1 引言
隨著科學技術日新月異的發(fā)展，機床行業(yè)早已進入了自動化時代，普通機床已不能滿足加工精度和效率的要求。但數控機床的成本較高，對操作人員和維護人員也有一定的要求。為追求最大的性價比，我們選用了臺達PM系列運動控制器作為主要控制部件的方案。
此臺產品定位為TX6916，是一臺數顯落地式銑鏜床。由于該機床的四個進給軸功率較大，因此選用了安川ΣⅡ系列伺服驅動器和伺服電機;主軸應客戶要求選用了75KW西門子變頻器和變頻電機;其核心控制部件為臺達PM系列運動控制器，選用了兩臺PM系列PLC為主從結構來控制四個進給軸;并在操作臺上安裝有觸摸屏，通過此屏來精確控制和反饋機床各軸的運行。
PM運動控制器和觸摸屏的使用讓機床的控制更加方便和精確，此方案提高了機床的加工效率和精度，與同等規(guī)格的數控機床相比也大大節(jié)省了成本，得到了用戶的好評。
2 正文
TX6916是一臺鏜桿直徑為160mm的落地式銑鏜床，分為滑座(X軸)、主軸箱(Y軸)、鏜桿(Z軸)、方滑枕(W軸)四個進給軸和一個旋轉主軸。具有鏜、鉆、銑、切槽等加工功能，是冶金、能源、電力、礦山、造船等行業(yè)大型零件加工的主要設備。銑鏜床主要設備參數如下：
電氣控制部分主要配置如下：
設備如圖1所示：
圖1
為提高設備的加工效率和加工精度，此類機床已從原來的普通機床發(fā)展到數顯機床，動力與傳動部分也從早期的普通交流電機和復雜的齒輪變速箱發(fā)展到現在的伺服電機無極調速控制。此臺TX6916所采用的方案為：以一臺觸摸屏為控制界面與PM運動控制器通訊連接，并發(fā)出操作指令，再由運動控制器發(fā)出脈沖給伺服驅動器，以驅動伺服電機執(zhí)行運行命令。通過數顯表顯示機床各軸所運行的精確位移，通過PLC的計算在觸摸屏上顯示各軸的運行速度。并且在PLC上外接一個電子脈沖發(fā)生器，基本上可以實現數控機床的手輪微調功能，也方便操作者加工前對刀使用。圖2是TX6916的應用方案框圖。
圖2
與普通PLC邏輯控制相比，PM運動控制器在機床行業(yè)有著極大的優(yōu)勢。機床的軸傳動控制采用伺服驅動的方案已經很普遍了，在不選用數控系統(tǒng)來控制的情況下，大多數廠家會使用傳統(tǒng)的PLC邏輯關系來控制伺服驅動上的控制點，再加上模擬量的給定。而運動控制器將部分輸入輸出點定義為固定用處的控制點，采用脈沖輸出的方式給伺服單元信號。采用此方案后控制線路變得非常簡單，也避免了模擬量因干擾造成的誤動作。為實現本機床的液壓油路、冷卻，附件等部件的動作，PLC除運動控制器外還添加了擴展模塊。
PLC的控制線以一個軸為例，具體電路如圖3所示：
圖3 具體電路圖
伺服驅動器上的連線也比原先用普通PLC邏輯控制的線路相比簡單了很多，也無需再用模擬電壓給定的速度控制與電子手輪的位置控制相接合的混合控制方式，這樣更有利于功能的設置和電路的維護。驅動接線也以一個單元為例如圖4所示。
PM系列運動控制器是一種可以高速定位、雙軸線性及圓弧插補等多功能可編程控制器，其特色是結合了基本指令、應用指令、運動指令及G代碼指令等功能，讓程序編寫設計更多元化。我們都知道G代碼的編程是數控系統(tǒng)中用于加工零件編程的語言，有了這些功能可以實現兩軸直線或是圓弧插補，現在僅用PLC就可編寫簡單的零件加工程序，這也是應用了PM系列運動控制器的新型機床的一大特點!
PM系列運動控制型PLC中為每個可控軸設定了一組特殊寄存器，通過對這些特殊寄存器的賦值來實現不同的控制功能，可通過讀一些寄存器中的值來反應當前軸的狀態(tài)。下面以主機的第一個軸(X軸)為例說明，下面是X軸相關的特殊寄存器定義：
圖4
X軸的主要操作、控制和顯示是由一臺觸摸屏來實現人機對話的，觸摸屏與DVP-PM通過RS485協(xié)議進行通訊，而在PLC中編寫的相關程序，對相應的寄存器位進行賦值，從而實現對機床X軸動作的控制。這樣的控制方式比在外部用接線的方法來控制伺服單元是更加簡便而可靠的方法。每個軸的運行方式都有點動、連續(xù)運行和電子手輪微調三種模式，以滿足客戶在加工過程中的操作需要。同時還在觸摸屏上顯示出當前軸的進給速度，以便讓操作者遵照正確的加工工藝要求。
圖5所示為X軸在觸摸屏上的人機對話界面。
控制X軸運行的控制中主要程序部分如下：
圖5
控制X軸運行的控制中主要程序部分如圖6所示：
圖6
在作為從站的第二臺DVP-PM型PLC是對機床鏜桿和滑枕這兩個軸的控制程序，每個軸的運行控制程序都和X軸的程序相似，從站用的PLC和主站的型號是完全相同的，因此從站中控制兩個運動軸的特殊寄存器和主站中的特殊寄存器在本站中有著同樣的地址。DVP-PM機型，在內部有規(guī)劃一個特殊寄存器區(qū)塊，可相對應于主站的控制寄存器，并利用此架構，自行規(guī)劃從站欲受主站控制的數據傳遞，以達到主站與從站的數據交換及運動模式控制的功能。
DVP-PM主站使用FROM/TO指令下達命令數據于從站，從站的可擦寫控制寄存器為CR#0~CR#199，對應從站內部規(guī)劃的特殊寄存器區(qū)的D1500~D1699。數據傳遞關系如下圖所示：
因此我們在作為主站和從站的PLC中分別編寫如下程序，以實現主站與從站之間的數據傳遞。主站以第一個軸傳送指令為例，從站第一個軸接收數據程序：
這樣即將主站中地址D100~D103的值傳至從站的D1501~D1504中，在從站中第一個軸的操作指令也將和主機中的一樣，從M0開始，控制程序也和主機中第一個軸的控制程序基本一致。
本機床的電氣控制配置中還有一個模擬量模塊，用于主軸箱垂度補償用。當滑枕伸出距離越大，主軸箱前方下垂的可能性越大，因此在主軸箱靠前方有一根鋼絲繩對主軸箱施加一個拉力，以平衡其下垂的角度。這個拉力是由液壓實現的，壓力的大小由比例閥調節(jié)，比例閥則受模擬模塊給出的4~20mA的電壓控制。因此在程序中需要對此模塊進行編程控制。
DVP-PM型運動控制器還有一個特殊功能，可以用G代碼和M代碼來編寫簡單的加工程序，這也是這款PLC的特長所在。當然，G代碼和M代碼的應用也是要通過編程來實現的，由于客戶的要求本機床中這一功能并未啟用，但在將來此類型機床上完全可以擴展此功能項。
3 結束語
通過TX6916電氣設計方案上對DVP-PM運動控制器的運用讓我們對PLC有了新的認識，臺達PM系列運動控制器以其強大的控制功能實現了對機床進給軸的精確定位，甚至可以實現兩軸直線或圓弧插補等數控的功能。可編程控制器、伺服驅動器、觸摸屏等自動化工控產品的發(fā)展將推動機械制造行業(yè)的共同進步。
作者簡介
林穎嬪(1981-)女 技術開發(fā)部副部長，任職于蕪湖日升重型機床有限公司，從事電氣設計工作。
參考文獻(略)
