缸體專機電氣系統改造

盧浩鵬 張鋒 馬金衛

摘 要：英國CROSS公司M13334專機的數控系統TRANS01出現零件加工程序頻繁丟失的故障，經檢查確認故障原因是數控系統主板損壞，而且PLC的專用編程器老化嚴重，需要對HONEY WELL IPC-620 PLC的程序移植OMRON CH1H運動控制程序的改造。此次改造的思路是：需要對HONEY WELL IPC-620 PLC的程序移植及OMRON CH1H運動控制程序的設計編制。應用CP1H系列PLC及G5驅動器可代替TRANS01單軸數控和IPC-620 PLC。這樣系統完全整合到一起，設備輔助動作與位置控制程序全部由CP1H PLC完成，相當于用相對價格比較低的PLC來實現數控系統的功能。

關鍵詞：PLC程序 原點搜索 運動控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0037-02

缸體車間英國CROSS公司M13334專機的數控系統TRANS01出現零件加工程序頻繁丟失的故障，經檢查確認故障原因是數控系統主板損壞，而庫房中唯一的一塊TRANS01備件主板另有其他問題，無法使用。德國INDRAMAT公司TRANS01數控系統已停產多年，備件采購困難且價格極為昂貴，另外該機床PLC控制系統采用的是霍尼韋爾（HONEY WELL）公司上世紀八十年代生產的IPC-620大型可編程控制器，主要備件庫房存貨消耗殆盡，而且更為嚴重的是該PLC的專用編程器老化嚴重，故障率非常高，公司只有一臺這樣的編程器，一旦發生無法修復的故障，將使得三臺專機的PLC程序的診斷和修改無法完成，嚴重影響缸體車間的生產，因此急需對M13334缸體專機電氣系統進行改造。

此次改造的思路是：需要對HONEY WELL IPC-620 PLC的程序移植及OMRON CH1H運動控制程序的設計編制。應用CP1H系列PLC及G5驅動器可代替TRANS01單軸數控和IPC-620 PLC。這樣系統完全整合到一起，設備輔助動作與位置控制程序全部由CP1H PLC完成，相當于用相對價格比較低的PLC來實現數控系統的功能。

具體實施改造方案如下所述。

用歐姆龍CP1H-Y20DT可編程控制器（PLC），代替兩套INDRAMAT TRANS01單軸數控進行位置控制。歐姆龍CP1H-Y20DT提供四路脈沖輸入和四路脈沖輸出，支持ORG自動尋找原點功能，支持絕對脈沖編程，并且提供臺型和S型的加減速曲線，可實現高精度定位控制。脈沖密度也達到了4MHZ，完全滿足設備定位精度要求。同時增加CP1W-CIF01和CP1W-CIF11兩個通訊模塊提供RS-232和RS422接口來連接兩塊歐姆龍NB10W-TW00B-Z觸摸屏實現圖形顯示。

用歐姆龍G5 R88D-KT30H-Z驅動器和R88M-KP3K0伺服電機代替INDRAMAT驅動器和伺服電機實現運動控制。歐姆龍G5系列的伺服驅動系統速度響應頻率可以達到2KHZ，脈沖頻率可高達4 Mpps，同時支持全閉環控制是性價比比較高的一套伺服控制器。

保留海德漢光柵尺，在PLC伺服定位半閉環控制系統中實現INDRAMAT公司TRANS-01數控系統特有的光柵尺深度控制功能（Progrming The Adaptive Depth Control Funtion），滿足止推擋定位精度控制要求。

用觸摸屏實現了PLC程序的診斷功能，通過間接尋址方式在觸摸屏上實現了PLC I/O口、定時器、數據寄存器，特別是內部繼電器狀態診斷，這樣利用觸摸屏實現了PLC編程器程序診斷功能。

因IPC-620 PLC的指令庫與歐姆龍PLC的指令庫有所區別，需要對設備輔助動作的PLC程序需要進行指令的轉換及更改 ，并且對程序進行優化。為了盡量使設備更易操作維修，保留了原來的設備操作流程，對不經常操作的過程進行了更改。比如對缸體加工類型的選擇，改造之后由觸摸屏實現，這樣做既減少了誤操作的可能也使當前加工零件的類型可視化，類似這樣改進有好幾處。對于此次改造程序設計方面有幾點比較有代表性的改進。

（1）關于設備回參考點的設置，利用OMRON CP1H ORG指令進行每次開機尋找參考原點的操作。此指令為OMRON高級指令，原點搜索：以通過原點搜索參數指定的形式為基礎，通過執行ORG指令實際輸出脈沖，使電動機動作，將以下3種位置信息作為輸入條件，來確定機械原點的功能。原點輸入信號；原點附近輸入信號；CW極限輸入信號、CCW極限輸入信號。

檢測原點輸入信號的上升沿， 并進行原點確定。原點檢測后， 到來自驅動器的定位結束輸入進入為止， 原點搜索動作結束。不能檢測減速中的原點輸入信號。根據達到原點搜索附近速度后的原點輸入信號停止，并結束原點確定。

該次原點搜索采用的是工作模式2，在工作模式2下，發生原點附近輸入信號反轉的情況下（原點檢測方法的設定：0）。

從原點附近輸入信號內開始時，減速時間較短的情況下，檢測原點附近輸入信號的下降后的原點輸入信號。請確保原點附近輸入信號的持續時間足夠長（減速時間以上）。

未發生原點附近輸入信號反轉的情況下，原點檢測方法的設定：1；減速期間存在原點輸入信號的情況下，根據減速時間的長度，停止位置會發生變化，并使用從伺服驅動器發出的定位結束信號（INP）。將從伺服驅動器發出的定位結束信號連接到通用輸入（原點搜索0～3）。核對定位結束信號的時間點，如有原點修正則在偏差計數器復位輸出后；如進行原點修正則在修正動作結束后。

（2）位置控制指令利用 PLS2指令完成各位置定位，用絕對位置編程使定位更準確可靠。可在脈沖輸出（PLS2）指令進行的定位中，通過執行其它的脈沖輸出（PLS2），可變更目標位置、目標速度、及加速比率、減速比率。

在定位中，可變更定位目標位置（多重起動）按照脈沖輸出（PLS2）指令進行定位的過程中，可通過執行其他的脈沖輸出（PLS2）來變更目標位置、目標速度及加速率、減速率。

在速度控制過程中，可變更為定位（中斷固定尺寸運送）；在速度控制過程中（連續模式），可變更為根據脈沖輸出（PLS2）指令進行的定位（單獨模式）。這樣，可執行一定條件下的中斷固定尺寸運送（指定量的移動）。

在加速或減速過程中，可變更目標速度、加減速率。

在執行平臺型加減速的脈沖輸出指令（速度控制或定位）的過程中，在加速或減速中，可變更目標速度、及加減速率。

位置脈沖發送為了與設備絲杠螺距配合，在伺服驅動器中設置每12 000個脈沖伺服電機一轉，絲杠旋轉一周，工作臺移動12 mm，每發送1個脈沖工作臺移動1μm，進行這樣設置后便于在觸摸屏中對設備位置數據進行更改 。

對于缸體專機止推擋位置精度控制我們是這樣解決的，A頭快速移動到915 mm，轉為慢速移動到927.2 mm，在此過程中接入海德漢短光柵，將光柵尺測到的位置讀進PLC內與目標設定值進行比較，判斷偏差值大小和方向，A頭再移動一段距離來消除偏差值直到偏差值小于允許值后定位結束，開始伸出面刀加工止推面。我們在改造后進行了重復定位精度實驗，實驗結果誤差在0.01 mm以內，通過這樣的程序設計成功地滿足了止推面加工定位精度要求。

（3）對于速度控制進行重新設計，通過CX-Programmer，可將定時器/計數器的設定值及當前值的更新方式，由BCD（0000～9999）方式變更為BIN方式（0000～FFFF）。

該設定對于所有的任務，所有定時器及計數器都可以共通設定。在「PLC 的屬性設定」中設定「在二進制模式下執行定時器/計數器」，在所有的任務的定時器及計數器會在BIN模式下執行。利用功能塊進行BCD數據到BIN數據的轉換計算，這樣觸摸屏在設置速度時可按每分鐘進給量設置。

（4）觸摸屏控制。在不改變操作習慣的情況下我們引入觸摸屏監控功能，設置兩塊觸摸屏，操作工可利用操作臺觸摸屏監控設備運行狀態，電氣柜內觸摸屏可以方便維修人員進行參數的設置和機床各種狀態的監控。

參考文獻

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