PLC在轴承套圈自动车床中的应用

王建共，马春伟

(浙江进泰机械设备有限公司，浙江 新昌 312500)

轴承套圈的车削加工要求精度高，生产效率高。目前车加工设备主要为普通车床和自动车床2类，普通车床的加工精度低，效率低，需要人工上、下料，劳动强度大且存在安全隐患；自动车床大多采用单片机为控制中心，步进电动机为驱动装置，机床操作相对方便，但生产中故障率高，单片机控制系统易受干扰，步进电动机高速易失步，精度较低。

为进一步提高设备的工作效率和可靠性，设计了以PLC为控制中心的轴承套圈自动机床控制系统，取代原来的单片机系统。该系统根据操作人员输入的加工数据及动作时序参数控制各执行部件动作，完成工件的装夹、车削、成品收集等加工工序，具备完善的故障报警功能和工件统计功能。

1 系统构成

控制系统构成如图1所示，选用DVP-SA可编程控制器[1]；PLC通过RS232进行通信；采用TD220触摸屏作为人机界面，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值和状态，从而使操作人员能够自如地控制设备；按钮、行程开关及各种现场接入PLC的输入信号端；PLC输出点直接控制电磁阀、接触器；PLC输出一路脉冲及方向信号控制伺服单元的转角及转向；控制系统需要15个输入点(其中1点为高速输入点)和11个输出点(其中1点为高速脉冲输出)，采用了DVP12SA11T主机加DVP16SP11R扩展模块，其共有16个输入点和12个输出点，可满足系统要求；参照其他车床设备选取ASDA-B系列750W伺服单元用于x轴驱动机构。

图1 控制系统构成示意图

2 系统功能实现

2.1 TD220显示终端[2]

人机界面设计遵循采用动态文本表现设备的状态，故障报警信息显著明显，操作方便的原则。界面内容包括设备的状态信息(图2)，故障报警信息(图3)，加工数据设定(图4)等。

图2 状态信息示意图

图3 报警信息示意图

图4 加工数据设定示意图

2.2 PLC程序设计

2.2.1 辅助动作设计

辅助动作主要是气缸以及主轴电动机的动作，包括上料、夹紧、拖板、接料等。机床整个工作过程以顺序功能图SFC方式编程实现，各状态之间的转换信号为外部行程开关信号或内部定时器信号。SFC程序中，PLC会自动完成各状态间的互锁及双重输出等处理。部分SFC流程如图5所示。

图5 部分SFC流程

2.2.2 加工数据计算

操作人员输入的加工数据(值)为百分数，进给量单位为毫米。输入参数转换为PLC脉冲后输出PLSY指令所需的脉冲频率及脉冲数，PLSY指令使用规范如图6所示。其中，S1指定脉冲输出频率；S2指定脉冲输出数量；D指定脉冲输出装置。S1，S2可以用常数或寄存器指定，实际应用中S1，S2指定为寄存器，在加工程序中的不同工步，以不同的脉冲频率、脉冲数传入寄存器；D指定为Y0。在DCP-SA可编程控制器中，当Y0的脉冲输出结束后，PLC系统中有特殊M点M1029置位，根据此标志位决定加工程序工步的切换。数据计算公式为：脉冲速度=速度值(百分数)×最大脉冲速度/1 000；脉冲数=进给量(mm)/脉冲当量。最大脉冲速度及脉冲当量是系统参数，根据机床配置预先设定。

图6 PLSY指令使用规范

2.2.3 故障报警程序

故障报警程序的基本原理是利用PLC逻辑和运算功能，把控制过程中的各种状态与理想状态进行比较，发现异常即按设定的程序进行报警。程序对各类报警信息进行编号，保存最近4次的报警编号，显示终端根据寄存器中的报警编号显示相应的报警内容，直观明确。如当拖板的前、后限位行程开关都闭合时，PLC将数值“6”传入寄存器，可编程显示终端根据“6”显示为AL06_拖板位置异常(图3)。以往故障记录可按上查、下查按钮进行查询。

2.3 ASDA-B交流伺服单元[3]

ASDA-B伺服单元由伺服驱动器和伺服电动机组成。可以完成转矩、转速、位置的3种伺服控制，本例中使用位置控制方式。位置控制下的伺服单元接受脉冲命令信号，与电动机尾部编码器回馈的驱动器脉冲信号相比较，得到的差值为控制量，再经驱动器放大后驱动电动机。伺服电动机的转速正比于脉冲频率转角和脉冲数。

3 结束语

采用PLC控制机床电控部分使其抗干扰能力提高，增加了设备的柔性；伺服电动机驱动避免了步进驱动易失步，速度低的缺点，提高了加工精度和速度；PLC的故障诊断程序配合显示终端，提高了故障诊断效率，显示终端也为人机交流提供了极方便的渠道。该机床经过长期运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行可靠，提高了生产自动化水平，减少了操作人员的劳动强度。