導語：磨削數(shù)控系統(tǒng)管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

0.引言

PLC以其可靠性高、邏輯控制功能強、體積小、適應性強和與計算機接口方便等優(yōu)勢在工業(yè)測控領域廣泛運用,已大量替代由中間繼電器和時間繼電器等組成的傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)。近年來,PLC技術發(fā)展迅猛,新產(chǎn)品層出不窮。高端PLC不僅擅長開關量檢測和邏輯控制,而且能夠處理模擬信號、進行位置控制和回路控制,還可以連接各種觸摸屏人機界面并具有強大的網(wǎng)絡功能。高端PLC配備適當?shù)奈恢每刂茊卧陀|摸屏人機界面,并根據(jù)計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)或柔性制造系統(tǒng)(FMS)的具體要求,配置相應的網(wǎng)絡模塊或網(wǎng)絡單元,即可實現(xiàn)網(wǎng)絡互連,構成開放的數(shù)控系統(tǒng)。本文介紹一種基于OMRON高端PLC的磨削數(shù)控系統(tǒng),這種數(shù)控系統(tǒng)裝備的位置控制單元可以實現(xiàn)兩軸聯(lián)動,并可根據(jù)實際需要,任意擴展控制軸數(shù);觸摸屏人機界面可以根據(jù)操作需要靈活設計;還可通過DeviceNet、ControllerLink和TCP/IP協(xié)議單元進行多層次的網(wǎng)絡互連。這種數(shù)控系統(tǒng)目前已在3MZ2120磨床數(shù)控技術改造中獲得成功應用。

1.數(shù)控系統(tǒng)的開放特征與典型模式

開放式數(shù)控系統(tǒng)一般基于PC平臺,具有模塊化、標準化、平臺無關性、可二次開發(fā)和適應聯(lián)網(wǎng)工作等特征。基于PC平臺的開放式數(shù)控系統(tǒng)目前有3種典型模式。第一種為衍生型(專用NC+PC),在傳統(tǒng)CNC中插入專門開發(fā)的接口板,使傳統(tǒng)的專用CNC帶有PC的特點。此種模式是由于數(shù)控系統(tǒng)制造商不能在短期內(nèi)放棄傳統(tǒng)的專用CNC技術而產(chǎn)生的折中方案,尚未實現(xiàn)NC內(nèi)核的開放,只具有初級開放性;第二種為嵌入型(PC+NC控制卡),將基于DSP的高速運動控制卡(NC控制卡)插在PC的標準擴展槽中,由PC機執(zhí)行各種非實時任務,NC控制卡處理實時任務。是目前基于PC平臺的開放式數(shù)控系統(tǒng)的主流;第三種為全軟件數(shù)控系統(tǒng),PC機不僅能夠完成管理等非實時任務,也可以在實時操作系統(tǒng)的支持下,執(zhí)行實時插補、伺服控制、機床電器控制等實時性任務。這種模式的數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了NC內(nèi)核的開放和用戶操作界面的開放,可以直接或通過網(wǎng)絡運行各種應用軟件,是真正意義上的開放式數(shù)控系統(tǒng)。與PC平臺開放式數(shù)控系統(tǒng)相比,基于高端PLC的數(shù)控系統(tǒng)的開放性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡層面和系統(tǒng)擴充層面。高端PLC采用類似于PC的總線結構和面向操作的梯形圖語言編程,模擬量處理單元、位置控制單元、回路控制單元、網(wǎng)絡模塊或網(wǎng)絡單元等高端部件都有專用控制語句,具有系統(tǒng)構建靈活、擴充能力強、應用軟件設計便捷等優(yōu)點。編程語言標準化和部件可互換性的不斷增強,現(xiàn)場總線技術和工業(yè)以太網(wǎng)絡標準的普遍采用,都使基于高端PLC的數(shù)控系統(tǒng)變得更加開放,將成為面向CIMS或FMS的設備層的重要組成部分。

2.基于高端PLC的磨削數(shù)控系統(tǒng)

2.1開關信號監(jiān)測與邏輯控制

當前系統(tǒng)輸入輸出單元是PLC的基本組成部分,在磨削數(shù)控系統(tǒng)中承擔所有開關信號的監(jiān)測和全部邏輯控制功能。監(jiān)測信號主要有:機械手進出、機械手上下、料盤正反轉、修整器起落等動作的位置信號,磨削設備和輔助裝置上的各種工作狀態(tài)信號和異常報警信號。系統(tǒng)輸出單元控制磨削設備上所有電磁閥和機床電器系統(tǒng)等,通過磨削設備上的液壓系統(tǒng),控制機械手、料盤、工件卡盤、砂輪軸、床身、修整器等基本部件和冷卻、潤滑、過濾等輔助裝置按照磨床動作和磨削工藝要求工作,實現(xiàn)磨削加工過程的自動化。

2.2工件與砂輪運轉速度控制

保持工件與砂輪轉動速度恒定,對提高磨削加工質量十分有利。為此系統(tǒng)配備了2臺帶RS-485串口變頻器,分別驅動工件軸和砂輪軸。PLC采用聯(lián)機隨動控制保證兩者之間速度的配合與穩(wěn)定。操作人員依據(jù)磨削加工要求設定工件軸變頻器速度參數(shù),PLC接收該參數(shù)后,參照砂輪直徑(設定或記憶值)和轉動速度比例關系,計算并自動設定砂輪軸變頻器的速度參數(shù)。在磨削加工過程中,PLC對砂輪在磨削及修整過程中的損耗給予速度自動補償。PLC最多可以控制32臺變頻器,不同廠家的變頻器可采用協(xié)議宏通信聯(lián)接。PLC按照變頻器地址(0-31)、指令代碼和相關數(shù)據(jù)順序向變頻器傳送命令,對變頻器運行、停止、正轉、反轉等實施控制;PLC還可以監(jiān)視變頻器運行狀態(tài),當變頻器發(fā)生過電流、過電壓、變頻器過載、硬件異常、電機過載、過力矩檢測、電源異常、通信超時等情況,可將異常參數(shù)傳輸給PLC,由PLC作出相應處理。

2.3位置控制單元(PCU)與位置控

制高端PLC配備單軸位置控制單元,與步進電機或交流伺服電機驅動器配套使用,可以完成開環(huán)或半閉環(huán)位置控制及速度控制,配備兩軸聯(lián)動位置控制單元可以進行實時插補控制,實現(xiàn)直線和圓弧曲面等加工控制。目前全球各主要PLC制造商都已推出與高端PLC配套的PCU,具備高速和高精度的位置控制功能。OMRON公司的CJ1MCPU自帶PCU的位置脈沖速度為1kBPS,高級PCU的速度可達到500kBPS,松下PP2或PP4系列的位置控制速度高達1MBPS。采用高端PLC設計數(shù)控系統(tǒng),需根據(jù)控制精度、運行速度和運行軌跡要求選擇適合的位置控制單元(PCU)。磨削數(shù)控系統(tǒng)控制精度要求較高(F1μm),一般選擇數(shù)字交流伺服系統(tǒng)。OMRON高端PLC專用高級指令控制脈沖輸出,可選擇梯形、S形或三角形速度曲線運行,實現(xiàn)定程、點動、返回原點和原點搜索等運動控制。程序設計可選擇相對坐標系或絕對坐標系,按照圖2所示的梯形圖編程運行,可實現(xiàn)各種磨削加工所應遵循的運行曲線。圖3表示該數(shù)控系統(tǒng)準確實現(xiàn)鐵路軸承內(nèi)套擋邊粗、精、光磨削加工和3MZ2120磨床快進、快退幾個階段的速度控制和位置控制的運動軌跡。

2.4觸摸屏人機界面設計

基于高端PLC的磨削數(shù)控系統(tǒng)可選用觸摸屏人機界面(ProgrammableTer2minal,PT),采用組態(tài)工具軟件和圖形庫(開關、燈、棒圖等)以及動畫功能等,按照磨削工藝流程要求進行系統(tǒng)操作界面設計。下面以3MZ2120磨削數(shù)控系統(tǒng)操作界面為例介紹設計過程和效果。根據(jù)磨削數(shù)控操作和顯示的需要,該系統(tǒng)主界面下設8個子畫面(圖4)。系統(tǒng)上電自動進入主界面,核對操作密碼后彈出主菜單,在主界面上點擊操作可轉移相應的子界面。加工參數(shù)和修整參數(shù)設置界面提供設置數(shù)控磨削相關參數(shù)提示;手動操作和手動修整界面用于快前、快退、慢前、慢退、返回等手動位置控制和手動修整砂輪操作,為設備調(diào)試提供便利;自動報警界面利用觸摸屏人機界面本身具有的報警功能設計,對油霧潤滑、液壓系統(tǒng)、機床電器系統(tǒng)、料槽狀態(tài)、冷卻系統(tǒng)和伺服電機等實施監(jiān)測和自動報警,當發(fā)生故障時觸摸屏立刻彈出報警信息(報警時間、故障代碼及應對措施等);自動運行界面(圖5)采用棒圖顯示當前磨削余量值;采用動畫方式實時顯示加工狀態(tài)和加工位置等。還設有“緊急停車”等應急按鈕。PT有RS232/422/485通訊口,能夠兼容眾多廠家的PLC。人機界面應用程序可脫機編制和調(diào)試,然后下載到PT上運行,PLC一般通過RS232接口與PT相連。許多PT還配備并行接口,可直接與打印機連接,實時打印數(shù)據(jù)或進行屏幕拷貝。

2.5網(wǎng)絡結構與聯(lián)網(wǎng)功能靈活的網(wǎng)絡結構和強大的聯(lián)網(wǎng)功能是高端PLC的重要特征。OMRON高端PLC配有標準RS232接口連接觸摸屏人機界面、上位機或編程工作站。還可擴展DeviceNet通信單元,使各種符合DeviceNet通信協(xié)議的產(chǎn)品都可以連入系統(tǒng)中,以構成基于DeviceNet開放式現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng);系統(tǒng)與車間管理層計算機及車間其它高端PLC的連接可以采用ControllerLink方式,在PLC中擴展ControllerLink通信單元,車間管理層計算機裝備ControllerLink支持卡即可實現(xiàn)互連,由底層DeviceNet設備、基于高端PLC的數(shù)控系統(tǒng)或其它測控設備和車間管理層計算機構成3層遞階結構的網(wǎng)絡測控系統(tǒng)。高端PLC一般都可配置符合TCP/IP協(xié)議標準的以太網(wǎng)單元,全面支持遠程監(jiān)控等應用。

3.結束語

廣泛建立計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS),全面提高制造自動化水平是我國制造業(yè)發(fā)展的重要方向。然而缺少設備層的有力支持正逐漸成為發(fā)展CIMS的“瓶頸”,研究開發(fā)各種面向CIMS的數(shù)控裝備顯得十分重要而緊迫?；诟叨薖LC的數(shù)控系統(tǒng)具有系統(tǒng)構建靈活,應用軟件設計便捷等優(yōu)點。靈活的網(wǎng)絡結構、強大的聯(lián)網(wǎng)功能和系統(tǒng)擴充能力使這種數(shù)控系統(tǒng)具有一定的開放性,將成為CIMS設備層的重要組成部分。本文所述基于OMROM高端PLC的磨削數(shù)控系統(tǒng)已成功應用于3MZ2120磨床數(shù)控技術改造,使原來手工操作的磨削設備成為先進的數(shù)控磨削設備,并在鐵路軸承內(nèi)套擋邊磨削加工中發(fā)揮了重要作用。