-B交流伺服單元[3]

ASDA-B伺服單元由伺服驅動器和伺服電動機組成。可以完成轉矩、轉速、位置的3種伺服控制，本例中使用位置控制方式。位置控制下的伺服單元接受脈沖命令信號，與電動機尾部編碼器回饋的驅動器脈沖信號相比較，得到的差值為控制量，再經驅動器放大后驅動電動機。伺服電動機的轉速正比于脈沖頻率轉角和脈沖數。

3 結束語

采用PLC控制機床電控部分使其抗干擾能力提高，增加了設備的柔性；伺服電動機驅動避免了步進驅動易失步，速度低的缺點，提高了加工精度和速度；PLC的故障診斷程序配合顯示終端，提高了故障診斷效率，顯示終端也為人機交流提供了極方便的渠道。該機床經過長期運行表明，整個系統設計合理，控制精度高，運行可靠，提高了生產自動化水平，減少了操作人員的勞動強度。