PLC在傳統龍門銑床中的應用

陳菡菡 湄洲灣職業技術學院機械工程系 351200

PLC在傳統龍門銑床中的應用

陳菡菡 湄洲灣職業技術學院機械工程系 351200

本文介紹一種通過伺服驅動器的零點箝位功能進行伺服箝位，并結合PLC程序以實現整個機臺箝位的方法。

伺服驅動器；PLC；零點箝位

1、前言

現有5軸龍門銑床如圖1所示。控制部分采用PLC，并配以光柵數顯，可對五軸運動狀態進行監控。X、Y軸均為全數字交流伺服系統，各軸伺服電機通過聯軸器帶動滾珠絲杠，以移動配有直線導軌的工作臺和主軸銑頭，其定位準確，速度快。立銑主軸上下、側銑主軸上下，左右進給速度由變頻器控制，根據工件大小和加工方位，來設置主軸合理的位置及進給速度，實現同時對工件水平及垂直方向進行銑削、鏜削、鉆削等一機多用功能加工。

本系統PLC選用力揚EX2N-32MT及EX1S-08EX系列。編程軟件采用三菱Gx-developer梯形圖編程軟件，其編輯、監視、除錯等操作非常方便。X、Y軸伺服系統均選用相同的,均采用日立ADA2系列交流伺服器。

圖1 五軸龍門銑床

2、故障及解決方案

2.1 故障現象

電源ON時，通過操作面板選擇X軸以自動方式往任意方向運行，并調整電位器，使X軸以不高于2000r/min任意速度運行。當X軸的行程擋塊碰到限位開關時，X軸出現“偷跑”現象。在X軸的光柵數顯上可以監控到當X軸碰到限位開關時，開始反向緩慢運行，當運行到一定距離時，又正向行駛，直至再次碰到限位開關，軸向再次反向行駛。如此往復運動使得X軸一直處于持續反復碰撞限位開關，迫使整個機臺一直處于劇烈振動中。從而影響到整個機臺的裝配精度、剛度及使用壽命，并有可能導致安全性的問題。

Y軸的故障現象與X軸一樣。

圖2 為龍門銑床系統X軸伺服連接圖

圖3 系統伺服結構圖

2.2 電路原理分析

軸向運動碰到限位后，X軸速度處于振蕩中。檢查伺服系統電氣控制部分，線路圖如圖2所示。

ADA2系列交流伺服驅動器上共有9個強電接線端子和3個信號電纜插座I/O、ENC、PC。AC220V三相電源進線R、S、T經過電抗器后進入伺服三相主電路L1、L2、L3。信號電源PC用于連接個人PC機的串行口，作為伺服驅動單元的運行參數設定及運行狀態監控；ENC從伺服軸編碼器向驅動單元傳遞當前速度/位置反饋信號；I/O用來接受PLC發送的當前指令并完成對伺服軸的動作控制及狀態監控。

I/O插座中的AL1與L為模擬信號輸入端，用來接收來自外部定位器VR1（2K Ω）的模擬電壓指令（±10V），當模擬電壓為正時，伺服軸正轉。模擬電壓為負時，伺服軸反轉。R3、R1為兩組繼電器觸點，主要用來切換X軸正反轉調速。SON，CM1用來傳送伺服ON信號，使伺服電機處于受控狀態。MOD、CM1為控制模式開關，用來切換手動及自動控制。手動控制時為手輪脈沖控制，自動控制時為速度控制方式。FOT、SOT分別為伺服軸電動機的運行提供正轉行程極限及反轉行程極限，以CM1為信號的公共點，伺服正常運行時Y14、Y15觸點閉合，觸點斷開時，伺服正轉限禁或反轉限禁。

注：由于X，Y軸的伺服連線方式相似，在此不再對Y軸做特別說明。

表1 PLC輸入/輸出及內部繼電器地址分配

圖4 PLC程序圖

2.3 解決方案

當軸向運動碰到外部硬件限位時，驅動禁止（FOT,ROT）端子有輸入信號時，無論輸入為何值，速度指令都將變為0。但如圖3所示，若系統零點漂移或者由于碰到限位時有干擾信號誤輸入時，在負反饋情況下，也會使電機以微小的速度反轉。

要使機臺在碰到硬位時，系統沒有零點漂移或干擾信號輸入，須把軸向速度箝位。若把外部電位器換成開關式電位器并結合PLC程序就可實現零點箝位。當開關旋開時，電位器可進行模擬速度調整，開關閉合時，電位器無模擬指令輸出，相當于速度調到0。把開關接到I/O中的SRZ、CM1上，用來零點箝位。當開關閉合時，則速度指令的輸入電壓為0,伺服單元內部配置位置環，使伺服電機緊急停止以進入伺服鎖定狀態。伺服電機在零箝位生效的位置上被箝位在±1脈沖以內，即使通過外力轉動，也會返回零箝位位置。其接線已包含在圖1上。當X或Y軸正向或反向行使碰到正、負限位開關時，利用PLC邏輯控制得SRZ有信號輸入，伺服反向箝位。

[1]日立交流伺服器ADA2/ADAX4系列使用手冊

[2]力揚PLC EX2N/EX2S系列使用手冊

2.4 程序設計

PLC內部輸入輸出點及內部繼電器地址分配見表1。

伺服軸碰到硬限位時偷跑現象PLC解決程序如圖4所示。當X006、X010有信號輸入時，即X軸正向快速移動時，PLC內部線圈M9得電M10線圈失電（M9、M10互鎖以防止外部動作誤操作，保護機臺運動正常化），M9常閉觸點變成常開，Y005無信號輸出，伺服軸不零點箝位，M24線圈得電使得Y007有信號輸出，機臺快速移動。當碰到正限位時，M9線圈失電，Y005信號輸出，X軸強制零點箝位。同理當X007有信號輸入時，M6線圈得電，M6常閉觸點變成常開觸點，Y005信號斷開，零點箝位功能斷開，伺服軸向反方向運動。這樣就可以成功得解決了伺服軸碰到限位開關時，由于系統零點漂移或機臺的微震動，使得有干擾信號誤輸入，伺服軸誤動作的問題。3、結論

利用PLC 及開關式電位器可以很好地解決伺服軸碰到硬極位時偷跑現象。它可以充分發揮PLC 高可靠性、高抗干擾，維修量少、查找外部線路簡單的特點。同時采用開關式電位器可降低成本，為企業創造較好的經濟效益。

PLC Aply To The Traditional Gantry Mill Machine

Chen HanHan

This paper will introduce a method which use the Zero Strangulation fuction of the sevro amplifer,combined PLC program to realize the whole machine Zero Strangulation

Sevro Amplifer;Plograme Logical Controll;Zero Strangulaiton

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.092