可编程控制器在伺服控制系统中的应用.pdf

应用研究 富春海可编程控制器在伺服控制系统 中的应用 8 1 可编程控制器在伺服控 制系统 中 的应 用 富春海 无锡威孚高科技集团股份有限公司 装备技术 中心 ， 江苏 无锡2 1 4 0 6 0 摘要 为了实现工艺要 求上对柱塞套与柱塞芯配合间隙的精 密检测 ， 设计 了 Z S S一1 0 9柱塞偶件 间隙测量机床。该机床采用可编程控制器， 在伺服控制系统中能有效精确地进行多点定位， 同时 利用气体流量表进行流量检测 ， 创新性地通过流量检测达到间隙检 测的 目的。 关键词 可编程控制器； 伺服控制系统； 间隙检测； 应用 中图分类号 T K 4 2 3 ． 8 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 1 6 1 6 2 0 1 2 0 70 0 8 1 0 4 柱塞套与柱塞芯 的间隙检测 ， 由于 间隙仅在 1 --2 m之间， 若采用传 统的机械检测 法 ， 不仅 耗 时长 ， 也无法做到精确检测 ， 更会影响产量。为此 ， 提出通过电气机械结构设计将传统 的机械检测变 为流量检测 ， 利用可编程控制器 P L C 的脉 冲输出 实现位置定位 ， 并 检测 出流量 ， 然后依此流量和位 置数据对照工艺表 ， 判断是否在合理范围内， 如果 检测值在工艺表允许的偏差范围内， 则判定产 品合 格 ， 反之 ， 则为不合格。 1 产品检测要求 柱塞套与柱塞芯装配在一起后 ， 要求有一定的 间隙。间隙过大 ， 就会产生大的漏油量 ； 间隙过小 ， 柱塞芯和套就容易卡死 ， 无法来 回自由滑动。因此 工艺上要求间隙在 1 ～2 m之间， 并要求对此间隙 进行检测。本文所述的 Z S S一1 0 9 柱塞偶件结构 如图 1 所示。 2 确定产 品检测方案 a ． 产品检测 的难度。 针对此类产品的检测没有先例可循 ， 由于柱塞 套与柱塞芯的接触面粗糙度 、 直线度 、 圆度并不工 整 ， 工艺上要求其配合间隙在 1 ～2 y m 之间 ， 就更 增加了检测难度。柱塞套与柱塞芯装配后的横截 面放大图如图 2所示。 随着 “ L” 值 的变化任意取截面 ， A A 截 面 的形状各不相同 ， 要想在任意截面通过快速检i 贝 4 柱 塞套与柱塞芯 的配合 间隙 是否为 1 ～2 m 来判 图 1 待 测工件装配 图 断产品是否合格， 采用传统的机械检测法是不可能 实现的。 b ． 创新设计思路。 针对此类产品的检测必须采用替代方法 。因 此 设 想 在 柱 塞套 与柱 塞 芯 的装 配 间 隙 中吹人 0 ． 1 MP a的压缩空气 ， 并用气体流量表检测出气体 流量 ， 即用流量检测代替机械检测⋯ 1， 以实现快速 精确的检测要求。 c ． 主要设计思路。 实际应用中， 柱塞套与柱塞芯都是产品， 不可 能在它们之间通压缩空气 。因此采用如图 3所示 的检测方法， 柱塞芯外部套测量套 ， 柱塞套 内孔插 测量杆 ， 且它们之 间的配合都是 紧密 的滑动配合 。 测量套及测量杆上开多孔结构 ， 压缩空气经多孔结 构通人它们之 间， 微流量表分别 检测并显示柱塞 芯 、 柱塞套空气流量 ， 并通过计算显示出合成流量。 收稿 日期 2 0 1 1 1 21 4 作者简介 富春海 1 9 7 3 一 ， 男， 江苏无锡人， 无锡威孚高科技股份有限公司工程师， 主要从事非标机床设计工作。 8 2 2 0 1 2 年4月 中国制造业信息化第 4 1 卷第 7 期 图2 待测工件截面图 检测要求 图 3中， 伺服电机推动滑台向左运 行 ， 到位后停留， L与 M 间距 都产生了变化 ， 通过 触屏显示出距离 ， 同时做流量检测。图 3中无论何 种产品， 伺服电机始终推动滑台向左移动 ， 其 中要停 留几次并做检测。如 C P N 2 ． 2柱塞套芯停 留 4次， ．A 截面放大图 P W2 0 0 0 柱塞套芯停留2次， 且它们停留位置对应的 L与 M 间距 亦不相同。操作人员根据停 留时位 置的显示值与法国进口气体流量表上的显示值， 对 照工艺卡片上的数值， 就可判定产品是否合格。 据此设计出主要的机械原理图， 如图 3所示。 图 3 机床设计主要原理示意 图 3 电气系统设计 由于测 量 杆、 测 量 套 重 复定 位 精 度 要 求在 0 ． 0 5 mm以内， 且随着产品不同， 测量点也不同， 即 图 3中 L与M 。 因此采用可编程控制器脉冲串输 出进行伺服定位 ， 其 中要确定 3部分 内容 确定原 点位移方式 、 确定步进方式及参数、 确定机床完整 程序流 。 a ． 确定原点位移方式。 伺服原点精度及可靠性 、 重复性 由以下因素决 定 1 P L C输出最大频率相关因素。选用欧姆 应用研究 富春海可编程控制器在伺服控制系统 中的应用 8 3 龙可编程控制器， 最大可输出频率为 1 0 0 k H z 的D C 2 4 V方波脉冲输入接收时， 最大接收频率是 D C 2 4 V带方 向脉冲。 2 0 0 k Hz ， 大 于 可编 程 控制 器 最 大输 出脉 冲频 率 2 P L C脉冲输出控制方式。选用左方向和 1 0 0 k H z ， 可以使用。 右方向脉冲串输出。当使滚珠丝杠向左移动则左 4 原点回归方式相关因素。向右方向搜索原 方向发脉冲， 同时右方向不发脉冲； 当滚珠丝杠反 位， 至原点附近时发现输人信号 图3中O ． 0 1 ， 利 方向移动， 则相反。 用原点附近信号上升延进行减速动作。当碰到极 3 伺服驱动器频率响应速度。选用台达伺服 限信号 图3中0 ． 0 4 ， 0 ． 0 5 时， 进行反向操作。如 驱 动 器 ， 当脉 冲 接 收 输 入 采 用 开 集 极 方 式 即 图 4所示。 近 0 厂] 输 入 信 号 I I 近 0 『 _ ]n 门 『 _]『 -] n 输 入 信 号 I l I l l I l I l I I I I I 原点搜 索高速速度4 0 0 0 脉冲／ s 第 1 种回原点 ，当滑动台 在原点附近开关左方时， 开始找 原点时。 第2 种嘲原点，当滑动台 在原 点附近开关右方 时， 开始找 原点时。 原点搜索附近速度2 0 0 0 脉冲／ s 、0 ． 0 5 疗 向＼ ＼ 原 点 搜 索 高 度 4 o o 0 脉 泔 ／ s＼右 方 向 ＼ ／ 图 4 原点 回归脉冲 示图 5 设定 可编程控制器 回原位参 据上述 ， 可编程控制器 回原位程序设计如图 6所示[ 2 l 。 定义相关参数如图5所示 其中参数定义中查找 b ． 确定步进方式及参数。 C C W 方向即为图3 右方向指示 。 使滚珠丝杠以正确的位移输出及测量每步距 离输 出由以下 因素决定 1 确定电子齿轮 比。图 3中滚珠丝杆的导程 是 2 mm， 伺服 电机编码器刻线分辨率是 2 5 0 0线 ， 四倍频后是 2 5 0 04 1 0 0 0 0脉冲／ 车 睾 。 未使用电子齿轮比时 即齿轮比为 1 ／ 1 ， 发一 个脉冲后， 滑台移动距离是 图5 可编程控制器原点参数设置图 1 0 0 0 02 1 0 0 0 2 0 0 0 u z m n } _ 卜 一 l 右限位 l I 0 ． O 4 卜 一 I 左限位 l I1 ．0 2 I1 ．O o I 1 ．0 1 I 1 ．{ ．_ 卜． _ I 1 伺服启动 左点动 右点动 回原 来自伺服驱动器 与回原位互锁与嘲原位互锁 右限位F L c 指 定 A5 4 0 ． 0 9 l3 位 左限位F L C 指定 OR G 8 8 9 原 点搜 索指 堕 堂 篓 塑堂 0 控制数据 图6 原点回归P L C程序图 要使 城洧 l t n ，则电 轮比为1 0 0 0 0 ／ 2 O ff }。 2 各步参数输入。通过 MC G S 工业组态屏， 向伺服驱动器输入参数 P 1 4 4 电子齿轮比 正确焊接相应通讯电缆， 并在触摸屏及 P L C上设 分子 1 0 0 0 0 ， P 14 5 电子齿轮 比分母 定正确的R S 2 3 2通讯参数， 利用 MC G S配方表功 2 0 0 0 ， 从而完成丝杠螺距和伺服驱动器匹配。 能 ， 输入到 P L C的 P L S 2命令的各定位点参数 中， 2 0 1 2年 4月 中国制造业信息化第 4 1 卷第 7期 实现滑台各定位点移动功能， 如图7 所示。 C ． 确定本台机床完整程序流 如图8 所示 。 图7 P L S 2定位指令参数输入 图 8 控制原理 总图 4 机械系统设计 根据图 3 原理， 画出具体装配图， 并设计相应 零件 图。设计出气动原理 图， 实际运用时采用 S MC气动元件， 使用效果不错。 。 芯配合间隙进行精密检测， 填补了此类产品检测的 空白， 工作效率达到 2 0 s ／ -， 大大提高了检测产品 质量的速度。 参考文献 5 结束语 1 大 械 速 本机床已经投入实际生产， 能对柱塞套与柱塞 入 门 [ M ] ． 1 版 ． 北 京 电 子 工 业 出 版 社， 2 0 “1 0 ． Th e Ap pl i c a t i o n o f PLC i n S e r v o Co n t r o l S y s t e m FU Ch u nh a i Wu x i We i f u Hi g hT e c h n o l o g y G r o u p C o ． ，L t d ． ， J i a n g s u Wu x i ， 2 1 4 0 6 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o me a s u r e p r e c i s e l y t h e g a p b e t we e n p l u n g e r a n d b a r r e l i n p r o c e s s ，i t d e s i g n s Z S S一1 0 9 ma c h i n e ．I t i n t e g r a t e s P LC i n t h e s e r v o c o n t r o 1 s y s t e m o f ma c h i n e t o l o c a t e mu l t i p o i n t s p r e c i sel y a n d e f f e e ． t i v e l y ，a n d a p p l i e s a f l o w me t e r i n s t e a d o f t r a d i t i o n a l me a s u r i n g me t h o d to d e t e c t t h e fl o w r a t e s i mu l t a n e o u s l Y ．Th e a p p l i c a t i o n o f g a p me a s u r e me n t b e t we e n p l u n g e r a n d b a r r e l s h o ws t h a t t he i n n o v a t i o n i s a c h i e v e ． Ke y w o r d s PL C；S e r v o Co n t r o l S y s t e m；Ga p Me a s u r e me n t ；Ap p l i c a t i o n