Q02 PLC控制伺服电动机系统在机床转台上的应用

墨　二　Ｚ　轴承２０１２年４期　ＣＮ４１—１１４８／ＴＨ　Ｂｅａｒｉｎｇ　２０１２，Ｎｏ．４　Ｑ０２　ＰＬＣ控制伺服电动机系统在机床转台上的应用　邹波　’　（１．成都重型轴承研究所，成都６１００３１；２．成都科华重型轴承有限公司，成都６１０３００）　摘要：为实现精确的位置控制和两轴的协调工作，采用ＰＬＣ　Ｑ０２加上定位模块ＱＤ７０Ｐ４和ＭＲ—Ｊ２Ｓ系列的伺服　控制器组成位置控制系统，并设计了高精度定位加工用凸轮分度转台。介绍了用ＰＬＣ使两个不同的运动部件　协调工作的控制流程。　关键词：数控机床；ＰＬＣ；伺服系统；位置控制；高速脉冲　中图分类号：ＴＨ１３３．３３；ＴＰ３６８．１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１０００—３７６２（２０１２）０４—００２１—０２　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＬＣ　Ｑ０２　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｅｒｖｏ　Ｍｏｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｒｏｔａｒｙ　Ｔａｂｌｅ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ　ＺＯＵ　Ｂｏ　，　（１．Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｈｅａｖｙ—Ｄｕｔｙ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｋｅｈｕａ　Ｈｅａｖｙ—Ｄｕｔｙ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１０３００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｔｗｏ　ａｘｅｓ，ａ　ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎ－　ｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ　ｏｆ　ＰＬＣ　Ｑ０２，ｌｏｃａｔｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅ　ＱＤ７０Ｐ４　ａｎｄ　ＭＲ—Ｊ２Ｓ　ｓｅｌ＇ｖｏ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｌｏｗ　ｆｆｏｒ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｏｖｉｎｇ　ｐａｒｔｓ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＰＬＣ　ｉｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｃａｍ　ｉｎ—　ｄｅｘ　ｒｏｔａｒｙ　ｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ；ＰＬＣ；ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ；ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｐｕｌｓｅ　为了提高机床设备精度和实现自动化控制，　ＰＬＣ和伺服系统被广泛运用于各种数控机床和转　动机通过变速机构带动凸轮旋转，凸轮每旋转一　周带动转台旋转９０。，到达指定位置后凸轮停止动　作，此时，上方传动杆落至指定位置后对工件进行　加工，加工完成后传动杆上升至原位，凸轮继续转　动并带动转台旋转至下一加工位置。　台等设备中，以实现精确的位置和速度控制。其　中位置控制的精度主要取决于伺服控制器及运动　控制器的精度。下文通过一个高精度定位加工用　转台的设计，讨论了采用ＰＬＣ和伺服系统对转台　进行精确的旋转控制，以及对传动杆的直线运动　进行精确控制的方法，同时，考虑到传动中的累积　误差，采用周期的位置检查进行调整。如何采用　ＰＬＣ进行精确的位置控制并让两轴协调运作是控　制系统的关键。　１　控制系统及原理　高精度定位加工用凸轮分度转台结构如图１　所示。控制系统通过定位模块实现对两轴的控　制。根据运行的要求，基本控制模式为：由伺服电　收稿日期：２０１１—１０—１４；修回日期：２０１１—１１—０１　图１　高精度定位加工用凸轮分度转台结构简图　从运动时序看，由于系统采用凸轮旋转带动　转台，同时与上方传动杆交替运动的方式，因此，　控制系统设计由１个ＰＬＣ及定位模块和２个伺服　控制模块组成。控制原理为：由ＰＬＣ控制定位模　块输出，由ＱＤ７０Ｐ４采用脉冲和方向控制的方式，　通过２个伺服控制器分别驱动伺服电动机；两个　运动系统的配合动作、协调工作由ＰＬＣ完成。　为实现精确的位置控制，差错控制方面通过　检测伺服驱动器上差分输出的方式实现半闭环控　制；同时考虑到系统保护，在固定的周期通过凸轮　上的感应开关检验是否超过行程，形成转台运动　的再次校验；传动杆的运动则通过限位开关形成　再次的校验系统。控制系统流程如图２所示。　开始　伺服２运动　并数器清零　＼指定位置？／　Ｖ　ｌＹ　置伺服ｌ，２　初始位置　伺服２＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿一　时问　待机指定ｌＩ　　丽　二二匕　＆话行打Ｉ　伺服２反向运动卜一　伺服１开始运动　Ｎ　臂定位置　＼／　伺服ｌ到　ｉ　遣定位置≥　＼／　Ｕ　ｌｌ　伺服２待机　・－－－－－－－－－—－・－—－—－－—－ｌ——－一　伺服１停止　ｌ　计数器｝１　图２控制系统流程图　２控制系统硬件构成　控制系统硬件构成如图３所示。该系统采用　高速脉冲控制，上位机采用三菱ＰＬＣ　ＱＯ２，并用　ＲＳ２３２与计算机系统连接；采用ＱＤ７０Ｐ４定位模块　进行位置控制，该模块在多轴系统中可以进行４　轴控制输出，并实现位置及速度控制，实际采用了　２轴控制输出的方式，分别控制凸轮和传动杆；伺　伺服控制器１　光电感应开关　图３控制系统硬件组成　《轴承￣２０１２．Ｎｏ．４　服控制器采用ＭＲ—Ｊ２Ｓ，可以使用脉冲加方向的　输入方式及ＲＳ２３２和ＲＳ４２２的通信方式。　由于定位模块ＱＤ７０Ｐ４采用开环脉冲输出（４　轴开路集电极输出型），无法对系统中的伺服电动　机和伺服控制器进行监控，故使用ＰＬＣ检测伺服　控制的差分输出信号，并用软件进行设置，实现对　位置的闭环控制。因为设备的传动系统较为复　杂，为提供系统保护，采用周期性的外部检测方　式，并传递给ＰＬＣ校正。Ｎ一　，、　　３　程序设计　由于采用脉冲控制伺服驱动器，电动机行程　所需的脉冲数为：一次移动所需脉冲数／一　／，＝指定距　离×电动机旋转一周所需脉冲数÷电动机旋转一　周时负载移动量。　设计中使用了实用程序包ＧＸ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｏｒ—　ＰＴ１，对要运行ＱＤ７０的轴逐个进行初始化设置。　ＱＤ７０实用程序包ＧＸ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｏｒ—ＰＴ为无需考　虑Ｉ／０信号和缓冲存储器即可使用专用屏幕进行　ＱＤ７０的初始化设置、自动刷新设置监视和其他功　能的专用软件，作为开发的内置软件，该程序包需　要和ＧＸ　Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ同时使用。　控制伺服电动机位置控制程序如下：　ＬＤ　Ｘ０　０ＵＴ　Ｙ０　ＡＮＩ　Ｍ８　ＤＭＯＶＰ　Ｋ６０００　Ｕ０＼Ｇ８０４：６　０００　脉冲／秒　ＭＯＶＰ　Ｋ１５００　Ｕ０＼Ｇ８０２；ＡＣＣ／ＤＣＥ　１　５００　ｍｓ　ＭＯＶＰ　Ｋ１５００　Ｕ０＼Ｇ８０３　ＤＭＯＶＰ　Ｋ２５０００　Ｕ０＼Ｇ８０６；设置单向　行程　ＬＤ　ＡＮＩ　ＡＮＤＰ　Ｍ０ＶＰ　速度位置控制　ＳＥＴ　Ｍ８　ＭＯＶＰ　Ｋ１　Ｕ０＼Ｇ８００；设置连续定位　控制　ＬＤ　Ｘ０　ＡＮＩ　Ｘ８　（下转第２５页）　赵慧敏，等：无铆钉黄铜保持架圆柱滚子轴承装配模具的设计　定位销　圈、滚子及保持架座装在一起，然后将保持架压盖　对照配套线放在保持架座上，组装成一个轴承组　合件。冲压时，先将下模水平放在压力机的工作　台上，而后将轴承组合件以保持架内径定位，垂直　放在下模的台阶面上，再将上模以滚子组内切圆　定位平放在组合件上，转动手柄使定位销与保持　架凸头交叉错开，最后通过压力机对上模施加载　荷，使上模准确而又均匀紧压保持架压盖，将其准　确压人保持架座的合适位置，使保持架座与压盖　图２上模　锁紧牢固。　下模结构如图３所示。下模以保持架内径定　１　２　位，其小端面处外圆与保持架内径为间隙配合，且　与外圈内径、滚子互不干涉，结构较简单。　３　４　１一手柄；２一上模；３一轴承组合件；４一下模　图４模具装配总图　３　结束语　经现场使用证明，采用上述装配模具后，从根　本上解决了保持架压盖挠曲、变形以及轴承回转　不灵等问题，生产效率至少提高ｌ０倍以上，适合　大批量生产。　图３下模　（编辑：温朝杰）　模具装配原理图如图４所示。冲压前先将外　（上接第２２页）　设置；行程完成后检测Ｘ１８，使轴１停止；在设置完　ＡＮＤＰ　Ｍ１９　成后，使启动信号Ｙ８变成ＯＮ以从ＱＤ７０把脉冲　ＭＯＶＰ　Ｋ４　Ｕ０＼Ｇ８０１；设置反向　输出到驱动装置。　速度位置控制（轴１不需要反向运行）　此处两轴交替运行，通过设置Ｍ９和Ｍ１９来　ＳＥＴ　Ｍ８　切换运行。从时序上可知，轴２在轴１停止之后　ＭＯＶＰ　Ｋ１　Ｕ０＼Ｇ８ｏ０；设置连续　启动，而轴２停止后轴１再进行下一段运行，对于　定位控制　需要两轴同时运行的场合，可以先设置好运行参　ＬＤ　Ｘ０　数，再同时启动Ｙ８和Ｙ９。　ＡＮＤＰ　Ｘ１８；检测行程是否完成　ＲＳＴ　Ｍ８　４　结束语　ＭＯＶＰ　Ｋ０　Ｕ０＼Ｇ８００；设置定位终止　采用ＰＬＣ高速脉冲控制伺服驱动的方式简　ＬＤ　Ｍ８　单，硬件成本较低，系统采用的结构和控制方　ＡＮＩ　Ｘ１；轴１出错警报　法，可广泛应用于转台及直线运动的精确位置　ＡＮＩ　Ｘ１８　控制和速度控制，或需要进行各运动系统协调　ＯＵＴ　Ｙ８；设置轴１的启动信号　运作的情况，该控制方式可做为类似系统控制　ＥＮＤ　方法的参考。　上段程序中通过地址８０１设置进行正反控　（编辑：李超强）　制，通过ｘ１对轴进行监视；速度控制用８０４进行