基于PLC技术的机床改造

专题报道要动与控制[ PECIAL"REPOR基于PLc技术的机床改造刘晓东,王卉(同济大学机械学院先进制造技术研究所,上海201804)摘要:主要介绍一种利用PLC改造机床控制系统的方法。通过实际和理论相结合阐述PLC在控制系统中所起的作用,即借助PLC组合技术提高机床的精度及效率,重点分析了定位模块结合PLC实现位置控制的原理,并且阐述了人机交互的实现过程,最后总结了定位模块相比PLC所特有的优势。关键词:PLC;定位模块;伺服放大器;人机交互中图分类号:TM571文献标识码:B文章编号: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机床的运动及控制情况的位置决定采用由PLC作为控制元件,伺服电机带动丝待改造的机床用途是切割铝条,将铝条切割成需要杠运转的方式。由于系统中所有的硬件均为三菱公司的的长度。铝条用送料夹夹持送料,当待切割的铝条长度不产品,因此不存在部件不兼容问题。具体方案如下:样时,送料夹的横向进给行程也随之改变,即送料夹进2系统组成部件主要参数给运动的精度是机床加工的一个重要指标PLC:输入输出点数:64;定位模块输入输出点数:原机床利用行程开关进行左右限位,采用液压和气5;伺服放大器功率:600W;伺服电机最大输出功率:动系统驱动继电器,最终使机床的送料夹做横向进给运1.5kW;伺服电机最大转速:3000min;系统最小单位动;夹具夹紧、放松;刀具旋转、上下行等动作。工人在确001mm;脉冲率:6000sr;进给率:5mmr;横向进给速定送料夹行程时要借助量尺,移动左右行程开关至目标度:8000mm/min;丝杠螺距:5mm。位置然后固定。如果切削长度发生变化,就需要再改变行2.2PLC与定位模块控制的优势程开关的位置重新进行定位。这种定位方法主要靠肉眼22.1机械部分判断,不仅操作麻烦,而且定位精度低。改造后的机床由PLC和定位模块共同控制机床运用PLC定位模块以及伺服驱动系统取代原来的液压作。由于定位模块的优势,系统中不再需要原来用于定位和气动系统,不仅使机床的控制系统更加稳定,同时简化的限位开关。驱动系统也由原来的液压驱动变为伺服放了机床的机械结构。由于定位模块的工作特点,它可以承大器和伺服电机驱动因此液压缸,油泵等装置都可以拆担定位的任务,而不再需要借助外界工具,所以大大地提除了。机床的机械结构大大简化高了加工精度和工作效率,基于PLC技术的控制系统的22.2机床操作改动和操作都非常方便。采用定位模块完成定位的工作,只要将移动的距离2系统改造方案通过触摸屏输入即可,不再需要借助量尺来确定送料夹改造的主要目的是提高机床的加工精度,即送料夹的进给量,通过行程开关来控制送料夹前进或后退的位的横向进给量。为了保证送料夹精确地运动至用户指定置,从而使机床的操作简单而且大大提高了工作效率[參考文献][4]陈欠根,纪云锋,吴万荣负载独立流量分配(LUDV)控制系统[1]王长江当今挖掘机对液压系统的要求及液压系统的发展方向编辑吴天)J].工程机械与维修,1997(1):38-40.中国煤化工[2] Bosch- Rexroth行走机械用液压及电子控制元件产品样本[z].作者简CNMHG方向为机械电子工程。[3]付永领祁晓野 AMESim系统建模和仿真-从入门到精通[M]教授,博士研究生子师。北京:北京航空航天大学出版社,2006收稿日期:207-11-17机械工程师2008年第4期2专题报道SPECIALREP。RT驱动与控制223控制部分(2)控制信号传输过程因为定位模块可以在内部将输入的距离(以毫米为机床的控制信号包括机械动作和运动参数。用户输单位)转化为脉冲伺服放大器通过数脉冲的数量控制电人这两部分信息后,均由PLC处理,控制气动系统执行机机运转相应的圈数。这种定位方式最高精度能够达到械动作,或指定定位模块执行相应程序以控制电机运转。0.00lmm,相比原机床的定位精度提高了至少100倍。而4控制系统工作原理且这种由定位模块、伺服放大器和伺服电机所构成的半4PLC和定位模块控制机床动作闭环控制系统相比较原本的开环控制,不论在稳定性或(1)PLC与定位模块的联系和区别是精度方面都有很大的改进。定位模块实际上是PLC的扩展模块,属于PLC的一3控制系统组成种类型。它可以脱离PLC独立工作,但是因为定位模块的3.l硬件组成输入输出点数比较少,所以通常要借助PLC的输入腧输机床的控制系统分为三部分:PLC和定位模块;伺服出端口;另外,定位模块不能像PLC那样通电就开始工放大器和伺服电机;触摸屏。作,它必须从外界接收开始停止的命令,在该系统中,PLC和定位模块构成控制系统的主体相当于系统PLC担当了控制定位模块工作模式的任务,所以PLC是的CPU。PLC主要工作是负责除了横向进给运动以外的比不可少。其他机械动作,并且控制定位模块的工作模式,定位模块(2)PLC与定位模块的联合控制主要控制伺服放大器PLC和定位模块的外部通过传输线连接,内部通过伺服放大器和伺服电机:这两者是系统的驱动部分。定位模块特有的编程指令(From/To指令)实现两者内部伺服放大器最主要的功能就是放大以及控制电机,包括数据寄存器和继电器之间的信息通讯即内部和外部相结电机的转速和运转圈数合。用户的指令先通过操作面板和触摸屏到达PLC,然后触摸屏:用户可以通过触摸屏来输入相关信息,该信PLC控制定位模块选择相应的运行程序。因此,PLC和定息直接送到PLC,并且可以用来监视PLC。位模块之间的通讯是非常必要的。图2具体描述了二者3.2軟件组成是如何实现相互通讯,并且反映出两者在控制系统中相PLC编程软件:编写和调试PLC程序。互依存和影响的关系。定位模块编程软件:编写和调试定位模块运行程序,用于可变成控制器的外国是实现定位控制的主体部分,并且能对控制轴,即此系统可变成控制器的外围单元中的横向进给情况进行监控。触摸屏编程软件:根据用户需要设置触摸屏的功能nc程序写(t指令)缓冲存储器器数据寄存器定位程序」特殊辅助继电和窗口菜单,必要时可用来监视或更改PLC内部元件的定位模块状态。图2PLC和定位模块之间的通讯3.3控制系统工作概况(3)定位模块相比PLC的优势(1)用户指令控制机床的实现过程定位模块另一个很重要的优点就是采用了流程图形如图1所示,PLC和定位模块是整个控制系统的核式的编程方式,即只有在上一步指令执行完之后,才会执心部分。一旦用户程序设定之后,通过机床操作面板和触行后续程序,这样就能保证机床按照要求的步骤工作,不摸屏便可操控机床。会发生动作冲突或顺序混淆等现象。同时,这也是定位模「机床操作输人(机槭动作)触摸屏信号输人(进给行程)块和传统的PLC相比,在编程上体现出的优势,流程图形式的编程方式不仅可读性强,而且编写和调试程序都相对简单很多并且可以执行一般的PLC不能执行的死循环PC和定代模块4,2定位模块实现位置控制(1)定位模块的控制原理擊动单元(何服放大器)强电电路定位模块的位置控制是使用“脉冲信号”来执行的气动系统定位模块发出脉冲信号,传输至伺服放大器,伺服放大器丝机带动送料夹机械动作和冷却系统内置的电子齿轮将该脉冲放大,再和由电机编码器发送过来的反馈脉冲进行比较,结果保存在伺服放大器的偏床所有动作差计数器内,偏差计数器同时也随着电机的运转在计数图1控制系统工作概况(即脉冲累积)。当定位模块停止脉冲输出时,伺服电机随用户操作包括了触摸屏和机床控制面板两部分。所着脉中国煤化工。有的用户输入的信息,最终都通过触摸屏和控制面板到达最后的执行机构气动系统和丝杠,这就实现了对机床CNMH冰冲总数控制横向进全部动作的控制。给量脉冲频率控制电机转速(进给速度)。而在定位模块机械工程师2008年第4期数据专题报道更与控制[8内部,按照下式将距离转化成脉冲数。这也是与传统的比较敏感时,可以很好地消除由于电机运转而带来的影PC控制系统最大的区别即利用“脉冲”实现位置控制,响而且也更安全,不会因为电机转速高冲击力大而发摆脱了以往的行程开关的模式生碰撞移动指定距离所需的脉冲总数43伺服放大器和其它部件的硬件连接电机旋转一周机器侧的位移量(此系统中为丝杠螺距)通过以上对于定位模块,伺服放大器和电机工作原理的描述和分析会发现,这三者密不可分,而且缺一不因此,定位模块实际通过控制伺服放大器工作,最后可。电机最终的运转是依靠定位模块和何服放大器来共电机旋转一周所需的脉冲数(脉冲量)达到定位的目的。在该系统中,采用的是PC对定位模块发开始和停地方但如果缺少了任何一方都无法让电机运转。实际上放大器中相当一部分参数设置在定位模块的程序参数止命令的模式,如果系统的输入输出不是很多,定位模设定中都可以找到。图4清晰地反应出伺服放大器与控块的O点数可以满足的话,就不需要再用PLC了。但是,这种情况下,必须要使用定位模块的专用编程工具以制系统的其他组件在硬件上,通过4个接口是如何实现相互联系的。控制它的工作模式。4.3伺服放大器控制伺服电机运转显示电机运转的相关参LCD显示数数据以及何酸撤簧4.3.1伺服放大器对电机的控制及原理1A:位置信号NR控制信号接图3简单介绍了定位模块控制伺服放大器,最后伺定位模块L0口)服放大器带动伺服电机运转的过程。由图可知,定位模块CN1电机CN3Rs3接口自动将用户指定距离转换成脉冲数后发送至编码器接日连接个人电脑器,伺服放大器主要的作用就是根据用户设定的电子齿轮的相关参数放大该脉冲数。伺服放大器和电机之间构图4伺服放大器与其他部件的连接成了一个小的闭环控制系统。定位模块和伺服放大器之间的通讯以及伺服放大器与编码器之间的通讯均是通过44触摸屏实现人机交互专用电缆进行传输。触摸屏之所以可以实现人机交互,是因为用户既可以通过它来控制PLC,最终达到控制机床的目的,又可以问服放大器通过它来监视PLC的工作情况。定位模焕输入脉冲电子齿轮抖购利用触摸屏专用编程软件,合理地设计它的窗口界反馈脉冲6/:如将需要的软元件设为可读或可写,对设定的软元件或字进行更改等等。触摸屏和PLC通过传输线进行数图3定位控制原理据通讯,因此,通过在触摸屏上直接更改PLC内某指定软对于伺服放大器,按照下式将定位模块发送过来的元件的状态,PLC再将更改后的数据传给定位模块就能脉冲进行放大再和反馈脉冲机型比较结果存入偏差计够改变电机的运转情况。同时触摸屏上也可以显示PLC数器。内部软元件的存储内容。偏差计数器内存储的脉冲数=定位模块发送的脉冲数xcD编码器反馈脉冲用PLC和定位模块相结合的方式改造机床控制系统,充分发挥定位模块和伺服放大器精度高、稳定性好、其中,CDⅤCMX分别为电子齿轮的分子和分母。用使用简单的优点使得机床的加工精度大为提高,并且简户根据电机的编码分辨率设定分子,它与所选电机型号化了机床操作。在整个控制系统中起核心作用的是定位相对应;用户再根据伺服放大器的类型及电机最大转速模块。它是在PLC的基础上发展而来的,因此拥有PLC设定电子齿轮的分母,即伺服放大器和电机型号一且选的全部功能,甚至比PLC的功能更为强大所以在某些情定放大倍数就确定了。而偏差计数器内的脉冲数即最后况下,它可以取代PIC。电机转的圈数不过定位模块输入输出点数相对传统的PLC比较432零点回归的方式少,而且需要从外部获得开始和结束的指令,所以目前很用伺服放大器驱动电机在回归系统零点时有两种多情况还是定位模块和PC相结合的控制模式。相信随方式:立即停止模式:近点开关模式。着PLC相关技术的发展,定位模块会逐渐克服这些弊端。选择立即停止模式时,当送料夹到达系统零点,电机辑黄获)马上停止运转;选择近点开关模式时电机会根据定位模中国煤化工块程序或伺服放大器中的参数设置将速度逐渐降至零,作者简CNMH方向为测试技术与即在到达近点开关时,电机开始减速,最后在零点处停精密仪器止。在这种模式下,当电机的转速很高,或是机床对振动收稿日期:2007-12-26机械工程师2008年第4期!31