陳菡菡 湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系 351200

PLC在傳統(tǒng)龍門銑床中的應(yīng)用

陳菡菡 湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系 351200

本文介紹一種通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器的零點(diǎn)箝位功能進(jìn)行伺服箝位，并結(jié)合PLC程序以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)臺(tái)箝位的方法。

伺服驅(qū)動(dòng)器；PLC；零點(diǎn)箝位

1、前言

現(xiàn)有5軸龍門銑床如圖1所示?？刂撇糠植捎肞LC，并配以光柵數(shù)顯，可對(duì)五軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。X、Y軸均為全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，各軸伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠，以移動(dòng)配有直線導(dǎo)軌的工作臺(tái)和主軸銑頭，其定位準(zhǔn)確，速度快。立銑主軸上下、側(cè)銑主軸上下，左右進(jìn)給速度由變頻器控制，根據(jù)工件大小和加工方位，來(lái)設(shè)置主軸合理的位置及進(jìn)給速度，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)工件水平及垂直方向進(jìn)行銑削、鏜削、鉆削等一機(jī)多用功能加工。

本系統(tǒng)PLC選用力揚(yáng)EX2N-32MT及EX1S-08EX系列。編程軟件采用三菱Gx-developer梯形圖編程軟件，其編輯、監(jiān)視、除錯(cuò)等操作非常方便。X、Y軸伺服系統(tǒng)均選用相同的,均采用日立ADA2系列交流伺服器。

圖1 五軸龍門銑床

2、故障及解決方案

2.1 故障現(xiàn)象

電源ON時(shí)，通過(guò)操作面板選擇X軸以自動(dòng)方式往任意方向運(yùn)行，并調(diào)整電位器，使X軸以不高于2000r/min任意速度運(yùn)行。當(dāng)X軸的行程擋塊碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，X軸出現(xiàn)“偷跑”現(xiàn)象。在X軸的光柵數(shù)顯上可以監(jiān)控到當(dāng)X軸碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)始反向緩慢運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行到一定距離時(shí)，又正向行駛，直至再次碰到限位開(kāi)關(guān)，軸向再次反向行駛。如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)使得X軸一直處于持續(xù)反復(fù)碰撞限位開(kāi)關(guān)，迫使整個(gè)機(jī)臺(tái)一直處于劇烈振動(dòng)中。從而影響到整個(gè)機(jī)臺(tái)的裝配精度、剛度及使用壽命，并有可能導(dǎo)致安全性的問(wèn)題。

Y軸的故障現(xiàn)象與X軸一樣。

圖2 為龍門銑床系統(tǒng)X軸伺服連接圖

圖3 系統(tǒng)伺服結(jié)構(gòu)圖

2.2 電路原理分析

軸向運(yùn)動(dòng)碰到限位后，X軸速度處于振蕩中。檢查伺服系統(tǒng)電氣控制部分，線路圖如圖2所示。

ADA2系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器上共有9個(gè)強(qiáng)電接線端子和3個(gè)信號(hào)電纜插座I/O、ENC、PC。AC220V三相電源進(jìn)線R、S、T經(jīng)過(guò)電抗器后進(jìn)入伺服三相主電路L1、L2、L3。信號(hào)電源PC用于連接個(gè)人PC機(jī)的串行口，作為伺服驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；ENC從伺服軸編碼器向驅(qū)動(dòng)單元傳遞當(dāng)前速度/位置反饋信號(hào)；I/O用來(lái)接受PLC發(fā)送的當(dāng)前指令并完成對(duì)伺服軸的動(dòng)作控制及狀態(tài)監(jiān)控。

I/O插座中的AL1與L為模擬信號(hào)輸入端，用來(lái)接收來(lái)自外部定位器VR1（2K Ω）的模擬電壓指令（±10V），當(dāng)模擬電壓為正時(shí)，伺服軸正轉(zhuǎn)。模擬電壓為負(fù)時(shí)，伺服軸反轉(zhuǎn)。R3、R1為兩組繼電器觸點(diǎn)，主要用來(lái)切換X軸正反轉(zhuǎn)調(diào)速。SON，CM1用來(lái)傳送伺服ON信號(hào)，使伺服電機(jī)處于受控狀態(tài)。MOD、CM1為控制模式開(kāi)關(guān)，用來(lái)切換手動(dòng)及自動(dòng)控制。手動(dòng)控制時(shí)為手輪脈沖控制，自動(dòng)控制時(shí)為速度控制方式。FOT、SOT分別為伺服軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行提供正轉(zhuǎn)行程極限及反轉(zhuǎn)行程極限，以CM1為信號(hào)的公共點(diǎn)，伺服正常運(yùn)行時(shí)Y14、Y15觸點(diǎn)閉合，觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，伺服正轉(zhuǎn)限禁或反轉(zhuǎn)限禁。

注：由于X，Y軸的伺服連線方式相似，在此不再對(duì)Y軸做特別說(shuō)明。

表1 PLC輸入/輸出及內(nèi)部繼電器地址分配

圖4 PLC程序圖

2.3 解決方案

當(dāng)軸向運(yùn)動(dòng)碰到外部硬件限位時(shí)，驅(qū)動(dòng)禁止（FOT,ROT）端子有輸入信號(hào)時(shí)，無(wú)論輸入為何值，速度指令都將變?yōu)?。但如圖3所示，若系統(tǒng)零點(diǎn)漂移或者由于碰到限位時(shí)有干擾信號(hào)誤輸入時(shí)，在負(fù)反饋情況下，也會(huì)使電機(jī)以微小的速度反轉(zhuǎn)。

要使機(jī)臺(tái)在碰到硬位時(shí)，系統(tǒng)沒(méi)有零點(diǎn)漂移或干擾信號(hào)輸入，須把軸向速度箝位。若把外部電位器換成開(kāi)關(guān)式電位器并結(jié)合PLC程序就可實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)箝位。當(dāng)開(kāi)關(guān)旋開(kāi)時(shí)，電位器可進(jìn)行模擬速度調(diào)整，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電位器無(wú)模擬指令輸出，相當(dāng)于速度調(diào)到0。把開(kāi)關(guān)接到I/O中的SRZ、CM1上，用來(lái)零點(diǎn)箝位。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，則速度指令的輸入電壓為0,伺服單元內(nèi)部配置位置環(huán)，使伺服電機(jī)緊急停止以進(jìn)入伺服鎖定狀態(tài)。伺服電機(jī)在零箝位生效的位置上被箝位在±1脈沖以內(nèi)，即使通過(guò)外力轉(zhuǎn)動(dòng)，也會(huì)返回零箝位位置。其接線已包含在圖1上。當(dāng)X或Y軸正向或反向行使碰到正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，利用PLC邏輯控制得SRZ有信號(hào)輸入，伺服反向箝位。

[1]日立交流伺服器ADA2/ADAX4系列使用手冊(cè)

[2]力揚(yáng)PLC EX2N/EX2S系列使用手冊(cè)

2.4 程序設(shè)計(jì)

PLC內(nèi)部輸入輸出點(diǎn)及內(nèi)部繼電器地址分配見(jiàn)表1。

伺服軸碰到硬限位時(shí)偷跑現(xiàn)象PLC解決程序如圖4所示。當(dāng)X006、X010有信號(hào)輸入時(shí)，即X軸正向快速移動(dòng)時(shí)，PLC內(nèi)部線圈M9得電M10線圈失電（M9、M10互鎖以防止外部動(dòng)作誤操作，保護(hù)機(jī)臺(tái)運(yùn)動(dòng)正?；?，M9常閉觸點(diǎn)變成常開(kāi)，Y005無(wú)信號(hào)輸出，伺服軸不零點(diǎn)箝位，M24線圈得電使得Y007有信號(hào)輸出，機(jī)臺(tái)快速移動(dòng)。當(dāng)碰到正限位時(shí)，M9線圈失電，Y005信號(hào)輸出，X軸強(qiáng)制零點(diǎn)箝位。同理當(dāng)X007有信號(hào)輸入時(shí)，M6線圈得電，M6常閉觸點(diǎn)變成常開(kāi)觸點(diǎn)，Y005信號(hào)斷開(kāi)，零點(diǎn)箝位功能斷開(kāi)，伺服軸向反方向運(yùn)動(dòng)。這樣就可以成功得解決了伺服軸碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，由于系統(tǒng)零點(diǎn)漂移或機(jī)臺(tái)的微震動(dòng)，使得有干擾信號(hào)誤輸入，伺服軸誤動(dòng)作的問(wèn)題。3、結(jié)論

利用PLC 及開(kāi)關(guān)式電位器可以很好地解決伺服軸碰到硬極位時(shí)偷跑現(xiàn)象。它可以充分發(fā)揮PLC 高可靠性、高抗干擾，維修量少、查找外部線路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。同時(shí)采用開(kāi)關(guān)式電位器可降低成本，為企業(yè)創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

PLC Aply To The Traditional Gantry Mill Machine

Chen HanHan

This paper will introduce a method which use the Zero Strangulation fuction of the sevro amplifer,combined PLC program to realize the whole machine Zero Strangulation

Sevro Amplifer;Plograme Logical Controll;Zero Strangulaiton

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.092