摘要：本文扼要講述了利用臺達PLC為核心的控制系統在專用機床上的應用。重點講述了PLC的位置控制問題，PLC與變頻器的RS485通信問題和PLC與觸摸屏的組態、編程。

關鍵詞：專用機床  PLC  觸摸屏  變頻器  位置控制  通信控制

Abstract: This Papers briefly on the use of DELTA’s PLC control system on the Special Purpose Machine be applications. Focus on the PLC’s  Position Control, PLC and Inverters on the RS485 communication ,the PLC and Touch Screen configuration, programming.

KEY WORD：Special Purpose Machine;  PLC;   Touch Screen;   Inverters;  Position Control;  Communication Control

一，應用背景
        本文講述了DVP-EH2型PLC在我公司的雙工位深孔鉆機床上的應用。雙工位深孔鉆機床為我公司開發生產的重點產品，機床主要用于汽車剎車泵缸體的鉆孔加工，在市場上具有很大的應用潛力。

        機床加工的基本原理是：槍鉆鉆頭動力頭平置于機床工作臺，加工件安放于豎直的滑臺上的工件夾具內。滑臺沿槍鉆鉆頭旋轉的垂直線上下運行。加工時，鉆頭高速旋轉，滑臺帶動工件往下運行，對產品進行鉆孔加工，加工尺寸到位后，滑臺再往上運行，退出工件，關閉動力頭。

        傳統的機床采用液壓油缸驅動。當液壓油缸行程到位后，利用行程開關控制液壓電磁閥動作，使油缸返回。液壓驅動的最大問題是加工孔深精度很難控制。運行速度調節也不是很方便。

        機床采用伺服電機控制絲桿滑臺上下運行定位，滑臺往下運行時，對產品進行鉆孔加工，加工完成后，滑臺再住上運行，退出。與傳統的液壓油缸驅動相比較，由于利用伺服電機定位控制，可以很方便的進行加工速度設置，高精確地達到鉆孔深度的控制。

        雙工位深孔鉆機床是兩個工位同時加工，互不干涉。一個機床操作員控制，可以同時進行兩件工件的加工。是提高加工效益，減少投資的不二之舉。

        機床控制方案可以選用簡易型數控控制系統（CNC）。當前市面上也有很多兩軸的數控產品。數控系統有著標準的G代碼編程，也能夠很方便的進行伺服的定位控制。但是須要完成兩軸相互獨立，互不干擾的定位時，CNC在編程時遇到了制約。CNC的兩軸或多軸G代碼在編程時，不能做到同時執行兩段獨立的定位指令。當然，也可以采用兩臺單軸的CNC控制系統。但是，這樣的控制過于冗雜，成本也過高，應用價值不高。

        鑒于以上原因 ，實現此機床控制要求可以選用PLC進行控制。機床的定位動作并不復雜，只需要正向加工定位、反向退出定位兩段位置控制指令。很多型式的PLC都帶有高速脈沖輸出功能，具有很方便的相對定位，絕對定位指令。不需要另加擴展模塊，能夠很方便的實現機床的運動控制。

二，控制概要
        1，機床需要兩軸脈沖輸出，以分別控制兩個工位的絲桿滑臺運行。滑臺的定位速度不小于6m/min。定位精度小于0.01mm。在電氣控制設計上，一般都設計為0.001mm/P，即0.001mm每脈沖當量。 這樣，方便進行運算，電子齒輪比也容易計算。機械制造上采用精密絲桿傳動（雙螺母滾珠絲桿），也比較容易就能達到0.01的定位精度。

        2， 機床人機對話采用控制面板的開關按鈕與觸摸屏接合。工件的加工速度，加工尺寸在觸摸屏上利用參數的形式進行設置。

        觸摸屏與PLC組態后，可以對PLC的一些關鍵內部數據時行監控，包括實時顯示工件坐標、動力頭電機電流。顯示加工狀態、關鍵的PLC內部數據或一些故障碼、異常信號，方便進行機床的狀態分析、故障疹斷。

        觸摸屏與PLC可以很方便的實現通信。兩者組態時，只要設置好兩者之間的通信協議，觸摸屏即可以讀寫PLC的D、M數據了。

        3，槍鉆的加工因為工件的材質不同、加工孔徑的大小不一，槍鉆鉆頭的轉速也要求能夠很方便的進行調節。因此，機床的動力頭轉速采用變頻器進行調速控制。

        機床控制系統，可以監視變頻器的相應狀態，包括輸出頻率，輸出電壓，負載電流。因此，可以將PLC與變頻器進行RS485通信讀取讀據。同時，PLC對變頻器的速度、運行、停機等可以通過RS485通信進行控制，方便變頻器的控制接線。

        4，機床加工還須要一定的外部輔助功能。如加工過程中的冷卻液，工件裝夾，防護門開關等等。

        5，機床具有手動控制和自動控制兩種工作方式。手動控制主要用于機床的調試和首件產品的試制，可以分別對輔助功能進行開關，手動控制工件滑臺的上下運行。自動控制為自動進行一個工件的加工周期，人工裝夾好工件后，操作人員按下起動按鈕，機床即進行工件的鉆孔加工，鉆孔完成后，即行自動退出工件，加工過程中，自動注入冷卻液，開關防護門等相關輔助動作。加工完成后，自動工件松開。完成一個工件的加工過程。

三，PLC在專用機床上的控制實現
        根據機床控制要求，電氣控制系統以PLC為控制核心、以觸摸屏與控制面板按鈕為人機對話界面，控制機床的各項輔助功能輸出、控制雙軸伺服定位、變頻器調速。其中，PLC與觸摸屏的通信為RS232通信；PLC與變頻器的通信采用RS485；PLC對伺服驅動的定位控制采用脈沖+方向形式的脈沖輸出方式。機床總體控制框架如下圖所示：                       

機床電氣控制總框圖

1，PLC 在機床上的定位控制。
 
        PLC的脈沖輸出最高頻率直接影響運動定位控制的速度和精度，是一項非常關鍵的技術指標。一般PLC都會帶兩路脈沖輸出或四路脈沖輸出。并且脈沖輸出頻率并不低，甚至比一般的CNC數控還要高，如臺達的DVP-EH2系統的PLC最高輸出達200KHz，有些甚至更高，如Omron公司的CP1H-Y系列的PLC還達到了1MHz。

脈沖定位速度為：
V=Fmax×δ×60             (式1)

        其中，V為速度，單位：m/min（米/分鐘）；Fmax為最高脈沖頻率，單位：Hz（赫茲）；δ為脈沖當量，單位：mm/P 。

        臺達DVP-EH2型PLC共有四路高速脈沖輸出，其中兩組為AB相脈沖，兩點為單脈沖輸出端。四路脈沖輸出端口分別為：CH0（Y0，Y1），CH1（Y2，Y3），CH2（Y4），CH3（Y6），輸出頻率都達到200KHz。如果采用0.001mm/P脈沖當量進行控制，那么，根據式1，PLC的定位速度最快為：
200000×0.001×60=12000mm/min=12m/min

        即定位的最高速度為12米每分鐘。完全可以達到機床的控制要求。

        現在很多的微型機，或小型機都有內置高速脈沖輸出功能。可以運用脈沖定位指令實現相對定位、絕對定位。臺達PLC的相對定位指令[D]DRVI或絕對定位指令[D]DRVA。(指令前綴D為雙字控制指令，最高定位區間可以達到232，即定位范圍為-2147483648~+2147483647)。在機床控制中，當電氣精度做到0.001mm時，則機床的定位范圍在-2147483.648mm~+214748.367mm之間，完全可以滿足機床的控制要求。

        機床在定位控制中，需要用到單步方式、連續方式、自動加工定位