PLC三轴定位功能在微型轴承外滚道磨床中的应用.pdf

I S SN1 00 037 62 CN411 1 48 ／TH 轴承2 0 1 3 年1 期 Be a r i ng 201 3， No．1 P L C三轴定位功能在微型轴承外滚道磨床中的应用 康正坡 ， 王高峰 ， 张亚平 洛阳轴研科技股份有 限公 司 ， 河南 洛 阳4 7 1 0 3 9 摘要 分析了采用三菱 F x一 3 G P L C实现微型轴承外滚道磨床三轴定位的控制方法， 详细介绍了系统工作原理 及硬、 软件的设计方法。实践证明， 该系统稳定可靠 ， 控制精度高 ， 操作方便， 成本低。 关键词 微型轴承； 外滚道磨床； P L C； 三轴定位 ； 伺服控制 中图分类号 T H 1 3 3 ． 3 3 ； T P 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 0 3 7 6 2 2 0 1 3 叭 一 0 0 1 9 0 3 Ap p l i c a t i o n o f P LC Th r e e Ax i s P o s i t i o n i n g F u n c t i o n i n Ou t e r Ra c e wa y Gr i nd e r f o r M i ni a t u r e Be a r i ng s Ka n g Zh e n gp o， W a ng Ga of e ng， Zh a n g Yap i n g L u o y a n g B e a r i n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ． ，L u o y a n g 4 7 1 0 3 9 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e t h r e e ‘ a x i s p o s i t i o n i n g c o n t r o l me t h o d f o r o u t e r r a c e w a y g r i n d e r o f mi n i a t u r e b e a r i n g s i s r e a l i z e d b y n s i n g Mi t s u b i s h i F X 一3 G P L C，t h e o p e r a t i n g p r i n c i p l e s a n d d e s i g n me t h o d o f h a r d w a r e a n d s o ft wa r e o f s y s t e m a r e i n t r o d u c e d ．T h e p r a c t i c e s s h o w t h a t t h e s y s t e m i s c h a r a c t e r i z e d b y s t a b l e ，r e l i a b l e a n d h i g h c o n t r o l a c c u r a c y ，e a s y c o n t r o l a n d l o w c o s t ． Ke y wo r d s mi n i a t u r e b e r a i n g ；o u t e r r a c e w a y g rin d e r ； P L C； t h r e ea x i s p o s i t i o n i n g；s e r v o c o n t r o l 目前 ， 在轴承外滚道磨床控制系统中， 磨架进 给和工件进给采用伺 服控制 ， 而砂 轮修整器多采 用液压驱动 ， 这样 的系统都属于两轴定位 。在微 型轴承外滚道磨床中， 由于加工的轴承外径范围 小 5～3 0 m m ， 修整砂轮时， 圆弧修整摆动的角 度非常小 ， 还要求速度平稳 。此时 ， 液压驱动 的圆 弧修整器想要达到使用要求比较困难。因此， 微 型磨床圆弧修整器改用伺服电动机控制， 伺服电 动机可以准确地控制修整器 的旋转角度 和速度 ， 修整精度高且操 作简单。这样 ， 该微 型磨床 控制 系统就需 要 3个方 向的伺服控 制 ， 即三 轴定位 。 而现在大多数 P L C仅能实现两路伺服控制 ， 实现 三轴定位需另加定位模块 ， 或者使用 高端 的 P L C， 这两种方案都会使控制成本 明显增加。下文介绍 采用 F X一3 G系列 P L C实现 3路 高速脉 冲输 出， 用于控制 3个伺服系统的方法。 1 系统工作原理 控制系统工作原理如图 1 所示。P L C根据人 收稿 E t 期 2 0 1 2 0 7 2 6 机界面 触摸屏 设置参数及命令来控制机床实现 相应 的动作。触摸屏不仅可以实现工件 、 磨架 、 修 整 3个方 向上的参数调整及运行 监控 ， 还可 以实 现机床各部件的报警监控， 既方便用户操作， 又可 实时监控机床 的运行状态。 工件 电动机 磨架 电动机 修整 电动机 图 1 系统 工作 原 理 图 2系统硬件设 计 2 ． 1 可编程控制器 F X一 3 G P L C是三菱第 3代小型可编程控制 器， 具有高速、 可扩展、 低成本等特点， 单条节点命 令处理时问为0 ． 2 1 s ， 单条应用命令处理时间为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 轴承 2 0 1 3 ． N o ． 1 0 ． 5 s ， 具有独立三轴简易定位功能。该 P L C是 整个磨床控制的核心， 可实现磨床的三轴定位， 还 具有机床保护信号和位置信号采集， 对工件和磨 架电动机变频器及冷却电动机的控制， 磨削参数 的保存 和磨削控制流程的实现等功能。 2 ． 2 人机 界面 人机界面选用施耐德 G X O一3 5 0 1触摸屏 ， 并 集成 1 个 m i n i u s b口， 1 个 R S 4 8 5 通信端口和 1 个 R S 2 3 2 通信端 口， 使用该触摸屏即可完成机床参 数设置以及运行状态的监控 。 2 ． 3 伺服电动机及驱动装置 伺服驱动器接收来 自 P L C的控制脉冲 ， 驱动 伺服电动机作正反向转动。伺服驱动装置和伺服 电动机选 用 L X M 2 3 D系列驱 动器 和 B C H系列伺 服 电动机 ， 通过设置伺服 电动机 的电子齿轮 比， 机 床工件和磨架进给精度可以达到 0 ． 1 Ix m ／ p u l s e ， 修 整器旋转精度达到 0 ． 0 1 。 ／ p u l s e。 2 ． 4硬件接线说明 P L C与三伺服电动机及触摸屏接线 图如 图 2 所示 。其 中 Y 0 ， Y1 ， Y 2为 P L C的高 速脉 冲输 出 端， 其最大频率可以达到 1 0 0 k H z ， 分别为 x轴， Y 轴， 圆弧修整伺服提供高速脉冲。Y 4 ， Y 5 ， Y 6 为伺 服方向信号输入端， 用来控制伺服电动机的旋转 方向。X1 0 ， X1 5 ， X1 7为 P L C输入端 ， 分别接 3个 伺服电动机的报警端， 当伺服电动机出现故障时 闭合， 将报警信号输入 P L C 。X 1 1 ， X 1 6 ， X 1 7接 3 个伺服电动机编码器 z相脉冲输出端。 图 2 P L C三轴定位接 线 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 康正坡 ， 等 P L C三轴定位功能在微型轴承外滚道磨床中的应用 3 P L C软件 设计 3 ． 1 主程序设计 主程序主要是实现故障检测、 自动手动之问 的切换、 进给位置及急停处理等功能。在机床出 现故障时， P L C要把出现故障的元件停止并将故 障状态通过触摸屏显示； 当按下机床急停按钮时， P L C能迅速将 工作的各个 部件安全停止 ； 在无 故 障和急停 情况 下 ， 实现 手动 和 自动 的 自由切换 。 其控制流程如图 3所示。 图 3主程序流程 图 3 ． 2自动子程序 当自动条件满足时， 按循环启动按钮 ， 系统进 入 自动磨削过程 ， 机床按照 图 4所示 流程按步执 行。一个循环结束 ， 系统首先判 断修 整条件是否 满足， 如果满足修整条件， 系统按照设置的修整参 数进行修整， 修整完成后再进行 自动磨削过程。 由于 P L C是循环扫描工作方式， 当系统出现故障或 紧急停车时 ， 主程序会检测到事件 的发生 ， 此时， 系 统会 自动退出自动磨削过程 ， 进行相应的处理。 3 ． 3定位功能的实现 P L C通过定位指令 D R V I 或 D R V A来 实现定 位功能， 三菱 F X其他系列P L C定位指令的基底速 度受最高速度和加减速时间限制， 当伺服进给速 度设置低于 D R V I 指令基底速度时， 需要另编写程 序实现定位功能。F X 3 G系列 P L C定位指令 D R V I 和 D R V A 允 许 最 低 频 率 范 围 为 1 0 H z ， 而 3 MK 1 4 3 B的精度为 0 ． 1 I x m ／ p u l s e ， D R V I 的速度最 图 4 自动程序流程 图 低可以达到 1 z m ／ s ， 完全可以满足控制系统的需 要 ， 从而简化 了程序的编写 ， 系统的稳定性增强。 F X 3 G P L C要实现三轴定位功能 ， 必须对各路 脉冲的控制参数进行设置 ， 其设定值见表 l 。 表 1 F X 3 G P L C定 位功能参数设定表 一 名称数据长 YO Y Y2 1 D 8 3 4 0低位 D 8 3 5 0低位 D 8 3 6 0低位 D 8 3 4 1高位 D 8 3 5 1高位 D 8 3 6 1高位 当 篡 寄3 z 位 o D 8 3 4 5 D 8 3 5 5 D 8 3 6 5 爬 害 度 1 6 位 5 0 0 下转第 4 5页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马德锋， 等 风电轴承测试数据无线传输系统的设计 图 4无线传 输 系统程序设计流程 图 数据接收时的程序代码为 s t r L e n G e t l n Q L e n 1 ； ／ ／ 判断接收数据长度 i f s L e n 2 6 { f 0 r i _ 0 ； i s t r L e n ； i { d a t a [ i ] C o m R d B y te 1 ； } } e l s e { Me s s a g e P o p u p ” Wa r n i n g ” ， ” 无 接收数据 或接收数据错误 ” ； } 接收到数据后 ， 直接把数据进行转化 显示在 系统界面上 ， 转换和显示接收到的2 号设备第1 路信号 模拟电压信号 的程序代码为 a b c d [ k ] a l d a t a [ 4 ] 2 5 6 d a t a [ 5 ] } 5 0 0 0 ． 0 ／ 4 0 9 6 ／ 1 0 0 0； S e t C t r l V a l P A N E L， P A N E L _ N U ME R I C _ _ 5 ， a 1 ； P l o t S t r i p C h a r t P A N E L ，P A N E L S T R I P CHART， a b c d，1，0，0，VAL D O U B L E 。 用户只需在控制室的电脑上监测各参数的实 时曲线即可判断轴承运行状态， 直观方便， 同时系 统会将监测到的数据实时存储于电脑上， 方便技 术人员查询 。 3 结束语 经测试， 无线传输系统的传输数据准确， 为实 时巡检运行 中的大 型 风电轴 承提供 了可 能。而 且， 无线传输系统具有更大的灵活性， 不受制于固 定的网络拓扑结构或系统建设， 在设备的添加、 升 级 、 扩展上享有更大 的开放性 。基于虚拟仪器技 术开发应用软件 ， 直观性强 ， 可大大缩短系统 开发 周期 ， 同时也能节约大量成本。 参考文献 [ 1 ] 宋智晨， 周修杰，宛学智 ， 等． 2 0 1 2 --2 0 1 6年 中国风 力发电行业投资分析及前景预测报告 [ R] ． 北京 中投顾问， 2 0 1 2 ． [ 2 ] 西安达泰电子产品手册[ M] ． 西安 西安达泰电子， 2 0 1 2 ． [ 3 ] 王建新， 杨世风， 隋美丽． L a b Wi n d o w s ／ C V I 测试技术 及工程应用[ M] ． 北京 北京工业出版社， 2 0 0 6 ． 编辑 张旭 上接第 2 1页 3 ． 4 原点返 回的实现 当 P L C使用 Y 0定位 时， Y 0输 出脉冲 ， Y 4输 出方向信号。对应表 1中的当前值寄存器D 8 3 4 0 ， D 8 3 4 1 就会增减 ， 当 P L C的电源一 旦关 闭， 当前值 寄存器中的当前值会被清除 ， 因此 上电后 ， 务必要 将机械位置和当前寄存器的位置对准； 其他 Y 1 ， Y 2定位功能也需要机械位 置和对应 的当前 寄存 器位置对准 。常 用 的方法 就是 执行 原点 回归指 令 ， F X一3 G P L C中原点是磨 床控制 系统 的基 准 点 ， 控制系统保持每次返 回原点时都准确停 止在 某个特定的机械位置 ， 这是 保证磨床控制 系统稳 定性的前提。F X一 3 G P L C新增带 D O G点搜索的 原点 回归指令 D S Z R， 该指令需 要 2个信号输入 ， 一 个是 D O G点信号， 一个是清零信号。D O G点信 号通过接近开关实现， 清零信号接编码器的 z相 回零点， 当伺服电动机走到 D O G点时开始减速， 当捕捉到 z相脉冲零点时， 定位结束， 伺服电动机 停止。D S Z R原点 回归指令 每次都 能使伺 服 电动 机准确回到机械原点， 可靠性高。 4 结束语 利用三菱 F X一 3 G P L C和触摸屏很容易就实 现了微型轴承外滚道磨床三轴定位的需要， 在实 际使用过程 中， 该控 制系统 操作简 单 ， 控制精 度 高， 可靠性好， 在微型磨床上有较高的应用价值。 参考文献 [ 1 ] 武魁 ， 花聚红 ， 廉志强． P L C在磨床双轴控制系统 中 的应用[ J ] ． 轴承 ， 2 0 0 3 4 2 3 2 5 ． [ 2 ] 日本三菱公司． F X 3 G系列可编程程控制器编程手册 [ Z] ． [ 3 ] 魏德仙 ， 漆海霞． 可编程控制器原理及应用[ M] ． 北 京 中国水利水电出版社， 2 0 0 9 ． 编辑 李超强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m