基于PLC和触摸屏的高精度内圆磨床控制系统改造设计

王俊英，谭红川

WANG Jun-ying,TAN Hong-chuan

（四川工程职业技术学院，德阳 618000）

0 引言

MG2120高精度内圆磨床是精磨轴承圈内孔的重要设备，原继电器-按钮式电气控制系统，线路复杂，已严重老化，经常出现死机、反应迟缓，且故障频繁，维修麻烦。严重影响到生产效率和产品质量，不能满足目前市场对轴承高精度的大需求。MG2120原基础机械结构件具有精度高的特点，为避免浪费，节约成本决定对其进行改造。

可编程控制器（PLC）具有通用性强、使用方便、可靠性高、编程简单等优点，是机床设备的重要装备；而触摸屏以易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间的特点，可取代繁多的机械式按钮面板。利用PLC和触摸屏对MG2120磨床控制系统进行技术改造，是节约成本、提高机床可靠性的一种有效途径。

1 MG2120磨床的控制要求

MG2120磨床用于精密磨削轴承圈内孔，工件主轴由三相电机带动，而砂轮主轴为电主轴，采用变频器调节速度；工件主轴工作台由液压缸拖动作孔长度方向的进给运动，孔直径方向上由步进电机拖动，能够以很小的进给量和很高的精度进行磨削加工；砂轮电主轴工作台由电机通过凸轮机构拖动，作孔长度反向的往复运动。

该磨床的控制功能包括以下七个方面：

1）工件径向进给运动控制；2）砂轮轴向往复运动控制；3）工件轴动静压轴承压力控制；4）工件加紧时序控制；5）砂轮修整量控制；6）工件冷却时序控制；7）砂轮轴冷却压力和润滑压力控制。

根据MG2120磨床的控制要求，主电路中M1为砂轮电主轴电机，接变频器实现变速与制动控制；M2为拖动电主轴工作台作往复运动的电机，由继电器KM6启停；M3为工件主轴电机，通过KM2实现正转； M5为液压站油泵电机，液压缸负责拖动工件主轴工作台作孔长度反向的进给；M4、M6分别为切削液泵电机和电主轴冷却风扇电机；QF为闭合电源切断开关，熔断器为电源短路保护。另有变压器输出220V和24V电源接PLC与照明灯。

M7为步进电机，采用两相混合式步进电机BS86HB118—06，由驱动器DMD403控制，拖动工件主轴工作台作直径尺寸方向的进给移动，其接线如图1所示。

图1 机床步进电机及驱动器接线图

2 PLC输出输入分配及接线

精磨加工工序动作为：1）操作者装夹工件。2）工件主轴和砂轮电主轴转动。3）步进电机拖动工件工作台到直径尺寸位置。4）液压缸拖动工件工作台作孔长度方向进给。5）砂轮主轴工作台作往复运动。6）磨削完成后，液压缸带动工件工作台退出。7）工件主轴和砂轮电主轴停止转动。

根据上述工序工作以及磨床工作的安全保护措施，PLC共需输入点11个，输出点10个，选择松下公司的FPO—C32，共32个点，16点输入、16点输出，带RS232端口，其I/O接线设计如图2 所示[2]。

3 触摸屏程序设计

触摸屏在控制中的作用是：发出各种动作命令，选择轴进给数据并进行动作、数据以及过程显示。我们的触摸屏采用的是台湾威伦MT506触摸屏，具有体积小巧、使用简便、稳定可靠等优点。并且有强大的通讯能力，可以与三菱、西门子、松下等多种PLC配套使用。磨床人机界面的设计基于Easybuilder 500软件，设计有自动模式、手动模式、砂轮修磨补正、机床归原点，共四个模块，其初始界面如图3所示。

自动模式为机床进行自动加工的模式状态；手动模式中，可以以0.1mm,0.01mm,0.001mm三种精度单位，以手动点动的方式进行孔直径和长度两个方向的进给，当砂轮和工件位置设定后，可以进行自动加工；补正模式为砂轮修磨后，在孔直径方向补进尺寸的设置；原点为每次开机，将工件工作台归零到原点。

图2 PLC接线图

图3 触摸屏初始人机界面

4 PLC程序设计

MG120内圆磨床中需要控制的元件较多，既有通过X、Y输出输入点来传递开关量信号的继电器和液压电磁阀，又有通过PLC内部继电器R来传递的触摸屏信号。PLC程序包括初始化、自动、手动和补正参数设置，其中自动循环包括：磨削循环、砂轮单次修整循环、砂轮多次修整循环和新砂轮修整循环四种工作方式。其中磨削循环是最主要的典型自动循环，其流程图如图4所示。

1）通电初始化包括有关辅助继电器和存储区的初始清零、与触摸屏的通讯、与变频器的通讯、显示初始界面等。

图4 磨削循环PLC程序流程图

2）手动工作方式时，通过相应的按键控制工件工作台在直径和长度两个方向的点动，电主轴的往复运动和机床回到机械原点。

3）当进行同一批工件的批量加工时，可先用手动方式对刀，调整好工件相对砂轮在孔直径方向的位置，再在自动工作方式下，按照工件快进→工件工进→电主轴往复→工件工退→工件快退的流程进行自动加工。

4）当砂轮修磨后，既可以重新在手动方式下对刀，也可在补正方式下输入补正参数，从而在加工中自动进行尺寸补偿。

5 结论

除了为该公司节约成本30余万元外，采用PLC+触摸屏的控制系统，利用PLC的内部辅助继电器代替传统的机械按键，使电气线路大大简化，系统可靠性得到了提高，产品精度和质量得到保证。人机操作界面友好，在生产中，工人操作简单便利，工作效率比过去也有所提高。

[1] 王兆明. 电气控制与PLC技术[M]. 北京： 清华大学出版社,2005.

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