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0.05mmzhijian
，jiagongshi，daojuzuokuaisuzhixianyundonglaisaomiaobangunbiaomian

，tongshibangunzaibuduanxuanzhuan
，jiukeyijiagongchuyouyidingzhuidudebiaomian，caiyongmoxuejiagong

，jinengyongjiandandaojushixiangaoxiaoqiexue，younengjianhuaxitongjiegou。guowaishengchandemoxuejishiyongfuzadejidianqikongzhide
，cunzaikekaoxingcha、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 
    yishangdian，tuobanhekongzhijindaojulidesifuguiling，jiezheweileshixianheshidejindaojulikaishijiance

，jiancewanbikaishizhenzhengdemoxueguocheng。moxuejikongzhixitongzhong，tongguo3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、切(qie)削(xue)量(liang)，顯(xian)示(shi)檢(jian)測(ce)時(shi)的(de)版(ban)輥(gun)直(zhi)徑(jing)最(zui)大(da)值(zhi)
，最(zui)小(xiao)值(zhi)和(he)平(ping)均(jun)值(zhi)等(deng)信(xin)息(xi)和(he)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)故(gu)障(zhang)信(xin)息(xi)
，從(cong)而(er)也(ye)提(ti)高(gao)了(le)控(kong)製(zhi)便(bian)利(li)性(xing)。改(gai)變(bian)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)設(she)定(ding)頻(pin)率(lv)，可(ke)改(gai)變(bian)拖(tuo)板(ban)移(yi)動(dong)速(su)度(du);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(xia)4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:moxuejiyaoqiusigangshangdedaopanzaijiagongqianhoubixutingtuobandianjizaixiangtongdeweizhi，yibianxiayijiagongxunhuan，fouzejiangzaochengdaojuhuogongjiansunhuai。zhunquedingweizaiputongjidianqikongzhideshulongshijiaoliudianjishangshixianqilaibijiaomafan，womencaiqusifuxitonglaishixiandingwei
，yinrensudufufankuixiaochulewaijiecanshubianhuaheraodongduixitongzhuangtaideyingxiang，shigaixitongjuyoudongtaixiangyingkuai、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(hao)DIR。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，精jing度du非fei常chang高gao，從cong而er使shi得de絲si杠gang得de到dao精jing確que定ding位wei。伺si服fu控kong製zhi刀dao盤pan進jin刀dao時shi，進jin刀dao速su度du不bu是shi不bu變bian的de
，當dang刀dao盤pan接jie近jin版ban輥gun的de時shi候hou要yao自zi動dong開kai始shi減jian速su，以yi免mian過guo衝chong影ying響xiang磨mo削xue質zhi量liang。控kong製zhi刀dao盤pan進jin刀dao的de絲si杠gang上shang有you三san個ge接jie近jin開kai關guan
，一yi個ge是shi用yong來lai原yuan點dian定ding位wei的de，另ling外wai兩liang個ge分fen別bie是shi進jin、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WFxing，zhezhongtiaosufangshizaigaibianbianpinqishuchupinlvdetongshigaibianbianpinqideshuchudianya
，liangzhedebizhiweiding，yibaochiyibudiandongjicitongbubian。gaitiaosufangshijianbian、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、daopanjingeisiganghesifudeguiling
，yishangdiansifukongzhidaopandezhoukuaisuyidongdaolingdianweizhi，xiangyingdesifudushuweiling，tuobanyegenjuxuyaohuidaolingdianweizhi，ruodaopanzhuzhoujingeichaoguozuidageidingxingchengshi，xitongfachuchaochengbaojing
，tongshidaopanzhuzhouzidongfanhuilingwei。bijiaomafandeshibuzhidaoyaoqiexuejicicaikeyidadaomoxuedeqiwangzhi，weiletigaoxiaolv，yonghukeyijiangchangyongdemoxuezhouqicunchuqilaiyibeihouyong，erbubizhongxinshejimoxuezhouqi。 
    2) DA模塊:版輥旋轉
，刀盤旋轉，拖板移動分別用3taidiandongjituodong，bianpinqigenjushurudebangunzhijing
，bangunchangdutongguotiaoyonggongshilaitiaojiediandongjizhuansu，baozhengmoxuechuyidingzhuidudebiaomian。sangesuduhebangunzhijing，changduzhijiancunzaizheyidingdejixieguanxi，erzhezhongzhesuanguanxicunchuzaiPLC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，PLC程cheng序xu更geng加jia簡jian潔jie。通tong過guo組zu態tai軟ruan件jian，可ke生sheng產chan豐feng富fu的de用yong戶hu畫hua麵mian。既ji方fang便bian操cao作zuo者zhe使shi用yong，又you便bian於yu設she計ji者zhe開kai發fa，是shi理li想xiang的de人ren機ji界jie麵mian。該gai係xi統tong中zhong主zhu要yao設she計ji了le歡huan迎ying登deng錄lu畫hua麵mian、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-422通tong信xin電dian纜lan連lian接jie可ke實shi現xian信xin息xi互hu通tong。在zai畫hua麵mian的de設she計ji調tiao試shi過guo程cheng中zhong，也ye可ke從cong觸chu摸mo屏ping上shang傳chuan畫hua麵mian到dao計ji算suan機ji對dui畫hua麵mian進jin行xing修xiu改gai。歡huan迎ying登deng錄lu畫hua麵mian要yao求qiu操cao作zuo者zhe登deng錄lu前qian先xian輸shu人ren口kou令ling，以yi防fang非fei操cao作zuo人ren員yuan進jin入ru後hou隨sui意yi修xiu改gai和he操cao作zuo。主zhu畫hua麵mian用yong來lai選xuan擇ze某mou項xiang操cao作zuo，按an相xiang應ying按an鈕niu即ji切qie換huan到dao相xiang應ying的de畫hua麵mian。手shou動dong操cao作zuo畫hua麵mian利li用yong觸chu摸mo鍵jian豐feng富fu而er靈ling活huo多duo樣yang的de功gong能neng設she置zhi，對dui設she備bei直zhi接jie進jin行xing手shou動dong起qi動dong、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
、querenshijianhehuifushijian
，dangyongshouchumomouyiguzhangshijiangdanchuchuangkouhuamianxiangxixianshixiangguanneirongjiyingcaiqudecuoshi。bihuankongzhishiyiyaoqiudechanpinzhiliangweiyizhun
，panduanyunxingguochengzhongshifouyouwaibuyinsuyinqideqiexueliangdebuzu，shishiditiaozhengqiexueliang
，jingguojicibuchang，dadaolixiangchanpinyaoqiu。


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。