CJ1M系列PLC在珩磨機上的應用

摘要：汽車工業的高速發展對珩磨機的加工工藝和控制水平提出了越來越高的要求，因此用新型的控制設備和人機界面取代傳統的控制方式，對于提高和改善珩磨機的功能和控制性能，具有重要意義。本文針對以PLC為珩磨機控制系統核心的組成進行闡述。

關鍵詞: CJ1M-CPU22 珩磨機

1.引 言

珩磨機由工作臺和主軸組成，其中主軸旋轉由變頻器驅動，其轉速需根據工藝要求調整，主軸上、下往復由液壓驅動，液壓閥門開關控制方向和速度，上、下換向點坐標可以根據所加工的發動機的種類任意修改，并完成往復行程的準確計量。工作臺要求根據發動機缸孔位自動控制移動，其中V字形發動機包括平移和旋轉兩個軸，普通發動機只有平移軸，系統要求能夠根據所加工的發動機的種類不同，在人機界面中可設置發動機的缸孔數量，每個缸孔的坐標，加料點和出料點坐標，要求在人機界面中設置。系統要求按照設定的預珩、粗珩、精珩等時間，主軸往復、旋轉、和工作臺相互配合工作，達到自動珩磨加工的要求 。坐標要求高精度位置控制。根據珩磨機對控制系統的要求，經過反復論證，提出了相
應的控制方案：使用歐姆龍公司的CJ1M-CPU22作為控制核心，這種PLC可控制I/O點數為: 320點，程序容量10K步，基本指令運行時間0.1μs。具有外設口和RS-232C接口，CPU內置10點輸入，6點輸出。其中輸入包含4個中斷輸入或2個高速計數器輸入（單相輸入:100kHz或相位差輸入：50kHz），輸出包含2個脈沖輸出100kHz速度控制或PWM輸出，內置位控功能。CJ1M具有的功能塊功能 ，在程序編制過程中，可以減少相同功能程序的重復勞動。在本系統中完全滿足珩磨機的工作需求。根據珩磨機控制系統要求，制訂方案如附圖所示。

2.高速計數器

高速計數器端口一接主軸上、下往復部分的旋轉編碼器，對主軸往復位置用硬件進行計算；旋轉編碼器選擇歐姆龍的E6B2型帶A、B相脈沖的旋編，與高速計數端口連接，選擇差相輸入，可達到四倍頻高精度計數。旋編每轉的脈沖數選擇應考慮到對主軸上、下往復運動的測量精度，并考慮CJ1M的高速輸入口單相輸入頻率低于100kHz，相位差輸入時頻率應低于50kHz。機械設備應設置固定原點接近開關，在需要確定坐標時，主軸到原點對零，并賦初值。上、下換向坐標點通過觸摸屏輸入，保存在相應的地址中，為了保證快速換向，使用中斷方式，保證到換向點后，CPU優先執行換向程序。在珩磨機工作中，換向指令發出后，到真正換向時，磨頭實際達到的位置很難通過常用的測量儀器檢測，可以利用高速計數方式把每個掃描周期采集到的坐標值保存到DM區中，反復檢測若干個往復周期，依照這些保存下來的數據，可以檢測到主軸往復的一致性，每次的過沖量，為換向的設計積累經驗，同時為設備的機械設計提供了參考數據。當然編制此測程序時，要刪除其他工作程序，力求數據記錄程序精煉、簡短，以縮小掃描周期，因為換向工作是采用中斷方式，這種檢測方式基本能夠反映磨頭實際的換向點坐標。

3.伺服控制系統

用1#位置控制端口接平移軸伺服控制系統，如果有旋轉軸，則用2#位置控制端口連接旋轉軸伺服控制系統。伺服系統選擇歐姆龍W系列伺服，CJ1M的位置控制輸出脈沖最大頻率100kHz，在選用時要保證控制精度與工作臺運行速度之間的協調統一，缸孔的數量、每個缸孔的坐標、上料點、下料點坐標均通過觸摸屏輸入，在CJ1M的位置控制中，要求用戶設定原點搜索時操作模式，搜索方向定義以及遇到限位開關后的搜索方向，搜索原點時的加、減速度、正常工作時的加、減速度等，這些功能均在CPU中一次性完成設置，在編制程序中不必再考慮這些步驟，簡化了程的設計。在程序中需考慮脈沖當量，并據此編制專用功能塊程序，將觸摸屏輸入的公制坐標轉換為脈沖量，并把坐標的脈沖量轉換為公制坐標以便觸摸屏正確顯示。根據珩磨機的實際工作情況，在CJ1M中采用絕對坐標方式，既可以消除累積誤差，也可簡化程序，程序設置中除考慮按設定坐標自動工作外，同時要設計手動操作移動工作臺的程序，以便操作人員對機床的自由操控。伺服系統設計為半閉環控制方式，伺服電機的旋轉編碼器直接接入到伺服驅動器中，伺服驅動器接收CJ1M發布的位置控制脈沖，并在完成定位后向CJ1M發送定位完成信號，在W系列伺服驅動器中設置控制方式與CJ1M輸出完全相同，W系列的電子齒輪比在工作中，可以簡化脈沖當量的計算，通過簡單地設置電子齒輪比，可以按照CJ1M所發的脈沖數據控制電機按程序設定的轉速曲線到達控制目標點。

4.變頻器的控制

CJ1M根據工藝要求計算出電機轉速，并轉換為變頻器的頻率值，通過模擬量模塊控制變頻器的輸出頻率。變頻器選用3G3MV型，使用開環矢量控制方式，電機轉速不會因磨頭漲緊加大工作力矩而降低轉速，可使珩磨時上、下運行的旋轉紋路成接近于最佳45°的夾角，以確保產品的質量和含油性能。

5.人機界面

人機界面選擇NS8型觸摸屏，利用CX-Designer軟件可以方便制作畫面。與CPU的RS-232接口相連，通訊采用NT-LINK協議，通訊速度可達115kbps。在珩磨機中，觸摸屏具有以下的功能：

⑴用來顯示工作臺的工作坐標，主軸的工作狀態，設置主軸的轉速、上下換向點坐標，工作臺的工作坐標。粗珩、精珩時間設置，操作工作臺搜索零點，珩孔數量及每個珩孔座標設置等。

⑵在觸摸屏中，設定了每個工作參數設置的工作范圍，可以防止操作人員輸入錯誤的工作參數，畫面可以調用輸入鍵盤，方便操作輸入。在重要的參數設置中，可以設置密碼，防止無關人員修改數據造成不必要的損失。

⑶利用觸摸屏的界面操作功能，可以替代外部按鈕實現工作臺的直接操作。在操作過程中可實時顯示工作臺是否已確立原點坐標系、當前工作坐標，可執行回零操作、單步移動操作，也可快速移動工作臺，并顯示出左、右極限位置。也可以按設定的絕對坐標一步移動到目標位置，畫面設計力求簡捷易懂，利用NS系列屏的方便性提高產品的人性化操作。

⑷ 利用觸摸屏的人機交互功能，可以預置一些幫助畫面，當操作人員在遇到操作問題時，可以借助畫面幫助解決遇到的一些簡單問題；相應的報警畫面可以對重要的故障報警提示。

6.系統調試

為方便調試，個人電腦通過USB接口與NS8相連，傳送觸摸屏畫面，PLC通過專用的外設口轉RS-232接口的適配器（型號：CS1W-CN118）和RS-232線纜與個人電腦相連，這樣在調試設備時，不必頻繁插拔通訊電纜，提高調試效率。珩磨機第一次上電后，先設置觸摸屏上的各種加工參數，這些參數保存在PLC的數據存貯器中，失電時由電池保持數據不被丟失，下次上電后，只修改加工件改變的參數，沒有變化
的參數不必再修改。開始自動加工后，待加工的發動機件原料從進料點由外部設備移到工作臺，由操作人員安裝好并開始依次加工每個缸孔，每加工完一個，工作臺即移動到下一個孔位，再磨下一個孔，待所有孔位磨完后，工作臺移動到出料點，由外部設備運走后，再開始下一臺發動機的加工。

7.結束語

該系統結構簡單,性能穩定,可靠，在寧夏中衛大河機床有限公司通過實用測試，完全達到設計目標，在中、高端珩磨機的市場中占據了一席之地，由于PLC編程的靈活性，設計師的設計思路可以方便地貫穿到程序中，大河機床幾十年來的設計、生產經驗，以及國際市場的最新理念在此機床中都得到了體現，其中的功能以及程序設計方便了用戶的操作，拓展了市場，在實踐中，大河廠完成了諸如：主軸往復的重復精度測量，缸孔直徑在線測量，梯形缸孔的自動修形等專題的攻關，經過不斷努力，已實現量產，當然這些都屬于該廠的知識產權，這里不再贅述。