基于高端plc的磨削数控系统

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1、基于高端PLC的磨削数控系统

2、第1...引言PLC以其可靠性高、逻辑控制功能强、体积小、适应性强和与计算机接口方便等优势在工业测控领域广泛运用，已大量替代由中间继电器和时间继电器等组成的传统电器控制系统。近年来，PLC技术发展迅猛，新产品层出不穷。高端PLC不仅擅长开关量检测和逻辑控制，而且能够处理模拟信号、进行位置控制和回路控制，还可以连接各种触摸屏人机界面并具有强大的网络功能。高端PLC配备适当的位置控制单元和触摸屏人机界面，并根据计算机集成制造系统(CIMS)或柔性制造系统(FMS)的具体要求，配置相应的网络模块或网络单元，即可实现网络互连，构成开放的数控系统。本文介绍一种基

3、于OMRON高端PLC的磨削数控系统，这种数控系统装备的位置控制单元可以实现两轴联动，并可根据实际需要，任意扩展控制轴数；触摸屏人机界面可以根据操作需要灵活设计；还可通过DeviceNet、ControllerLink和TCP/IP协议单元进行多层次的网络互连。这种数控系统目前已在3MZ2120磨床数控技术改造中获得成功应用。1、数控系统的开放特征与典型模式开放式数控系统一般基于PC平台，具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发和适应联网工作等特征。基于PC平台的开放式数控系统目前有3种典型模式。第一种为衍生型(专用NC+PC)，在传统C中插入专门开发的接口板，使传统的专用C带有

4、PC的特点。此种模式是由于数控系统制造商不能在短期内放弃传统的专用C技术而产生的折中方案，尚未实现NC内核的开放，只具有初级开放性；第二种为嵌入型(PC+NC控制卡)，将基于DSP的高速运动控制卡(NC控制卡)插在PC的标准扩展槽中，由PC机执行各种非实时任务，NC控制卡处理实时任务。是目前基于PC平台的开放式数控系统的主流；第三种为全软件数控系统，PC机不仅能够完成管理等非实时任务，也可以在实时操作系统的支持下，执行实时插补、伺服控制、机床电器控制等实时性任务。这种模式的数控系统实现了NC内核的开放和用户操作界面的开放，可以直接或通过网络运行各种应用软件，是真正意义上的开放式数控

5、系统。与PC平台开放式数控系统相比，基于高端PLC的数控系统的开放性主要体现在网络层面和系统扩充层面。高端PLC采用类似于PC的总线结构和面向操作的梯形图语言编程，模拟量处理单元、位置控制单元、回路控制单元、网络模块或网络单元等高端部件都有专用控制语句，具有系统构建灵活、扩充能力强、应用软件设计便捷等优点。编程语言标准化和部件可互换性的不断增强，现场总线技术和工业以太网络标准的普遍采用，都使基于高端PLC的数控系统变得更加开放，将成为面向CIMS或FMS的设备层的重要组成部分。2、基于高端PLC的磨削数控系统基于高端PLC的磨削数控系统组成结构如图1所示。图1磨削数控系统组成结构图

6、2.1开关信号监测与逻辑控制当前系统输入输出单元是PLC的基本组成部分，在磨削数控系统中承担所有开关信号的监测和全部逻辑控制功能。监测信号主要有：机械手进出、机械手上下、料盘正反转、修整器起落等动作的位置信号，磨削设备和辅助装置上的各种工作状态信号和异常报警信号。系统输出单元控制磨削设备上所有电磁阀和机床电器系统等，通过磨削设备上的液压系统，控制机械手、料盘、工件卡盘、砂轮轴、床身、修整器等基本部件和冷却、润滑、过滤等辅助装置按照磨床动作和磨削工艺要求工作，实现磨削加工过程的自动化。2.2工件与砂轮运转速度控制保持工件与砂轮转动速度恒定，对提高磨削加工质量十分有利。为此系统配备了2

7、台带RS-485串口变频器，分别驱动工件轴和砂轮轴。PLC采用联机随动控制保证两者之间速度的配合与稳定。操作人员依据磨削加工要求设定工件轴变频器速度参数，PLC接收该参数后，参照砂轮直径(设定或记忆值)和转动速度比例关系，计算并自动设定砂轮轴变频器的速度参数。在磨削加工过程中，PLC对砂轮在磨削及修整过程中的损耗给予速度自动补偿。PLC最多可以控制32台变频器，不同厂家的变频器可采用协议宏通信联接。PLC按照变频器地址(0-31)、指令代码和相关数据顺序向变频器传送命令，对变频器运行、停止、正转、反转等实施控制；PLC还可以监视变频器运行状态，当变频器发生过电流、过电压、变频器过载

8、、硬件异常、电机过载、过力矩检测、电源异常、通信超时等情况，可将异常参数传输给PLC，由PLC作出相应处理。2.3位置控制单元(PCU)与位置控制高端PLC配备单轴位置控制单元，与步进电机或交流伺服电机驱动器配套使用，可以完成开环或半闭环位置控制及速度控制，配备两轴联动位置控制单元可以进行实时插补控制，实现直线和圆弧曲面等加工控制。目前全球各主要PLC制造商都已推出与高端PLC配套的PCU，具备高速和高精度的位置控制功能。OMRON公司的CJ1MCPU自带PCU的位置