摘要：汽車工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)珩磨機(jī)的加工工藝和控制水平提出了越來(lái)越高的要求，因此用新型的控制設(shè)備和人機(jī)界面取代傳統(tǒng)的控制方式，對(duì)于提高和改善珩磨機(jī)的功能和控制性能，具有重要意義。本文針對(duì)以PLC為珩磨機(jī)控制系統(tǒng)核心的組成進(jìn)行闡述。 關(guān)鍵詞: CJ1M-CPU22 珩磨機(jī) 1.引 言 珩磨機(jī)由工作臺(tái)和主軸組成，其中主軸旋轉(zhuǎn)由變頻器驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速需根據(jù)工藝要求調(diào)整，主軸上、下往復(fù)由液壓驅(qū)動(dòng)，液壓閥門開(kāi)關(guān)控制方向和速度，上、下?lián)Q向點(diǎn)坐標(biāo)可以根據(jù)所加工的發(fā)動(dòng)機(jī)的種類任意修改，并完成往復(fù)行程的準(zhǔn)確計(jì)量。工作臺(tái)要求根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔位自動(dòng)控制移動(dòng)，其中V字形發(fā)動(dòng)機(jī)包括平移和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)軸，普通發(fā)動(dòng)機(jī)只有平移軸，系統(tǒng)要求能夠根據(jù)所加工的發(fā)動(dòng)機(jī)的種類不同，在人機(jī)界面中可設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)的缸孔數(shù)量，每個(gè)缸孔的坐標(biāo)，加料點(diǎn)和出料點(diǎn)坐標(biāo)，要求在人機(jī)界面中設(shè)置。系統(tǒng)要求按照設(shè)定的預(yù)珩、粗珩、精珩等時(shí)間，主軸往復(fù)、旋轉(zhuǎn)、和工作臺(tái)相互配合工作，達(dá)到自動(dòng)珩磨加工的要求 。坐標(biāo)要求高精度位置控制。根據(jù)珩磨機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，提出了相 應(yīng)的控制方案：使用歐姆龍公司的CJ1M-CPU22作為控制核心，這種PLC可控制I/O點(diǎn)數(shù)為: 320點(diǎn)，程序容量10K步，基本指令運(yùn)行時(shí)間0.1μs。具有外設(shè)口和RS-232C接口，CPU內(nèi)置10點(diǎn)輸入，6點(diǎn)輸出。其中輸入包含4個(gè)中斷輸入或2個(gè)高速計(jì)數(shù)器輸入（單相輸入:100kHz或相位差輸入：50kHz），輸出包含2個(gè)脈沖輸出100kHz速度控制或PWM輸出，內(nèi)置位控功能。CJ1M具有的功能塊功能 ，在程序編制過(guò)程中，可以減少相同功能程序的重復(fù)勞動(dòng)。在本系統(tǒng)中完全滿足珩磨機(jī)的工作需求。根據(jù)珩磨機(jī)控制系統(tǒng)要求，制訂方案如附圖所示。 2.高速計(jì)數(shù)器 高速計(jì)數(shù)器端口一接主軸上、下往復(fù)部分的旋轉(zhuǎn)編碼器，對(duì)主軸往復(fù)位置用硬件進(jìn)行計(jì)算；旋轉(zhuǎn)編碼器選擇歐姆龍的E6B2型帶A、B相脈沖的旋編，與高速計(jì)數(shù)端口連接，選擇差相輸入，可達(dá)到四倍頻高精度計(jì)數(shù)。旋編每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)選擇應(yīng)考慮到對(duì)主軸上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量精度，并考慮CJ1M的高速輸入口單相輸入頻率低于100kHz，相位差輸入時(shí)頻率應(yīng)低于50kHz。機(jī)械設(shè)備應(yīng)設(shè)置固定原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)，在需要確定坐標(biāo)時(shí)，主軸到原點(diǎn)對(duì)零，并賦初值。上、下?lián)Q向坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)觸摸屏輸入，保存在相應(yīng)的地址中，為了保證快速換向，使用中斷方式，保證到換向點(diǎn)后，CPU優(yōu)先執(zhí)行換向程序。在珩磨機(jī)工作中，換向指令發(fā)出后，到真正換向時(shí)，磨頭實(shí)際達(dá)到的位置很難通過(guò)常用的測(cè)量?jī)x器檢測(cè)，可以利用高速計(jì)數(shù)方式把每個(gè)掃描周期采集到的坐標(biāo)值保存到DM區(qū)中，反復(fù)檢測(cè)若干個(gè)往復(fù)周期，依照這些保存下來(lái)的數(shù)據(jù)，可以檢測(cè)到主軸往復(fù)的一致性，每次的過(guò)沖量，為換向的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù)。當(dāng)然編制此測(cè)程序時(shí)，要?jiǎng)h除其他工作程序，力求數(shù)據(jù)記錄程序精煉、簡(jiǎn)短，以縮小掃描周期，因?yàn)閾Q向工作是采用中斷方式，這種檢測(cè)方式基本能夠反映磨頭實(shí)際的換向點(diǎn)坐標(biāo)。 3.伺服控制系統(tǒng) 用1#位置控制端口接平移軸伺服控制系統(tǒng)，如果有旋轉(zhuǎn)軸，則用2#位置控制端口連接旋轉(zhuǎn)軸伺服控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)選擇歐姆龍W系列伺服，CJ1M的位置控制輸出脈沖最大頻率100kHz，在選用時(shí)要保證控制精度與工作臺(tái)運(yùn)行速度之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，缸孔的數(shù)量、每個(gè)缸孔的坐標(biāo)、上料點(diǎn)、下料點(diǎn)坐標(biāo)均通過(guò)觸摸屏輸入，在CJ1M的位置控制中，要求用戶設(shè)定原點(diǎn)搜索時(shí)操作模式，搜索方向定義以及遇到限位開(kāi)關(guān)后的搜索方向，搜索原點(diǎn)時(shí)的加、減速度、正常工作時(shí)的加、減速度等，這些功能均在CPU中一次性完成設(shè)置，在編制程序中不必再考慮這些步驟，簡(jiǎn)化了程的設(shè)計(jì)。在程序中需考慮脈沖當(dāng)量，并據(jù)此編制專用功能塊程序，將觸摸屏輸入的公制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為脈沖量，并把坐標(biāo)的脈沖量轉(zhuǎn)換為公制坐標(biāo)以便觸摸屏正確顯示。根據(jù)珩磨機(jī)的實(shí)際工作情況，在CJ1M中采用絕對(duì)坐標(biāo)方式，既可以消除累積誤差，也可簡(jiǎn)化程序，程序設(shè)置中除考慮按設(shè)定坐標(biāo)自動(dòng)工作外，同時(shí)要設(shè)計(jì)手動(dòng)操作移動(dòng)工作臺(tái)的程序，以便操作人員對(duì)機(jī)床的自由操控。伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)為半閉環(huán)控制方式，伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器直接接入到伺服驅(qū)動(dòng)器中，伺服驅(qū)動(dòng)器接收CJ1M發(fā)布的位置控制脈沖，并在完成定位后向CJ1M發(fā)送定位完成信號(hào)，在W系列伺服驅(qū)動(dòng)器中設(shè)置控制方式與CJ1M輸出完全相同，W系列的電子齒輪比在工作中，可以簡(jiǎn)化脈沖當(dāng)量的計(jì)算，通過(guò)簡(jiǎn)單地設(shè)置電子齒輪比，可以按照CJ1M所發(fā)的脈沖數(shù)據(jù)控制電機(jī)按程序設(shè)定的轉(zhuǎn)速曲線到達(dá)控制目標(biāo)點(diǎn)。 4.變頻器的控制 CJ1M根據(jù)工藝要求計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)換為變頻器的頻率值，通過(guò)模擬量模塊控制變頻器的輸出頻率。變頻器選用3G3MV型，使用開(kāi)環(huán)矢量控制方式，電機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)因磨頭漲緊加大工作力矩而降低轉(zhuǎn)速，可使珩磨時(shí)上、下運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)紋路成接近于最佳45°的夾角，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和含油性能。 5.人機(jī)界面 人機(jī)界面選擇NS8型觸摸屏，利用CX-Designer軟件可以方便制作畫(huà)面。與CPU的RS-232接口相連，通訊采用NT-LINK協(xié)議，通訊速度可達(dá)115kbps。在珩磨機(jī)中，觸摸屏具有以下的功能： ⑴用來(lái)顯示工作臺(tái)的工作坐標(biāo)，主軸的工作狀態(tài)，設(shè)置主軸的轉(zhuǎn)速、上下?lián)Q向點(diǎn)坐標(biāo)，工作臺(tái)的工作坐標(biāo)。粗珩、精珩時(shí)間設(shè)置，操作工作臺(tái)搜索零點(diǎn)，珩孔數(shù)量及每個(gè)珩孔座標(biāo)設(shè)置等。 ⑵在觸摸屏中，設(shè)定了每個(gè)工作參數(shù)設(shè)置的工作范圍，可以防止操作人員輸入錯(cuò)誤的工作參數(shù)，畫(huà)面可以調(diào)用輸入鍵盤(pán)，方便操作輸入。在重要的參數(shù)設(shè)置中，可以設(shè)置密碼，防止無(wú)關(guān)人員修改數(shù)據(jù)造成不必要的損失。 ⑶利用觸摸屏的界面操作功能，可以替代外部按鈕實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的直接操作。在操作過(guò)程中可實(shí)時(shí)顯示工作臺(tái)是否已確立原點(diǎn)坐標(biāo)系、當(dāng)前工作坐標(biāo)，可執(zhí)行回零操作、單步移動(dòng)操作，也可快速移動(dòng)工作臺(tái)，并顯示出左、右極限位置。也可以按設(shè)定的絕對(duì)坐標(biāo)一步移動(dòng)到目標(biāo)位置，畫(huà)面設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)捷易懂，利用NS系列屏的方便性提高產(chǎn)品的人性化操作。 ⑷ 利用觸摸屏的人機(jī)交互功能，可以預(yù)置一些幫助畫(huà)面，當(dāng)操作人員在遇到操作問(wèn)題時(shí)，可以借助畫(huà)面幫助解決遇到的一些簡(jiǎn)單問(wèn)題；相應(yīng)的報(bào)警畫(huà)面可以對(duì)重要的故障報(bào)警提示。 6.系統(tǒng)調(diào)試 為方便調(diào)試，個(gè)人電腦通過(guò)USB接口與NS8相連，傳送觸摸屏畫(huà)面，PLC通過(guò)專用的外設(shè)口轉(zhuǎn)RS-232接口的適配器（型號(hào)：CS1W-CN118）和RS-232線纜與個(gè)人電腦相連，這樣在調(diào)試設(shè)備時(shí)，不必頻繁插拔通訊電纜，提高調(diào)試效率。珩磨機(jī)第一次上電后，先設(shè)置觸摸屏上的各種加工參數(shù)，這些參數(shù)保存在PLC的數(shù)據(jù)存貯器中，失電時(shí)由電池保持?jǐn)?shù)據(jù)不被丟失，下次上電后，只修改加工件改變的參數(shù)，沒(méi)有變化 的參數(shù)不必再修改。開(kāi)始自動(dòng)加工后，待加工的發(fā)動(dòng)機(jī)件原料從進(jìn)料點(diǎn)由外部設(shè)備移到工作臺(tái)，由操作人員安裝好并開(kāi)始依次加工每個(gè)缸孔，每加工完一個(gè)，工作臺(tái)即移動(dòng)到下一個(gè)孔位，再磨下一個(gè)孔，待所有孔位磨完后，工作臺(tái)移動(dòng)到出料點(diǎn)，由外部設(shè)備運(yùn)走后，再開(kāi)始下一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的加工。 7.結(jié)束語(yǔ) 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,可靠，在寧夏中衛(wèi)大河機(jī)床有限公司通過(guò)實(shí)用測(cè)試，完全達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，在中、高端珩磨機(jī)的市場(chǎng)中占據(jù)了一席之地，由于PLC編程的靈活性，設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路可以方便地貫穿到程序中，大河機(jī)床幾十年來(lái)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，以及國(guó)際市場(chǎng)的最新理念在此機(jī)床中都得到了體現(xiàn)，其中的功能以及程序設(shè)計(jì)方便了用戶的操作，拓展了市場(chǎng)，在實(shí)踐中，大河廠完成了諸如：主軸往復(fù)的重復(fù)精度測(cè)量，缸孔直徑在線測(cè)量，梯形缸孔的自動(dòng)修形等專題的攻關(guān)，經(jīng)過(guò)不斷努力，已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，當(dāng)然這些都屬于該廠的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這里不再贅述。