VMC3016L 加工中心自動潤滑系統控制的設計與分析*＊

王 勇 趙 敏 邢晨翔

(①蘇州工業職業技術學院機電設備維護中心，江蘇 蘇州215104;②紐威數控裝備(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州215129)

筆者單位一臺法道加工中心VMC3016L，系統采用美國的FADAL 系統，由于該系統在國內比較少見，加之該機床已使用12 年了，里面的主軸驅動器和Z軸伺服驅動器也壞了，相關備件難以購買，現對數控系統實施改造，采用FANUC 0I-MATE-MD 系統。本文以這個改造案例為背景，介紹自動潤滑系統硬件控制電路的設計、提出自動潤滑系統控制梯形圖設計思路及警示與安全保護設計思路［1］，編制出相應的控制梯形圖并對主要控制梯形圖和功能指令作具體說明和分析。

1 自動潤滑系統硬件控制電路設計與分析

如圖1 所示，液位低檢測開關SQ13 一端接到I/O LINK CB105 的B13 端子上［2］，地址定義為X9.7，另外一端接到B01(+24 V)端子上;給油泵電動機上電的直流24 V 中間繼電器KA12 的線圈接到B22 端子上，地址定義為Y3.5;潤滑油位低指示燈接到A22 端子上，地址定義為Y3.6。

如圖2 潤滑油泵電動機控制電路所示，通過中間繼電器KA12 的1 個常開觸點給潤滑油泵電動機提供交流220 V。FU5 為潤滑油泵電動機的短路保護［3］。

2 硬件控制過程及梯形圖設計思路

可以通過修改相應的PMC 參數，改變泵油時間和泵油的間隔時間，如表1 所示，4 號計數器的設定值為泵油時間設置數據，5 號計數器的設定值為泵油間隔時間設置數據。例如機床開機，PMC 梯形圖就運行，過30 min 后，梯形圖中的Y3.5 線圈得電變為1，又因為圖1 中DOCOM(A24、B24、A25、B25)4 個端子接的直流24 V 的正極，即Y3.5(B22)輸出直流24 V 的正極，由圖1 可知中間繼電器KA12 線圈得電吸合，圖2中的KA12 常開觸點閉合，潤滑油泵得電220 V 電壓工作，開始泵油，5 s 后，要求Y3.5 線圈失電變為0，這樣中間繼電器KA12 線圈失電斷開，KA12 觸點斷開，潤滑油泵失電停止工作(停止泵油)，然后系統又開始計時滿30 min 后，繼續上面的循環。如果想每隔40 min泵油10 s 的話，只需要將4 號計數器的設定值改為10，將5 號計數器的設定值改為40 即可。

表1 泵油時間與泵油間隔時間PMC 參數設置

3 警示與安全保護設計思路

一旦油位過低，油泵無法抽到油時，系統此時出現相應的油位過低報警，在系統畫面上顯示“1002 LUBRICATION OIL LOW”報警信息［4］，同時控制面板上油位低指示燈間隔500 ms 閃爍，以警示操作者往潤滑油箱內注油;因為此時沒有潤滑油供應到導軌與絲桿上，不允許執行程序加工，為了保護機械部分［5］，應使循環啟動功能失效。

4 自動潤滑系統PMC 梯形圖設計與分析

4.1 I/O 信號定義

(1)CB105(B13 腳):X9.7 油位低(X9.7=1 時高液位，X9.7=0 時低液位)

(2)CB105(B22 腳):Y3.5 油泵電動機

(3)CB105(A22 腳):Y3.6 潤滑油位低指示燈

4.2 加減計數器功能指令CTR［6］

在設計梯形圖之前，先將1 個用到的加減計數器功能指令CTR(如圖3 所示)簡要介紹一下:

說明:ACT =1 表示當接到ACT 的信號出現1 次高電平時計數1 次。

控制條件:

注意:當定義為加計數器時，復位后變為CN0 的初始值;當定義為減計數器時，復位后變為計數器的預置值。

控制參數:計數器號，指在PMC 參數畫面下的計數器號。在此PMC 參數里可以輸入計數器的設定值，并能顯示當前值。

輸出:W1=1 時，為計數器輸出信號。當為加計數時，計到最大值W1=1;當為減計數時，計到最小值W1=1。

4.3 潤滑油泵泵油時間梯形圖設計與分析

圖4 為潤滑油泵泵油時間梯形圖，R9091.1 是1個常1 信號［6］，說明計數器的初始值為1;R9091.0 是1 個常0 信號，說明計數器類型為加計數;R9091.6 是1 個周期為1 s 的脈沖信號，高低電平均為500 ms，相當于計1 次數為1 s。圖5 為潤滑油泵輸出控制梯形圖。R530.7 的線圈和Y3.5(控制油泵電動機的)的線圈是并聯的，Y3.5 線圈得電的同時R530.7 線圈也得電，即當潤滑油泵不泵油的時候，R530.7 的線圈失電，R530.7 的常閉觸點就一直導通，從而復位計數器，不讓計數器計數。反之，Y3.5 與R530.7 線圈得電則開始不復位計數器，讓它計數。假如每次泵油5 s，我們將計數值5 存放在PMC 參數的計數器中，計數器號為0004(如表1 所示)，在設定值里輸入5(表示泵油時間為5 s，假如感覺時間有點短，導軌與絲桿上沒有得到充足的潤滑油，使用者可以根據需要將此值進行修改)，當前值里實時顯示當前的已泵油時間，計數器號004 對應的計數器地址是C12、C13、C14、C15，其中C12、C13 存放計數器的設定值，C14、C15 存放計數器的當前值。當計數器計滿5 次(即5 s)以后，R530.1輸出為1，如圖5 所示R530.7 與Y3.5 線圈失電，泵油結束，緊接著起動如圖6 所示泵油間隔時間定時梯形圖，復位如圖4 泵油計時。

4.4 潤滑油泵泵油間隔時間梯形圖設計與分析

圖7 TMRB［6］是1 個上升沿觸發的固定時間計時器功能指令，0100 是定時器號，0 000 060 000是設定的時間(它的單位是ms，它所能設定的時間是1 ～32 760 000)。當ACT 等于1 時，即R530.0 接通的時候計時器開始計時，當計時器計滿所設定的時間后W1 輸出為1，在這個梯形圖中就是R530.0 線圈得電變為1。同時ACT 為0 的時候W1 就立刻變為0，所以可以看出上述的梯形圖是產生1 個60 s 的振蕩脈沖，當梯形圖一開始執行的時候計時器就開始計時，當計時60 s 后，R530.0 線圈得電輸出為1，然后R530.0 常閉觸點斷開，導致ACT 為0，從而復位計時器，R530.0線圈失電輸出為0。

R530.0 為1 個周期60 s 的波形:

圖6 計數器是用來控制泵油間隔時間的，與泵油時間計數器控制條件的不同之處是:(1)復位的條件不一樣，泵油計數器是在不潤滑的時候一直復位計數器，而泵油間隔計數器是在潤滑的時候一直不停地復位。(2)啟動的條件不一樣，泵油計數器的啟動條件用的是R9091.6 (1 s 的脈沖信號)，每次計數間隔是1 s，而泵油間隔計數器的啟動條件用的是R530.0，它是1 個周期為60 s 的脈沖，因此泵油間隔計數器計1次數是1 min。同樣0005(如表1 所示)是計數器號，它所對應的計數器地址是C16、C17、C18、C19，其中C16、C17 中顯示的是計數器的設定值，C18、C19 是計數器的當前值。當計數器計數到設定值的時候W1 輸出為1，即R530.2 輸出為1，使圖4 中的R530.7 與Y3.5 線圈得電，油泵開始泵油，緊接起動如圖4 泵油計時，復位如圖6 泵油間隔計時。

綜上所述，可知當PMC 剛開始執行的時候，固定時間計時器TMRB 就開始計時，當計滿所設定的時間后產生1 個上升沿信號作為泵油間隔時間計數器的啟動信號，然后泵油間隔計數器0005 開始計數，計到0005 號計數器中設定值的時候，便開始泵油，泵油過程中泵油間隔時間計數器一直被復位，泵油計數器開始計數，每1 s 計數一次，計到0004 號計數器中設定值的時候，就將泵油自鎖解開，停止泵油。接下來就是泵油間隔計數器0005 開始……就這樣不斷地循環往復下去。

5 警示與安全保護PMC 梯形圖設計與分析

5.1 信息顯示功能指令

信息顯示功能指令(DISPB)［6］用于在數控系統的顯示屏上顯示一些報警信息和操作信息。DISPB 指令格式如圖8 所示。

信息顯示條件:當ACT=0 時，數控系統不顯示任何報警和操作信息;當ACT=1 時，根據請求地址的狀態，顯示信息列表中編輯的信息。

顯示信息數:設定顯示信息的個數。

編制顯示信息列表:信息數據表中每條數據的內容包括信息號和信息數據兩個部分，如表2 所示。信號為1000～1999 時，在報警頁面中，顯示信息號和信息數據，中斷當前機床工作;信息號為2000 ～2099 時，在操作頁面中只顯示信息數據而不顯示信息號，不中斷當前機床工作［7］。出于安全保護，這里選擇1001(LUBRICATION OIL LOW)，即一旦出現潤滑油位低報警，中斷當前機床所有操作，保護機床機械部分。

編制信息顯示請求地址，在信息繼電器地址A0 ～A249.7(共2 000 位)中編制信息顯示請求位，如表3所示，每位都對應1 條信息。如果在系統顯示裝置上顯示某1 條信息，則將對應的信息請求位置1;如果將該信息請求位置0，則清除相應的顯示信息。

表3 信息顯示要求

5.2 警示與安全保護PMC 梯形圖設計與分析

表4 報警信息列表

如果油位滿時，X9.7 對應的硬件開關SQ13 是閉合的，由圖1 I/O Link CB105 接口控制電路可知，X9.7得到+24 V 電壓變為1，此時圖8 警示與安全保護PMC 梯形圖中的X9.7 的常閉觸點就會變為常開觸點;油位低時，X9.7 對應的硬件開關SQ13 是斷開的，X9.7 不能夠得到+24 V 電壓，變為0，此時請求地址A0.2 線圈得電變為1，又因為R9091.1 是常1 信號，所以當PMC 開始執行的時候，信息顯示功能DISPB 指令就開始執行信息顯示，然后在系統上產生1 個報警(如表4 報警信息列表所示［8］)“1001 LUBRICATION OIL LOW(潤滑油位低)”，同時R500.0 線圈得電，常閉觸點斷開，導致G7.2(循環啟動功能)無法得電，即使此時按下循環起動按鈕X4.1，程序也不會自動運行，從而保護了機械部分，無潤滑油的情況下禁止移動。

Y3.6 是控制面板上潤滑油位低指示燈，當油位開關檢測到潤滑液油位低的時候X9.7 為0，上面的X9.7常閉觸點導通，Y3.6 面板上的潤滑燈就會亮，R9091.6在這里的作用是讓潤油位低指示燈間隔500 ms閃爍。同時A0.2 得電，然后系統產生1 個低油位報警。

6 結語

數控機床系統改造過程中，自動潤滑系統控制的設計非常重要，不但要考慮定時定量供油，以保證機床各機械部件得到充分的潤滑，還要考慮一些安全警示和保護功能，即沒有潤滑油的情況下出現報警并禁止機床坐標軸移動，以保護機械部件。改造系統后VMC3016L 加工中心通過1 年的使用，自動潤滑系統運行效果良好，達到了預期的設計效果。希望對于其他數控機床的自動潤滑系統控制的設計有所幫助。

［1］曹健，顧劍.鋒數控機床潤滑系統控制的改進［J］.制造技術與機床，2005(8):72-73.

［2］北京發那科機電有限公司.BEIJING—FANUC 0iD/Oi Mate MD 連接說明書(功能)［Z］.

［3］王躍軍，唐健.基于PLC 的C650 型臥式車床電氣控制系統改造設計［J］.制造技術與機床，2012(3):132-134.

［4］王勇.在數控機床故障診斷中應用智能診斷融合技術［J］.煤炭技術，2013，32(7):180-181.

［5］王勇.數控機床伺服進給系統典型故障分析及維修［J］.機床與液壓，2013，41(14):157-159.

［6］北京發那科機電有限公司.BEIJING—FANUC PMC PA1/SA1/SA3梯形圖語言編程說明書［Z］.

［7］劉江，盧鵬程.FANUC 數控系統PMC 編程［M］.北京:高等教育出版社，2011.

［8］張立軍. 機床PLC 故障顯示程序設計及應用［J］.制造技術與機床，2006(4):83-84.