PLC与触摸屏在磨刀机数控系统中的应用.pdf

控制与检测 组合机床与自 动化加工技术 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 0 1 1 0 0 6 8 0 3 P L C与触摸屏在磨刀机数控系统中的应用 张 航 茂 名 学院 机 电工 程 学院 ， 广 东 茂 名 5 2 5 0 0 0 摘 要 指 出以磨 刀机 的工作 原理 和控制 工 艺为研 究对 象 ， 采 用以三 菱 可编程 控制 器为核 心 ， M T 5 0 0系 列触模屏 为人机 界 面 ， 通过 连接 定位 模 块和 通信 模 板 组成 控 制 系统 的设 计 方 法 ， 文 中给 出 了详 细 的 硬 件和软 件 实现过程 ， 设计 出精 美 的 多 窗 1；7 操 作 界 面 ， 目前 阶 段得 出的 结果 表 明 控 制 系统 功 能 完 善 ， 能 实现精确 定位 和调速 ， 简化 了系统 的 电气线路 ， 实现 复杂 的控 制 ， 设备 运行 稳 定 可靠 ， 界 面 易于 理 解与操 作 ， 有 良好 的应 用效果 。 关 键词 磨 刀机 ； 触摸 屏 ； 可编程控 制 器 ； 人机界 面； 硬 件 ； 软 件 中图分类 号 T P 2 7 3 文 献标识 码 A Th e Ap pl i c a t i o n o f PLC a nd To u c h i ng S c r e e n i n t he Co un t i ng Co nt r o l i n g Sy s t e m o f t h e W h e t t i ng Kn i f e M a c h i ne ZHANG Ha ng C o l l e g e o f Ma c h i n e r y a n d El e c t r o n i c En g i n e e r i n g，Ma o mi n g Un i v e r s i t y ，Ma o mi n g 5 2 5 0 0 0，C h i n a Abs t r a c t Th i s t e x t po i n t s o ut t o t a k e wo r k pr i nc i pl e a n d c o n t r o l c r a f t of whe t t i n g t he k n i f e ma c h i ne a s a r e s e a r c h o b j e c t ， a d o p t i o n w i t h M i t s u b i s h i p r o g r a mm a b l e c o n t r o l l e r f o r c o r e ， t h e M T 5 0 0 s e r i e s t o u c h h o l d s f o r t h e ma n - ma c h i n e i n t e r f a c e t o c o ns t i t u t e t h e d e s i g n me t ho d o f c o n t r o l i n g t he s ys t e m t h r ou g h t h e c o n。 j u n c t i o n fi x e d p o s i t i o n mo l d p i e c e a n d c o r r e s p o n d e n c e t e mp l a t e ， g i v e s i n t h e t e x t d e t a i l e d h a r d wa r e a n d s of t wa r e c a r r y a n d d e s i gn s a n o f ma n y e l e g a n t wi n d o w wa y o pe r a t i o n i n t e r f a c e ． Cu r r e n t l y s t a g e g e t o f r e 。 s u i t e n u n c i a t i o n C o n t r o l i n g s y s t e m f u n c t i o n i s p e r f e c t ， c a n c a r r y o u t a n a c c u r a t e fi x e d p o s i t i o n a n d a d j u s t s o o n，s i mpl i fte d t he e l e c t r i c i t y c i r c u i t o f s ys t e m，c a r r i e s o u t a c o mpl i c a t e d c o n t r o 1 ．The e q u i pme n t mo v e s s t a b i l i ze d c r e d i b i l i t y， t h e i n t e r f a c e i s e a s y t o c o mpr e he n s i o n a n d o pe r a t i o n a n d h a s g o o d o f a ppl i e d e f f e c t ． Ke y wo r ds whe t t ing k n i f e ma c hine ； t o u c h s c r e e n； PLC；ma n- ma c hi n e c o n t a c t s u r f a c e ； ha r d wa r e ；s o f t wa r e 0 引 言 随着市场 发 展 与 分 工 细 化 ， 磨 刀 机 也 顺 应 行 业 的发展 ， 在 刀剪 制 造 、 印刷 造 纸 、 刮 刀 、 纸 箱 板 金 、 截 床 、 木 工 、 塑革 等领 域得 到 了广泛 应 用 。不 同行 业 对 其磨 刀机具 备 符 合 本 领 域 不 同 的 特殊 功 能 要 求 ， 所 以在不 同 的行 业使 用不 同款式 磨 刀 机⋯ 。本 文就 一 种在 刀剪制造 业 常用 的磨刀机 进行研 究和 开发 。 某公 司开发了刀剪 制造 业使 用 的一款 磨刀 机 ， 原 采用的数控系统， 专为数控机床开发的， 功能强大， 操 作复杂 ， 配备许多对本机不 需要 的功能 ， 且系统需 要新 添加功能十分烦难 ， 所 以 比较 高 的开发 成本 和复 杂 的 操作系统 制约 了其市 场 的 开拓 。本 人 经 过 对设 备 功能与工艺详细 的研究 ， 设 计 出通过 触摸屏 与 P L C连 接组成 的控制 系统 。本系统 设计 简单 ， 操作 界 面精美 方便 ， 功能丰 富 ， 符合设备使 用要求 ， 且成本 低廉 ， 容 易 实现 ， 能取得 明显 的效果 。本文就这种方案 ， 设 计详 细 的 电气控制系统及其 软件设计过程 。 1设 备 控 制 及 工作 过 程 本 磨 刀机 主 要 是 由砂 轮 电 机 控 制 系 统 、 工 作 台 液压 控 制 系 统 、 冷 却 控制 系统 、 磁 吸控 制 系 统 、 滑润 控制 系统所 组成 。其 中砂 轮 电机 控 制 系统 包 括 砂轮 电机 变频调 速 控 制 及 磨 刀 轴 位 置 控 制 系 统 ， 位 置 控 制是 由一伺 服 驱 动 控 制 一 交 流 伺 服 电机 实 现 ； 工 作 台液 压控制 系统 是 由一 油泵 提 供液 压 动力 通 过 电磁 阀控制 其左 右 运 动 实 现 磨 刀 过 程 ， 用 一 流 量 调 节 阀 来实现速度 的调节 ； 冷却控制 系统是 由一水泵来实 收稿 日期 2 0 1 0 0 51 8 ； 修 回日期 2 0 1 0 0 6 2 5 作者简介 张航 1 9 7 O 一 ， 男 ， 广东茂 名人 ， 茂名学院机电工程 学院工程 师， 主要从事 自动化 、 电气工程领 域的研究 ， Em a i l z h h j m3 3 2 6 1 6 3 ． c o m。 6 8 2 0 1 0 年第1 1 期 控制与检测 现 磨 刀过程 的冷 却 ； 磁 吸 控 制 系统 是 南 一 磁 吸 来 固 定 工件 ； 滑 润 控 制 系 统 是 由一 小 油 泵 来 实 现 设 备 各 主要运 动 部 件 的滑 润 。设 备 有 手 动 和 自动 功 能 ， 手 动 包括磨 刀 定位 的点 动 、 工 作 台的 左 右点 动 、 各 电机 的启动 与停 止 、 磁 吸 的 吸合 与 松 开 等 ， 主要 实 现 设 备 的调试 、 工件 的定 位 及 对 刀零 点 的设 置 ， 自动 T 作 过 程 为 启 动 走 零 点 走 砂 轮 补 偿 工 作 台复 位 走 粗 进 给 走精 进 给 。 2硬 件 系统 设 计 本设 备 的硬件 系统 如 图 l 所示 ， 由 P L C、 触 摸屏 、 定 位 模 块 、 交 流 伺 服 驱 动 器 、 交 流 伺 服 电 机 、 F X 一 4 8 5 一 B D通信 板 、 变频 器 、 三相 感 应 式 电动 机 、 开 关 量 量输 入部 分及 开关 量 输 出部分 等 组 成 。其 中控 制 核 心 P L C采 用 三 菱 F X 40 M T 。触 摸 屏 采 用 e V i e w M T 5 0 6 T ， 它 是全 新一 代 的工 业 嵌 人 式 触 摸屏 人 机 界 面 ， 色彩 丰富 ， 图象 逼 真 ， 独特 的 多视 窗操 作 功能 ， 功 能强 大 的中 文 编辑 软 件 ， 可 完成 复 杂 的 人 机 界 面设 计 ， 通 过 R S 48 5与 P L C连 接 组 成操 作 系 统 。定 位模 块 采 用 三 菱 F X ， 一 1 0 G M， 它 不 仅 可 以 处 理 单 速 定 位 和 中断 定 位 ， 且 能 处 理 复 杂 的 控 制 ， 如 多 速 操 作 。为 了降低 成 本 ， 伺 服 控 制 系统 采 用 广 州 数 控 设 备有 限 公 司 生 产 的交 流 伺 服 驱 动 器 D A 9 8 A 和 交 流伺服 电机 1 7 5 S J T M2 2 0 D， D A 9 8 A采用 超 大 规模 集 成 电路 芯 片 ， 智 能 功 率 模 块 ， 具 备 完 善 的 保 护 功 能 ， 采 用优化 P I D控 制 算 法 ， 提 高 了位 置 与 速 度 控 制 的 准 确 性 和 快 速 性 。使 用 F X 、 48 5 一 B D 通 信 板 实 现 P L C与变频 器 的数 据 传 输 功 能 ， 控 制 和 监 视 变 频 器 的转 速等 参 数 。变 频 器 采 用 三 菱 F R F 7 4 0系 列 ， 其 为多 功能 型 、 适 合一 般 负载 ， 内置 有 独立 的 R S 4 8 5通 讯 口 。开 关量 量输 入 部分 有 减速 回零 近 点开 关 、 正反／ 向 限位 开关 、 工 作 台 进／ 退 限 位 开关 和 各 种 报 警信 号输 人 等 。 开 关 量 输 出部 分 有 控 制 各 电机 接 触器 的信 号输 出 。 人 机 界 面 I～ 一 镀 l ；焉 PLC 开 关 量 1 ． F X 2 N - 4 O MT f机 控制输入广 ～ 开 关 量 l～ 主 控 制 输 出 l F X 2N- 4 8 5 一 B D 图 1 系统 硬 件 原 理 图 3软件 系统设计 3 ． 1人 机界面 的软 件设 计 根据设备工艺 和控制要求 ， 触 摸屏 的操作界 面 用 E B 5 0 0软 件 进 行 设 计 ， 设 计 有 信 息 界 面 、 开 机 界 面 、 数 据 界面 、 工作 界 面和调 试 窗 口。如 图 2所 示 。 图 2人 机 控 制 界 面 其 中信息 界 面 有 日期 和 时 间 的 显 示 、 机 器 使 用 状态显 示 、 机 器 故 障 显 示 包 括 正 向限 位 故 障 、 负 向 限位故 障 、 伺 服 驱 动 器 报 警 、 砂 轮 电 机 变 频 驱 动 故 障 、 冷却 电机 故 障 、 油 泵 电机 故 障 、 P L C故 障等 ， 还 可 以通 过 输入 正确 密 码 进 入 调试 窗 口。开 机 界 面设 计 有 油 泵 、 水 泵 、 润 滑 泵 、 磁 吸等 开 与 关 的按 键 及 砂 轮 电机 转速 调 节 与 转 速 显 示 项 ， 可 实 现 对 它 们 的控 制 。数 据界 面设 计 有 砂 轮 补 偿 量 数 据 项 设 置 、 粗 进 给 量数 据项 设 置 、 精 进 给量 数 据 项 设 置 、 进 给 次数 和 光磨 次数设定 ， 每项 数据 的设 置通过触 动相应控 件 ， 弹 出一个 数字小键 盘 ， 输 人 数字 即 可修 改相 应项 目的数 据 。工 作界面设有 手动／ 自动状态转换 开关 、 手动状 态 下可操作 、 z轴 的点 动、 步 长选择 、 回机械 零点 、 对 刀 后程序 清零设置 及位 移 值 的显示 ； 在 开机 界 面起动 各 功能 ， 数据界 面正确设 置好各项 数据 ， 就可 以操作 自动 状态下 的启 动 和停止 按 键 。调试 界 面设有 调 试开 关 、 有 关动作速 度设置 、 有 关数 据储 存 单元 清零 按钮 等 控 件。当机器出现故障时， 拒绝接受任何手动和 自动状 态下 的移动 指令 ， 在 调试 状 态下 可接 受 手动 状态 下 的 移动 指令 。可对各项移 动速度进行 调节 。本 窗为 了方 便熟 悉机器 的工程师排 除故障时使 用 。 设 计好 的界 面经 E B 5 0 0编 译 无 误 后 ， 从 个 人 电 脑 中下 载到触 摸 屏 ， 触 摸 屏 通 过 R S - 4 8 5通 信 电缆 直 接 与 P L C编程 器 端 口连 接 。这样 ， 通 过 触 摸 屏 的 操 作画面， 就可以对各工艺参数实施读写操作。 3 ． 2 P LC 的软 件设 计 P L C程序 采 用 S F C语 言方 式 编 程 ， S F C语 言 是 ．6 9 ． 控制与检测 组合机床与自动化加工技术 一 种 流程 图语 言 ， 比较 适合 本 系统 流 程式 的编程 。 P L C程序 包 括初 始 化 程 序 、 手 动程 序 和 自动 程 序 等 部分 ， 其关 系 流 程 如 图 3所 示 。初 始 化 程 序 包 括 对 有关 的辅助继 电器 和 存储 区的清 零 ， 显示 项 的设 置 ， 与定位 模块 的初始 设 置 ， 与变 频 器通 信 的程 序 等 ， 手 动程序 主 要 实 现 工 作 台 点 动 、 砂 轮 点 动 、 回机 械 零 点 、 设 对刀零 点等 功能 。 自动启 动后 ， 先走 对 刀 零 点 和工作 台复位 ， 走砂 轮 补偿 ， 粗 磨 ， 光磨 ， 返 回等 待再 次启动 。 当设 备 出现某 故 障 时 ， 立 即中断 运 行 ， 返 回 手动 状 态 ， 进 行 中 断 处 理 。 P L C 与 定 位 模 块 通 过 F R O M ／ T O指令进行 功能命令 和数据 的传送。P L C 通 过 F X - 4 8 5 一 B D通 信板 与 变 频器 通 信 采 用 帧 式数 据流方式， 变频器传送数据 自动转换成 A S C 1 1 码 ， 而 且 不 同的功 能 的 数 据 采用 不 同 的数 据 格 式 帧 ， 按 照 变 频器要 求设定 数据 格式 ， 使用 R S指令 实现 与 变频 器 的命令 和数 据 的传 送 ⋯。 圆 } 囹 甄 圃 N 图 3 P LC 程序 流 程 图 4 结束 语 经 过反 复调试 ， 优化 电子齿 轮设置 和合理 的定 位补 偿 。实 际应 用表 明 设备 运 行稳 定 ， 各 项 性 能 良 好 ， 磨 刀精 度 满 足 使 用 的要 求 。本 控 制 系 统 人 机 界 面友好 ， 比专用机床数控系统易 于理解 ， 便于操作 ， 系统 的功能 添 加 与 修 改 十 分 容 易 实 现 ， 可 在 一 些 功 能简 单 的专用 机床 上推 广 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]朱圣华 ， 邬剑峰 ， 刘东方．剪切 刀片磨 刀机数控系统设计 初探 [ J ] ．林业机械与木工设 备 ， 2 0 0 9 4 4 3 4 4 ． [ 2 ]王爱玲 ， 白恩远 ， 赵学 良．现代数控机床[ M] ．北京 国防 工 业 出版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ]李华志 ． 数控加工工艺与装备 [ M] ． 北京 清华大学出版 社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ]三菱 电机．F X系列可 编程控制 器用 户手册 [ Z ] ．上海 三菱电机有 限公 司， 2 0 0 1 ． [ 5 ]严盈 富．触摸屏 与 P L C入 门[ M] ．北京 人 民邮 电出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 6 ]威纶通．E a s y B u i l d e r 5 0 0使用手 册 [ z] ．深 圳 威 纶通科 技 股份有 限公 司， 2 0 0 3 ． [ 7 ]三菱 电机．F X系列特 殊功能模 块用户手 册 [ z] ．上海 三菱 电机 有 限公 司 ， 2 0 0 6 ． [ 8 ]三菱 电机．三菱 7 4 0系列变频 器用 户手册 [ z ] ．上海 三 菱 电机有限公司 ， 2 0 0 6 ． [ 9 ]钟肇新 ， 范建 东．可编程控 制器 原理及应用 [ M] ．广州 华南理工大学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 1 0 ]三菱 电机 ．F X系列通讯 手册 [ z ] ．上海 三菱电机有 限 公司， 2 0 0 6 ． 编辑李秀敏 上接 第 6 7页 图 7 机 器 人 买 际 运 行 结 果 4 结 束语 本文 以绘制正 六边 形为例 ， 设 计 了 以 P C机 触 摸屏 为上位 机 、 以运 动控 制 器 为下 位 机 的开 放 式 控 制系 统 。上 位 机 软 件 Mo t i o n P e r f e c t 2提 供 的直 线 插 补 、 圆弧插补 、 C A M 电子 凸轮 控 制等 保 证 了直 线 、 圆弧 及其他 不 规 则 图形 的绘 制 ， 并 可 通 过 示 波 器 功 能对 各轴 的运动参 数 进 行在 线监 控 。触 摸 屏 与控 制 器之 间 以 MO D B U S为通 讯协议 ， 根 据变量 地址 映射 ， 通过 R S 一 2 3 2 、R S - 4 8 5完成机器人的离线操作 。各传 感器 的使用 提 高 了机 器 人 对 环 境 的 判 断 、 自适 应 能 力及 机器 人 的 智 能 化 程度 。实 验 表 明 ， 该 机 器 人 工 作稳 定可靠 ， 性能 、 精度 均可满 足设计 要求 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]h t t p ／ ／ n e w s ． q q ． c o rn ／ a ／ 2 0 0 6 1 1 0 1 ／ 0 0 2 3 2 3 ． h t m ． ． 7 0 - [ 2 ]盛定高．现代 制造技 术概论 [ M] ．北京 机械工 业 出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ]王雪文， 张志勇．传感器原理 及应用 [ M] ．北京 北京航 空航天大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ]周舟 ， 张洛平．基于运动控 制器 的开 放式数控 系统 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 3 3 9 4 9 5 ． [ 5 ]孙祖和 ， 等．U G N X C A D ／ C A M 与数 控加 工应用 实践 教 程[ M] ．北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 6 ]胡志祖 ， 张 明柱．开放式准 柔性机 床数控 系统研究 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 6 1 1 2 31 2 5 ． [ 7 ]T r i o Mo t i o n T e c h n o l o g y L t d T r i o 技术手册 [ G] ．上海 T r i o Mo t i o nTe c hn o l o g y Lt d．，2 0 06． [ 8 ]王正洪 ， 周振环．微机接 口与应用 [ M] ．北 京 中国石化 出版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 9 ]L e e HS ， J e o n J W， C h o i J w， A h i g h p e rf o r m a n c e o p e n a r c h i t e c t u r e mo t i o n c o n t r o l l e r 『 J ] ．I E E E I n t S y mp I n d E l e c ． t r o n， 2 0 0 l 1 8 8 68 9 0 ． [ 1 O ]任 中全 ， 张帅 ．基 于 A t m e g a 4 8单 片机 的触摸 屏通信 设 计 [ J ] ．煤 矿机 械 ， 2 0 0 9 ， 3 0 8 2 1 3～ 2 1 5 ． [ 1 1 ]We i n V i e w公 司．E a s y B u i l d e r 5 0 0技术 手册 [ G] ．深圳 We i n V i e w公司， 2 0 0 5 ． 编辑李秀敏