Q02 PLC控制伺服电动机系统在机床转台上的应用.pdf

墨 二 Z CN 411 1 4 8 ／ T H 轴承2 0 1 2 年4 期 Be a ring 201 2， No． 4 Q 0 2 P L C控制伺服电动机系统在机床转台上的应用 邹波 ’ 1 ． 成都重型轴承研究所， 成都6 1 0 0 3 1 ； 2 ． 成都科华重型轴承有限公司， 成都6 1 0 3 0 0 摘要 为实现精确的位置控制和两轴的协调工作， 采用 P L C Q 0 2加上定位模块 Q D 7 0 P 4和 MR J 2 S系列的伺服 控制器组成位置控制系统 ， 并设计了高精度定位加工用凸轮分度转台。介绍了用 P L C使两个不同的运动部件 协调工作的控制流程。 关键词 数控机床； P L C； 伺服系统； 位置控制； 高速脉冲 中图分类号 T H 1 3 3 ． 3 3 ； T P 3 6 8 ． 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 0 3 7 6 2 2 0 1 2 0 4 0 0 2 1 0 2 Ap p l i c a t i o n o f P L C Q0 2 C o n t r o l S e r v o Mo t o r S y s t e m i n Ro t a r y Ta bl e o f M a c hi n e To o l ZOU Bo ， 1 ． C h e n g d u H e a v yD u t y B e a ri n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a ； 2 ． C h e n g d u K e h u a H e a vy D u t y B e a ri n g C o ． ， L t d ． ， C h e n g d u 6 1 0 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o me e t t h e r e q u i r e me n t o f a c c u r a t e p o s i t i o n i n g a n d c o o r d i n a t i o n w o r k of t w o a x e s ， a p o s i t i o n a l c o n - t r o l s y s t e m i s d i s c u s s e d c o mp ri s e d o f P L C Q 0 2 ， l o c a t i n g m o d u l e Q D 7 0 P 4 a n d MRJ 2 S s e l v o c o n t r o l l e r ． T h e c o n t r o l flo w f o r c o o r d i n a t i o n w o r k o f t w o d i f f e r e n t mo v i n g p a r t s b y u s i n g P L C i s b ri e fl y i n t r o d u c e d wi t h a h i g h p r e c i s i o n c a m i n d e x r o t a r y t a b l e for p o s i t i o n i n g p r o c e s s i n g ． Ke y wo r d s NC ma c h i n e t o o l ； P L C； s e r v o s y s t e m ； p o s i t i o n a l c o n t r o l ； h i g h s p e e d p u l s e 为了提高机床设备精度 和实现 自动化控制 ， P L C和伺服系统被广泛运用于各种数控机床和转 台等设备中， 以实现精确的位置和速度控制。其 中位置控制的精度主要取决于伺服控制器及运动 控制器的精度。下文通过一个高精度定位加工用 转台的设计， 讨论了采用 P L C和伺服系统对转台 进行精确的旋转控制， 以及对传动杆的直线运动 进行精确控制的方法， 同时， 考虑到传动中的累积 误差 ， 采用周 期的位置检查进行调整 。如何采用 P L C进行精确的位置控制并让两轴协调运作是控 制系统的关键 。 1 控 制 系统及原理 高精度定位加工用凸轮分度转台结构如图 1 所示。控制系统通 过定 位模 块实 现对 两轴 的控 制。根据运行的要求 ， 基本控制模式为 由伺服 电 收稿 日期 2 0 1 11 01 4 ； 修回 日期 2 0 1 1 1 1 0 1 动机通过变速机构带动 凸轮旋转 ， 凸轮每旋转一 周带动转 台旋转 9 0 。 ， 到达指定位置后凸轮停止动 作 ， 此时， 上方传动杆落至指定位置后对工件进行 加工 ， 加工完成后传动杆上升至原位 ， 凸轮继续转 动并带动转台旋转至下一加工位置。 图 1 高精度定位加工用 凸轮分度转 台结构 简图 从运动时序看 ， 由于系统采用 凸轮旋转带动 转台， 同时与上方传 动杆交替运 动的方式， 因此 ， 控制系统设计由 1 个 P L C及定位模块和 2个伺服 控制模块组成。控制原理为 由P L C控制定位模 块输出 ， 由 Q D 7 0 P 4采用脉冲和方 向控制 的方式 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 轴承 2 0 1 2 ． N o ． 4 通过 2个伺服控制 器分别 驱动伺服 电动机 ； 两个 运动系统的配合动作 、 协调工作 由 P L C完成。 为实现精确的位置控制 ， 差错控制方 面通过 检测伺服驱动器上差分输出的方式实现半 闭环控 制 ； 同时考虑到系统保护 ， 在固定 的周期通过凸轮 上的感应开关检验是否超过行程 ， 形成转台运动 的再次校验 ； 传动杆 的运 动则通 过限位开关形成 再次的校验系统。控制系统流程如图 2所示。 开始 置伺服l ， 2 初始位置 ______________________________一 丽 话 行 打 I 伺服1 开始运动 伺服l 到 遣 定 位置 ≥ ＼／ 伺服1 停止 并 数 器 清 零 U l l ---------------l - 一 l 计数器} 1 伺服2 运动 ＼指定位置 ／ V l Y 伺服2 待机指定l 时问 I 二二匕 伺服2 反向 运动卜一 臂 定位置 ＼／ i 伺服2 待机 N 图 2控 制 系统 流 程 图 2控制 系统硬件构成 控制系统硬件构成如图 3所示。该系统采用 高速脉冲控制， 上位机采用三菱 P L C Q O 2 ， 并用 R S 2 3 2与计算机系统连接 ； 采用 Q D 7 0 P 4定位模块 进行位置控制 ， 该模块在多轴 系统 中可 以进 行 4 轴控制输出， 并实现位置及速度控制 ， 实 际采用 了 2 轴控制输 出的方式 ， 分别控制 凸轮和传动杆 ； 伺 伺服控制器1 光电感应开关 图 3控制 系统硬件组成 服控制器采用 M R J 2 S ， 可以使用脉冲加方向的 输入方式及 R S 2 3 2和 R S 4 2 2的通信方式。 由于定位模块 Q D 7 0 P 4采用开环脉 冲输 出 4 轴开路集 电极输出型 ， 无法对系统中的伺服 电动 机和伺服控制器进行监控， 故使用 P L C检测伺服 控制的差分输出信号， 并用软件进行设置， 实现对 位置的闭环控 制。因为设 备 的传 动 系统较 为 复 杂， 为提供 系统保 护 ， 采用 周期性 的外部 检测方 式 ， 并传递给 P L C校正。 3 程序设计 由于采用脉 冲控制伺服 驱动器 ， 电动机行 程 所需的脉冲数为 一次移动所需脉冲数 ／ ／ , 指定距 离 电动机旋转一周所需脉冲数 电动机旋转一 周时负载移动量。 设计 中使用 了实用程序包 G X C o n fi g u r a t o r P T 1 ， 对要运行 Q D 7 0的轴逐个进行初始化设 置。 Q D 7 0实用程序包 G X C o n fi g u r a t o r P T为无 需考 虑 I ／ 0信号和缓冲存储器 即可使用专用屏幕进行 Q D 7 0的初始化设置 、 自动刷新设置监视和其他功 能的专用软件， 作为开发的内置软件， 该程序包需 要和 G X D e v e l o p e r 同时使用。 控制伺服电动机位置控制程序如下 L D X0 0UT Y0 ANI M8 DMOVP K6 0 00 U0＼ G8 0 4 6 0 0 0 脉冲／ 秒 MOVP K1 50 0 U0＼ G8 0 2； ACC／DCE 1 5 0 0 ms MOVP K1 50 0 U0＼ G8 0 3 D MO V P K 2 5 0 0 0 U 0 ＼ G 8 0 6 ； 设置单 向 行程 LD ANI ANDP M0VP 速度位置控制 S ET MOVP 控制 LD ANI M8 K 1 U 0 ＼ G 8 0 0； 设置连续定位 X0 X8 下转第 2 5页 一 ，、 N 一 向 正 置 没 0 8 G 、 O U O 8 3 ； 昌鹏 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵慧敏， 等 无铆钉黄铜保持架圆柱滚子轴承装配模具的设计 定位销 图 2上 模 下模结构如图 3所示 。下模 以保持架 内径定 位 ， 其小端面处外圆与保持架 内径为间隙配合 ， 且 与外圈内径 、 滚子互不干涉 ， 结构较简单。 图 3下 模 模具装配原理图如 图 4所示。冲压前先将外 圈、 滚子及保持架座装在一起， 然后将保持架压盖 对照配套线放在保持架座上 ， 组装成一个轴承组 合件。冲压时 ， 先将下模水平 放在压力机的工作 台上 ， 而后将轴承组合件 以保持架 内径定位 ， 垂直 放在下模 的台阶面上 ， 再将 上模 以滚子组 内切 圆 定位平放在组合件上， 转动手柄使定位销与保持 架凸头交叉错开 ， 最后通过 压力 机对 上模施加载 荷， 使上模准确而又均匀紧压保持架压盖， 将其准 确压人保持架座 的合适位置 ， 使保持架座 与压盖 锁紧牢固。 1 2 3 4 1 一 手柄 ； 2 一 上模 ； 3 一轴承组合件 ； 4 一下模 图 4 模具装配总 图 3 结束语 经现场使用证明 ， 采用上述装配模具后 ， 从根 本上解决 了保持架压盖挠曲 、 变形 以及轴承 回转 不灵等问题， 生产效率至少提高 l 0倍以上， 适合 大批量生产。 编辑 温朝杰 上接第 2 2页 ANDP M1 9 MO V P K 4 U 0 ＼ G 8 0 1 ； 设置反 向 速度位置控制 轴 1不需要反 向运行 S ET M8 MO V P K 1 U 0 ＼ G 8 o 0 ； 设置连续 定位控制 LD X0 A N D P X 1 8 ； 检测行程是否完成 RS T M8 MO V P K 0 U 0 ＼ G 8 0 0 ； 设置定位终止 LD M8 A N I X 1 ； 轴 1出错警报 ANI X1 8 O U T Y 8 ； 设置轴 1 的启动信号 END 上段程序中通过地址 8 0 1设置进行正反控 制 ， 通过 x 1对轴进行监视 ； 速度控制用 8 0 4进行 设置 ； 行程完成后检测 X1 8 ， 使轴 1停止 ； 在设置完 成后， 使启动信号 Y 8变成 O N以从 Q D 7 0把脉冲 输 出到驱动装置。 此处两轴交替运行 ， 通过设置 M 9和 M1 9来 切换运行。从 时序上可知 ， 轴 2在轴 1停止之后 启动 ， 而轴 2停止后轴 1再进行下一段运行 ， 对于 需要两轴同时运行 的场合 ， 可 以先设置好运行参 数 ， 再 同时启动 Y 8和 Y 9 。 4 结束语 采用 P L C高速脉 冲控制伺服驱 动 的方式简 单 ， 硬件成 本 较 低 ， 系 统采 用 的结 构 和 控 制方 法 ， 可广泛应用于转 台及直线运动的精确位置 控制和速度 控制 ， 或需要 进 行各 运动 系统 协调 运作的情况 ， 该控制方式可做为类似系统控制 方法 的参考 。 编辑 李超强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m