雷志偉，劉瑞波，張新，劉廣闊，宮哲，李玉霞

(河北省自動(dòng)化研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

眾所周知，中國(guó)是鑄造業(yè)大國(guó)，其中鑄件的清理是鑄造生產(chǎn)中影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工序，但在生產(chǎn)過(guò)程中由于機(jī)械化和自動(dòng)化的程度低，嚴(yán)重制約著中國(guó)的制造業(yè)發(fā)展，也是中國(guó)只能稱為鑄造業(yè)大國(guó)而非“鑄造業(yè)強(qiáng)國(guó)”的關(guān)鍵原因之一。

當(dāng)前，企業(yè)環(huán)保壓力越來(lái)越大，鑄造行業(yè)中鑄件的清理打磨仍然使用大量的人工，打磨環(huán)境和飛揚(yáng)的粉塵對(duì)環(huán)境和工人身體健康造成極大危害，嚴(yán)重影響了企業(yè)的形象。生產(chǎn)成本的不斷上漲加重了鑄造企業(yè)的負(fù)擔(dān)；同時(shí)，人工打磨需要大量的場(chǎng)地，效率低下，打磨質(zhì)量不能保證，造成有訂單無(wú)產(chǎn)量的局面。

本文利用PLC控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力銑頭將鑄件澆口和飛邊去除，控制精度滿足要求，提高生產(chǎn)效率，保證工件質(zhì)量。

1 總體設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)采用銑削方式去除精鑄件上的澆口和飛邊，銑刀電機(jī)分別采用一個(gè)1.5kW和兩個(gè)1.0kW三相異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)三組兩軸伺服控制銑刀電機(jī)進(jìn)刀、退刀和銑削。根據(jù)控制要求確定該系統(tǒng)所使用的控制器、驅(qū)動(dòng)器以及執(zhí)行器清單如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要硬件清單

2 硬件電路設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置

2.1 伺服驅(qū)動(dòng)器和PLC的電路設(shè)計(jì)

臺(tái)達(dá)ASDA-B2系列伺服驅(qū)動(dòng)器主控制回路電源R、S、T接三相220～230VAC，50/60Hz電源，控制回路L1c、L2c供給單相100～230VAC，50/60Hz電源。采用內(nèi)部回生電阻即P⊕、C端開路，P⊕、D端短路。采用位置(PT)模式接線CN1口與控制器DVP48EH00T3 PLC連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。CN2口與電機(jī)編碼器采用雙絞屏蔽線連接。

本系統(tǒng)PLC采用臺(tái)達(dá)DVP48EH00T3，具有4路200kHz的高速脈沖輸出，1個(gè)458通信接口和1個(gè)232通信接口，滿足PLC間通信和同觸屏通信的需求。PLC的Y0、Y2、Y4、Y6提供了4軸的200kHz的高速脈沖輸出，Y1、Y3、Y5、Y7分別為其方向控制點(diǎn)。系統(tǒng)使用兩個(gè)PLC連接6個(gè)高速脈沖輸出，分為三組XY坐標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)精鑄件周邊360度的銑削。如圖1為伺服驅(qū)動(dòng)器和PLC接線圖。

圖1 伺服驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)達(dá)PLC的對(duì)應(yīng)接線圖

2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置

根據(jù)控制要求將伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為位置(PT)控制模式，即參數(shù)P1-01設(shè)置為“00”；設(shè)置伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要10000個(gè)脈沖，臺(tái)達(dá)B2系列伺服電機(jī)選用17位增量式編碼器，電機(jī)基準(zhǔn)脈沖數(shù)為160000個(gè)/周，因此設(shè)置齒輪分子分母比為16/1即可。具體參數(shù)設(shè)置如表2。

表2 伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置

3 PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)不同運(yùn)行功能，設(shè)計(jì)成不同的程序塊，完成程序的模塊化設(shè)計(jì)。伺服的定位主要使用雙軸絕對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)(DPPMA)、雙軸相對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)(DPPMR)、雙軸相對(duì)位置圓弧插補(bǔ)(DCIMR)等指令；通過(guò)對(duì)銑刀運(yùn)行軌跡的編程完成仿形銑的過(guò)程。

編程過(guò)程中，將運(yùn)行位移變量添加到觸屏界面中，設(shè)置為可輸入變量，通過(guò)編程計(jì)算將其計(jì)算為位移指令所需要的雙字型脈沖數(shù)據(jù)輸入到定位指令中，方便后期調(diào)試。

圖2 程序塊設(shè)計(jì)

銑刀在入位時(shí)采用雙軸絕對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)指令(DPPMA)，使銑刀定位到起始位，再通過(guò)雙軸相對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)(DPPMR)、雙軸相對(duì)位置圓弧插補(bǔ)(DCIMR)等指令完成仿形銑的過(guò)程，使銑刀沿工件表面完成銑削工作。由工件的外輪廓加上銑刀的半徑，得出銑刀有初始點(diǎn)依次行走的相對(duì)定位距離，得出如圖3的三個(gè)銑刀行走軌跡所對(duì)應(yīng)的X軸和Y軸行走脈沖數(shù)。以此脈沖數(shù)作為銑頭的行走坐標(biāo)定位點(diǎn)。按照件1-1、件1-2、件1-3不同的坐標(biāo)定位點(diǎn)以此控制銑頭定位到不同的定位點(diǎn)完成工件的仿形銑削。

圖3 銑刀行走距離及對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)

4 通信

4.1 PLC間通信

本系統(tǒng)使用兩臺(tái)臺(tái)達(dá)PLC，兩臺(tái)PLC間采用485通信，下載程序前分別對(duì)兩臺(tái)PLC進(jìn)行端口設(shè)置。PLC參數(shù)設(shè)置見表3。

表3 PLC參數(shù)必要設(shè)置

通過(guò)PLC LINK的方式自動(dòng)完成主站PLC和從站PLC的數(shù)據(jù)交換，即將從站的D0～D99讀到主站的D0～D99，主站的D100～D199寫到從站的D100～D199。

圖4 觸屏通信參數(shù)設(shè)置

4.2 PLC和觸摸屏通信

設(shè)置PLC通信地址主站10、從站11后，在MCGS編程界面中打開設(shè)備窗口，添加通用串口父設(shè)備，再在串口父設(shè)備下添加兩臺(tái)臺(tái)達(dá)DVP系列PLC設(shè)備，分別設(shè)置兩臺(tái)設(shè)備的站地址為10和11，與PLC站地址一致。雙擊通用串口父設(shè)備，設(shè)置通信參數(shù)如圖4。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種采用兩臺(tái)臺(tái)達(dá)PLC實(shí)現(xiàn)控制伺服電機(jī)完成仿形銑削去毛刺的系統(tǒng)。文中在介紹PLC和伺服驅(qū)動(dòng)器硬件連接及伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置的基礎(chǔ)上，對(duì)PLC通信和程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。為精鑄件的去澆口和飛邊提供了新的方式和方法。

[1] ASDA-B2系列伺服驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)[Z].上海：中達(dá)電通，2014.

[2] DVP-PLC編程技巧大全.上海：中達(dá)電通，2014.

[3] 黨媚.基于以太網(wǎng)的Kingview和兩臺(tái)S7-200 SMART PLC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2017，(4)：60-63.