專題報(bào)道要?jiǎng)优c控制[ PECIAL"REPOR基于PLc技術(shù)的機(jī)床改造劉曉東,王卉(同濟(jì)大學(xué)機(jī)械學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)研究所,上海201804)摘要:主要介紹一種利用PLC改造機(jī)床控制系統(tǒng)的方法。通過實(shí)際和理論相結(jié)合闡述PLC在控制系統(tǒng)中所起的作用,即借助PLC組合技術(shù)提高機(jī)床的精度及效率,重點(diǎn)分析了定位模塊結(jié)合PLC實(shí)現(xiàn)位置控制的原理,并且闡述了人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)過程,最后總結(jié)了定位模塊相比PLC所特有的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:PLC;定位模塊;伺服放大器;人機(jī)交互中圖分類號:TM571文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號:1002-2333(2008)04-0029-03Improving Control System of Machine Based on PLCLIU Xiao-dong, WANG Hui(Mechanical College, Advanced Manvfacturing Technology Institute, Tongji University, Shanghai 201804, China)Abstract: It has introduced a kind of technology based on PLc using in improving control system of machine. It hasstated the function of PLC in control system by combining the practical and theory, which means how combination ofPLC technology works to improve the machine's precision and efficiency. It focuses on analyzing the control principleaccording to the combination of PLC and position module. And it has also described the realization of human-machineinteract, and concludes the advantage of position modules own compared with PLC in the end.Key words: PLC; position module; servo amplifier; human-machine interact1機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及控制情況的位置決定采用由PLC作為控制元件,伺服電機(jī)帶動(dòng)絲待改造的機(jī)床用途是切割鋁條,將鋁條切割成需要杠運(yùn)轉(zhuǎn)的方式。由于系統(tǒng)中所有的硬件均為三菱公司的的長度。鋁條用送料夾夾持送料,當(dāng)待切割的鋁條長度不產(chǎn)品,因此不存在部件不兼容問題。具體方案如下:樣時(shí),送料夾的橫向進(jìn)給行程也隨之改變,即送料夾進(jìn)2系統(tǒng)組成部件主要參數(shù)給運(yùn)動(dòng)的精度是機(jī)床加工的一個(gè)重要指標(biāo)PLC:輸入輸出點(diǎn)數(shù):64;定位模塊輸入輸出點(diǎn)數(shù):原機(jī)床利用行程開關(guān)進(jìn)行左右限位,采用液壓和氣5;伺服放大器功率:600W;伺服電機(jī)最大輸出功率:動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)繼電器,最終使機(jī)床的送料夾做橫向進(jìn)給運(yùn)1.5kW;伺服電機(jī)最大轉(zhuǎn)速:3000min;系統(tǒng)最小單位動(dòng);夾具夾緊、放松;刀具旋轉(zhuǎn)、上下行等動(dòng)作。工人在確001mm;脈沖率:6000sr;進(jìn)給率:5mmr;橫向進(jìn)給速定送料夾行程時(shí)要借助量尺,移動(dòng)左右行程開關(guān)至目標(biāo)度:8000mm/min;絲杠螺距:5mm。位置然后固定。如果切削長度發(fā)生變化,就需要再改變行2.2PLC與定位模塊控制的優(yōu)勢程開關(guān)的位置重新進(jìn)行定位。這種定位方法主要靠肉眼22.1機(jī)械部分判斷,不僅操作麻煩,而且定位精度低。改造后的機(jī)床由PLC和定位模塊共同控制機(jī)床運(yùn)用PLC定位模塊以及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代原來的液壓作。由于定位模塊的優(yōu)勢,系統(tǒng)中不再需要原來用于定位和氣動(dòng)系統(tǒng),不僅使機(jī)床的控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定,同時(shí)簡化的限位開關(guān)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也由原來的液壓驅(qū)動(dòng)變?yōu)樗欧帕藱C(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)。由于定位模塊的工作特點(diǎn),它可以承大器和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)因此液壓缸,油泵等裝置都可以拆擔(dān)定位的任務(wù),而不再需要借助外界工具,所以大大地提除了。機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化高了加工精度和工作效率,基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)的22.2機(jī)床操作改動(dòng)和操作都非常方便。采用定位模塊完成定位的工作,只要將移動(dòng)的距離2系統(tǒng)改造方案通過觸摸屏輸入即可,不再需要借助量尺來確定送料夾改造的主要目的是提高機(jī)床的加工精度,即送料夾的進(jìn)給量,通過行程開關(guān)來控制送料夾前進(jìn)或后退的位的橫向進(jìn)給量。為了保證送料夾精確地運(yùn)動(dòng)至用戶指定置,從而使機(jī)床的操作簡單而且大大提高了工作效率[參考文獻(xiàn)][4]陳欠根,紀(jì)云鋒,吳萬榮負(fù)載獨(dú)立流量分配(LUDV)控制系統(tǒng)[1]王長江當(dāng)今挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)的要求及液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向編輯吳天)J].工程機(jī)械與維修,1997(1):38-40.中國煤化工[2] Bosch- Rexroth行走機(jī)械用液壓及電子控制元件產(chǎn)品樣本[z].作者簡CNMHG方向?yàn)闄C(jī)械電子工程。[3]付永領(lǐng)祁曉野 AMESim系統(tǒng)建模和仿真-從入門到精通[M]教授,博士研究生子師。北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006收稿日期:207-11-17機(jī)械工程師2008年第4期2專題報(bào)道SPECIALREP。RT驅(qū)動(dòng)與控制223控制部分(2)控制信號傳輸過程因?yàn)槎ㄎ荒K可以在內(nèi)部將輸入的距離(以毫米為機(jī)床的控制信號包括機(jī)械動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。用戶輸單位)轉(zhuǎn)化為脈沖伺服放大器通過數(shù)脈沖的數(shù)量控制電人這兩部分信息后,均由PLC處理,控制氣動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)的圈數(shù)。這種定位方式最高精度能夠達(dá)到械動(dòng)作,或指定定位模塊執(zhí)行相應(yīng)程序以控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。0.00lmm,相比原機(jī)床的定位精度提高了至少100倍。而4控制系統(tǒng)工作原理且這種由定位模塊、伺服放大器和伺服電機(jī)所構(gòu)成的半4PLC和定位模塊控制機(jī)床動(dòng)作閉環(huán)控制系統(tǒng)相比較原本的開環(huán)控制,不論在穩(wěn)定性或(1)PLC與定位模塊的聯(lián)系和區(qū)別是精度方面都有很大的改進(jìn)。定位模塊實(shí)際上是PLC的擴(kuò)展模塊,屬于PLC的一3控制系統(tǒng)組成種類型。它可以脫離PLC獨(dú)立工作,但是因?yàn)槎ㄎ荒K的3.l硬件組成輸入輸出點(diǎn)數(shù)比較少,所以通常要借助PLC的輸入腧輸機(jī)床的控制系統(tǒng)分為三部分:PLC和定位模塊;伺服出端口;另外,定位模塊不能像PLC那樣通電就開始工放大器和伺服電機(jī);觸摸屏。作,它必須從外界接收開始停止的命令,在該系統(tǒng)中,PLC和定位模塊構(gòu)成控制系統(tǒng)的主體相當(dāng)于系統(tǒng)PLC擔(dān)當(dāng)了控制定位模塊工作模式的任務(wù),所以PLC是的CPU。PLC主要工作是負(fù)責(zé)除了橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以外的比不可少。其他機(jī)械動(dòng)作,并且控制定位模塊的工作模式,定位模塊(2)PLC與定位模塊的聯(lián)合控制主要控制伺服放大器PLC和定位模塊的外部通過傳輸線連接,內(nèi)部通過伺服放大器和伺服電機(jī):這兩者是系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分。定位模塊特有的編程指令(From/To指令)實(shí)現(xiàn)兩者內(nèi)部伺服放大器最主要的功能就是放大以及控制電機(jī),包括數(shù)據(jù)寄存器和繼電器之間的信息通訊即內(nèi)部和外部相結(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)圈數(shù)合。用戶的指令先通過操作面板和觸摸屏到達(dá)PLC,然后觸摸屏:用戶可以通過觸摸屏來輸入相關(guān)信息,該信PLC控制定位模塊選擇相應(yīng)的運(yùn)行程序。因此,PLC和定息直接送到PLC,并且可以用來監(jiān)視PLC。位模塊之間的通訊是非常必要的。圖2具體描述了二者3.2軟件組成是如何實(shí)現(xiàn)相互通訊,并且反映出兩者在控制系統(tǒng)中相PLC編程軟件:編寫和調(diào)試PLC程序。互依存和影響的關(guān)系。定位模塊編程軟件:編寫和調(diào)試定位模塊運(yùn)行程序,用于可變成控制器的外國是實(shí)現(xiàn)定位控制的主體部分,并且能對控制軸,即此系統(tǒng)可變成控制器的外圍單元中的橫向進(jìn)給情況進(jìn)行監(jiān)控。觸摸屏編程軟件:根據(jù)用戶需要設(shè)置觸摸屏的功能nc程序?qū)?t指令)緩沖存儲(chǔ)器器數(shù)據(jù)寄存器定位程序」特殊輔助繼電和窗口菜單,必要時(shí)可用來監(jiān)視或更改PLC內(nèi)部元件的定位模塊狀態(tài)。圖2PLC和定位模塊之間的通訊3.3控制系統(tǒng)工作概況(3)定位模塊相比PLC的優(yōu)勢(1)用戶指令控制機(jī)床的實(shí)現(xiàn)過程定位模塊另一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)就是采用了流程圖形如圖1所示,PLC和定位模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的核式的編程方式,即只有在上一步指令執(zhí)行完之后,才會(huì)執(zhí)心部分。一旦用戶程序設(shè)定之后,通過機(jī)床操作面板和觸行后續(xù)程序,這樣就能保證機(jī)床按照要求的步驟工作,不摸屏便可操控機(jī)床。會(huì)發(fā)生動(dòng)作沖突或順序混淆等現(xiàn)象。同時(shí),這也是定位?！笝C(jī)床操作輸人(機(jī)槭動(dòng)作)觸摸屏信號輸人(進(jìn)給行程)塊和傳統(tǒng)的PLC相比,在編程上體現(xiàn)出的優(yōu)勢,流程圖形式的編程方式不僅可讀性強(qiáng),而且編寫和調(diào)試程序都相對簡單很多并且可以執(zhí)行一般的PLC不能執(zhí)行的死循環(huán)PC和定代模塊4,2定位模塊實(shí)現(xiàn)位置控制(1)定位模塊的控制原理擊動(dòng)單元(何服放大器)強(qiáng)電電路定位模塊的位置控制是使用“脈沖信號”來執(zhí)行的氣動(dòng)系統(tǒng)定位模塊發(fā)出脈沖信號,傳輸至伺服放大器,伺服放大器絲機(jī)帶動(dòng)送料夾機(jī)械動(dòng)作和冷卻系統(tǒng)內(nèi)置的電子齒輪將該脈沖放大,再和由電機(jī)編碼器發(fā)送過來的反饋脈沖進(jìn)行比較,結(jié)果保存在伺服放大器的偏床所有動(dòng)作差計(jì)數(shù)器內(nèi),偏差計(jì)數(shù)器同時(shí)也隨著電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)在計(jì)數(shù)圖1控制系統(tǒng)工作概況(即脈沖累積)。當(dāng)定位模塊停止脈沖輸出時(shí),伺服電機(jī)隨用戶操作包括了觸摸屏和機(jī)床控制面板兩部分。所著脈中國煤化工。有的用戶輸入的信息,最終都通過觸摸屏和控制面板到達(dá)最后的執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)系統(tǒng)和絲杠,這就實(shí)現(xiàn)了對機(jī)床CNMH冰沖總數(shù)控制橫向進(jìn)全部動(dòng)作的控制。給量脈沖頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速(進(jìn)給速度)。而在定位模塊機(jī)械工程師2008年第4期數(shù)據(jù)專題報(bào)道更與控制[8內(nèi)部,按照下式將距離轉(zhuǎn)化成脈沖數(shù)。這也是與傳統(tǒng)的比較敏感時(shí),可以很好地消除由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而帶來的影PC控制系統(tǒng)最大的區(qū)別即利用“脈沖”實(shí)現(xiàn)位置控制,響而且也更安全,不會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速高沖擊力大而發(fā)擺脫了以往的行程開關(guān)的模式生碰撞移動(dòng)指定距離所需的脈沖總數(shù)43伺服放大器和其它部件的硬件連接電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周機(jī)器側(cè)的位移量(此系統(tǒng)中為絲杠螺距)通過以上對于定位模塊,伺服放大器和電機(jī)工作原理的描述和分析會(huì)發(fā)現(xiàn),這三者密不可分,而且缺一不因此,定位模塊實(shí)際通過控制伺服放大器工作,最后可。電機(jī)最終的運(yùn)轉(zhuǎn)是依靠定位模塊和何服放大器來共電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖數(shù)(脈沖量)達(dá)到定位的目的。在該系統(tǒng)中,采用的是PC對定位模塊發(fā)開始和停地方但如果缺少了任何一方都無法讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)際上放大器中相當(dāng)一部分參數(shù)設(shè)置在定位模塊的程序參數(shù)止命令的模式,如果系統(tǒng)的輸入輸出不是很多,定位模設(shè)定中都可以找到。圖4清晰地反應(yīng)出伺服放大器與控塊的O點(diǎn)數(shù)可以滿足的話,就不需要再用PLC了。但是,這種情況下,必須要使用定位模塊的專用編程工具以制系統(tǒng)的其他組件在硬件上,通過4個(gè)接口是如何實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)系的?？刂扑墓ぷ髂Ｊ健?.3伺服放大器控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)顯示電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)參LCD顯示數(shù)數(shù)據(jù)以及何酸撤簧4.3.1伺服放大器對電機(jī)的控制及原理1A:位置信號NR控制信號接圖3簡單介紹了定位模塊控制伺服放大器,最后伺定位模塊L0口)服放大器帶動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程。由圖可知,定位模塊CN1電機(jī)CN3Rs3接口自動(dòng)將用戶指定距離轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)后發(fā)送至編碼器接日連接個(gè)人電腦器,伺服放大器主要的作用就是根據(jù)用戶設(shè)定的電子齒輪的相關(guān)參數(shù)放大該脈沖數(shù)。伺服放大器和電機(jī)之間構(gòu)圖4伺服放大器與其他部件的連接成了一個(gè)小的閉環(huán)控制系統(tǒng)。定位模塊和伺服放大器之間的通訊以及伺服放大器與編碼器之間的通訊均是通過44觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互專用電纜進(jìn)行傳輸。觸摸屏之所以可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,是因?yàn)橛脩艏瓤梢酝ㄟ^它來控制PLC,最終達(dá)到控制機(jī)床的目的,又可以問服放大器通過它來監(jiān)視PLC的工作情況。定位模煥輸入脈沖電子齒輪抖購利用觸摸屏專用編程軟件,合理地設(shè)計(jì)它的窗口界反饋脈沖6/:如將需要的軟元件設(shè)為可讀或可寫,對設(shè)定的軟元件或字進(jìn)行更改等等。觸摸屏和PLC通過傳輸線進(jìn)行數(shù)圖3定位控制原理據(jù)通訊,因此,通過在觸摸屏上直接更改PLC內(nèi)某指定軟對于伺服放大器,按照下式將定位模塊發(fā)送過來的元件的狀態(tài),PLC再將更改后的數(shù)據(jù)傳給定位模塊就能脈沖進(jìn)行放大再和反饋脈沖機(jī)型比較結(jié)果存入偏差計(jì)夠改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。同時(shí)觸摸屏上也可以顯示PLC數(shù)器。內(nèi)部軟元件的存儲(chǔ)內(nèi)容。偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)存儲(chǔ)的脈沖數(shù)=定位模塊發(fā)送的脈沖數(shù)xcD編碼器反饋脈沖用PLC和定位模塊相結(jié)合的方式改造機(jī)床控制系統(tǒng),充分發(fā)揮定位模塊和伺服放大器精度高、穩(wěn)定性好、其中,CDⅤCMX分別為電子齒輪的分子和分母。用使用簡單的優(yōu)點(diǎn)使得機(jī)床的加工精度大為提高,并且簡戶根據(jù)電機(jī)的編碼分辨率設(shè)定分子,它與所選電機(jī)型號化了機(jī)床操作。在整個(gè)控制系統(tǒng)中起核心作用的是定位相對應(yīng);用戶再根據(jù)伺服放大器的類型及電機(jī)最大轉(zhuǎn)速模塊。它是在PLC的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,因此擁有PLC設(shè)定電子齒輪的分母,即伺服放大器和電機(jī)型號一且選的全部功能,甚至比PLC的功能更為強(qiáng)大所以在某些情定放大倍數(shù)就確定了。而偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)的脈沖數(shù)即最后況下,它可以取代PIC。電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)不過定位模塊輸入輸出點(diǎn)數(shù)相對傳統(tǒng)的PLC比較432零點(diǎn)回歸的方式少,而且需要從外部獲得開始和結(jié)束的指令,所以目前很用伺服放大器驅(qū)動(dòng)電機(jī)在回歸系統(tǒng)零點(diǎn)時(shí)有兩種多情況還是定位模塊和PC相結(jié)合的控制模式。相信隨方式:立即停止模式:近點(diǎn)開關(guān)模式。著PLC相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,定位模塊會(huì)逐漸克服這些弊端。選擇立即停止模式時(shí),當(dāng)送料夾到達(dá)系統(tǒng)零點(diǎn),電機(jī)輯黃獲)馬上停止運(yùn)轉(zhuǎn);選擇近點(diǎn)開關(guān)模式時(shí)電機(jī)會(huì)根據(jù)定位模中國煤化工塊程序或伺服放大器中的參數(shù)設(shè)置將速度逐漸降至零,作者簡CNMH方向?yàn)闇y試技術(shù)與即在到達(dá)近點(diǎn)開關(guān)時(shí),電機(jī)開始減速,最后在零點(diǎn)處停精密儀器止。在這種模式下,當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很高,或是機(jī)床對振動(dòng)收稿日期:2007-12-26機(jī)械工程師2008年第4期!31