淺析可編程控制器（PLC）在內(nèi)圓切割機(jī)中的應(yīng)用

1.引言

微控內(nèi)圓切割機(jī)是半導(dǎo)體行業(yè)的主要產(chǎn)品，每年的銷(xiāo)售量大約為50~60臺(tái)，而且每年銷(xiāo)售量呈遞增趨勢(shì)，但以前我廠制造的內(nèi)圓切割機(jī)主要采用單片機(jī)進(jìn)行控制，由于線路板為手工焊制，出錯(cuò)率相當(dāng)大，維修率也非常高，客戶反映設(shè)備問(wèn)題很多，為此我們對(duì)機(jī)器的電器部分進(jìn)行了改造。采用PLC控制，文本顯示器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和顯示。通過(guò)生產(chǎn)銷(xiāo)售，用戶反映很好，提高了設(shè)備的可靠性。

2.PLC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

PLC全稱(chēng)為可編程序控制器，其運(yùn)行可靠，故障率低。已成為主要的工業(yè)控制產(chǎn)品，其功能強(qiáng)大，內(nèi)部有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等輔助寄存器。其可通過(guò)外部信號(hào)的給定，來(lái)觸發(fā)輸出端的繼電器等信號(hào)。來(lái)完成對(duì)整機(jī)的控制。PLC主要有繼電器型和晶體管型兩種。

內(nèi)圓切割機(jī)，采用的是三菱FX1s-30MT-001晶體管型PLC,這種PLC為16點(diǎn)輸入，14點(diǎn)輸出，晶體管型，其供電電壓為交流220V,其內(nèi)部自帶直流24V電源，可供輸入部分感應(yīng)開(kāi)關(guān)用，為其供電。輸出的Y0口設(shè)定為固定的步進(jìn)電機(jī)脈沖輸出口，Y1口設(shè)定為固定的步進(jìn)電機(jī)方向輸出口。將此兩信號(hào)輸入到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給。同時(shí)配有RS232口，可同文本顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。并通過(guò)文本顯示器設(shè)定和顯示PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)參數(shù)。

生產(chǎn)的內(nèi)圓切割機(jī)，從控制方面主要采集的信號(hào)和主要控制的輸入點(diǎn)包括：1.手動(dòng)/自動(dòng)方式選擇，手動(dòng)方式主要為切割過(guò)程前對(duì)刀所用，內(nèi)圓切割工藝中，手動(dòng)對(duì)刀方式是必須的；自動(dòng)方式主要為對(duì)刀過(guò)程完成后，進(jìn)行自動(dòng)切割過(guò)程。到達(dá)設(shè)定片數(shù)后，機(jī)器自動(dòng)停車(chē)。2.運(yùn)行/停止主要是對(duì)自動(dòng)切割過(guò)程發(fā)出信號(hào)和停止信號(hào)。3.主軸/冷卻主要是為了開(kāi)啟主軸電機(jī)和冷卻電機(jī)。4.點(diǎn)動(dòng)向左、向右、向前、向后主要是手動(dòng)對(duì)刀過(guò)程中調(diào)整機(jī)器用，這些按鈕只在手動(dòng)方式下才起作用。5.前限位、后限位、左限位、右限位，電機(jī)退回位主要是開(kāi)關(guān)檢測(cè)信號(hào)，提供極限位置保護(hù)。6.回位是對(duì)報(bào)警信號(hào)的確認(rèn)。主要控制的輸出點(diǎn)包括：1.步進(jìn)脈沖、步進(jìn)方向、脫機(jī)信號(hào)等。2.主軸電機(jī)、冷卻電機(jī)、主軸制動(dòng)。3.控制快進(jìn)快退橫向電機(jī)左右行走繼電器。4.報(bào)警燈、按鈕指示燈等信號(hào)。

上述為控制PLC的輸入輸出各點(diǎn)，由此我們畫(huà)出的硬件控制線路圖如下：

圖一

3.PLC程序?qū)?nèi)圓切割機(jī)的控制設(shè)計(jì)

3.1對(duì)切割過(guò)程中片數(shù)統(tǒng)計(jì)的控制程序

內(nèi)圓切割機(jī)的切割工藝中要求，第一刀切割不能統(tǒng)計(jì)到切割片數(shù)中，因此要避開(kāi)，其切割片數(shù)到設(shè)定的數(shù)值后，報(bào)警機(jī)器停車(chē)。其程序控制如下：

LPD m9 //*自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)啟后*// AND X013 //*自動(dòng)運(yùn)行在右限位*//

OUT m10 //*設(shè)第一刀標(biāo)志*// OUT m10 //*設(shè)第一刀標(biāo)志*//

DMOV D520 D522 //*傳送未切片數(shù)值*// LD m10 //*取第一刀開(kāi)始切標(biāo)志*//

LD m10 //*取第一刀開(kāi)始切標(biāo)志*// AND X013 //*右限位到后*//

LD m11 //*設(shè)切過(guò)一刀標(biāo)志，開(kāi)始準(zhǔn)備計(jì)數(shù)*//

ANDP X013 //*右限位上升沿時(shí)*//

DSUB D522 K1 D522 //*剩余未切片數(shù)減1計(jì)數(shù)*//

3.2對(duì)切割過(guò)程中走設(shè)置片厚的控制程序

內(nèi)圓切割機(jī)的切割工藝中要求，片厚的要求很高，平行度、一致度要求很高，為后道工序研磨工藝做準(zhǔn)備，這就要求走片厚時(shí)精確度很高，采用三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其成本低，運(yùn)行平穩(wěn)。采用細(xì)分?jǐn)?shù)，消除電機(jī)的低頻震蕩。提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)提高了電機(jī)的分辨率。

其步進(jìn)距離計(jì)算過(guò)程如下：設(shè)置片厚為D516（PLC數(shù)字單元）單位為mm,三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.75°/1.5°，設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)為10,其細(xì)分后步距角為0.75°÷10=0.075°，則步進(jìn)電機(jī)一轉(zhuǎn)所需要的脈沖數(shù)為360°÷0.075°=4800脈沖，進(jìn)給采用步進(jìn)電機(jī)帶滾珠絲杠傳動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，絲杠對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)一圈，絲杠螺距為4mm,那么1mm對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)為4800÷4=1200,片厚D518為兩位帶小數(shù)值，所以D516對(duì)用步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)為D516*K12.即為控制步進(jìn)電機(jī)輸出所需脈沖數(shù)。

其步進(jìn)速度計(jì)算過(guò)程如下：設(shè)置速度為D520（PLC數(shù)字單元）單位為mm/min,D520÷K60換算為單位mm/s送入D522.步進(jìn)電機(jī)1mm對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為1200,對(duì)應(yīng)D520速度下一秒鐘對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為D522*K1200.那么脈沖周期T=1/d522*K1200.則脈沖頻率F=1/T=D522*K1200.即為控制步進(jìn)電機(jī)的輸出頻率。

以上兩個(gè)計(jì)算過(guò)程控制程序如下：

DMOV D516 D518 //*傳送片厚設(shè)定值*//

DMUL D518 K12 D518 //*將片厚值轉(zhuǎn)換成所需脈沖數(shù)*//

DDIV D520 K60 D522 //*傳送速度設(shè)定值*//

DMUL D522 K1200 D522 //*將速度值轉(zhuǎn)換成所需脈沖頻率*//

PLSR D522 D518 K100 Y000 //*按指定速度走片厚設(shè)定值，脈沖頻率為D522KHz,脈沖數(shù)為D518,加減速時(shí)間為100ms,輸出口為Y000*//注意脈沖頻率值不能超過(guò)100KHZ.

3.3對(duì)機(jī)器點(diǎn)動(dòng)時(shí)前后行走時(shí)的控制程序

點(diǎn)動(dòng)過(guò)程是內(nèi)圓切割機(jī)切割工藝中的必需過(guò)程，其通過(guò)頻率的設(shè)定，可改變縱向絲杠的行走速度提高效率。通過(guò)點(diǎn)動(dòng)操作調(diào)整好前后的相行程，并調(diào)整好左右切割過(guò)程中切割透的行程。

LD m8 //*在手動(dòng)方式下*//

DMOV K0 D0 //*設(shè)定脈沖數(shù)0,即步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖數(shù)不受控制，無(wú)窮大*//

DMOV D530 D532 //*手動(dòng)時(shí)的脈沖頻率*//

PLSR D532 D0 K100 Y000 //*手動(dòng)時(shí)走動(dòng)，頻率為D532值，脈沖數(shù)為0,即對(duì)脈沖數(shù)沒(méi)有限制。加減速時(shí)間為100 ms,輸出口為Y000*//

4.文本顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文本顯示器選取TP04G-AS2系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品為最多四行文本顯示，帶操作鍵，且為L(zhǎng)CD顯示，使用壽命長(zhǎng)，而且安全可靠。其通過(guò)專(zhuān)用的RS232數(shù)據(jù)線同PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該文本顯示器主要顯示內(nèi)圓切片機(jī)切割過(guò)程中參數(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

切割片厚值的設(shè)定、切割片數(shù)值的設(shè)定、切割速度值的設(shè)定、剎車(chē)時(shí)間值的設(shè)定、切割總片數(shù)值的顯示、剩余未切片數(shù)的顯示。

這些需要設(shè)定、顯示的參數(shù)通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件組織好后，下載到TP04G-AS2中，進(jìn)入運(yùn)行模式后將PLC和文本顯示器通過(guò)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)線連接后即可進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)?？梢赃M(jìn)行參數(shù)設(shè)定和顯示。

5.結(jié)束語(yǔ)

我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，證明PLC和文本顯示器在內(nèi)圓切割機(jī)中運(yùn)用是可行的，它改變了以往前期內(nèi)圓切割機(jī)一些弊病，提高了該設(shè)備的可靠性和市場(chǎng)占有率，為的設(shè)備提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，該機(jī)型的應(yīng)用在行業(yè)內(nèi)屬于領(lǐng)先水平，同時(shí)成本也沒(méi)有相應(yīng)的增加。