工业技术 ￥７－２００系列ＰＬＣ控制三菱ＭＲ－Ｊ３伺服的实现① 杨飞 （长城汽车股份有限公司 河北保定０７ １ ０００） 摘要：随着科学技术的不断发展、人民生活水平的不断提高，人们对用于生产日常用品的机床的加工精度和生产效率的要求越来越高。 例如，用继电器、接触器控常Ｊ离合器的形式实现变速，用行程开关实现定位的铣床，这些设备用于汽车零件件的加工，在生产品质和生产 效率方面都不能满足生产的需要，这就需要对这些老的设备进行升级改造，使其实现精确地位置控制和速度控制。本文将对用￥７－２００系 列ＰＬＣ和三菱ＭＲ－Ｊ３伺服实现ＸＡ６１３２铣床的位置控制进行论述，铣床的主轴采用普通电机，铣床的进给轴采用伺服电机控制。 关键词；ＰＬＣ伺服位置控制 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—３７９１（２０１４）０２（ｃ）－ｏ０９２－０２ 前言：数控设备已成为目前非常普遍 设备需要进行ＰＬＣ改造升级，本文帮助大 １硬件配置 的生产设备，其具有稳定性好、加工精度 家学习￥７－２００系￣ＩＩＰＬＣ进行位置控制的知 １．１伺服放大器和伺服电机 高等优点，然而很多公司还有一些较老的 识。 三菱ＦＲ—Ｊ３伺服放大器具有高响应性、 高精度定位、高水平自动调谐、脉冲序列输 人与等优点，基于伺服电机和伺服放大器 性价比、性能的综合考虑，选用性价比高的 三菱ＭＲ—Ｊ３伺服放大器ｉｌ］ＨＦ－ＳＰ三菱伺服 电机。根据实际转矩要求选择相应的型号， 本文中选用ＭＲ—Ｊ３—５００Ａ伺服放大器和 ＨＦ—ＳＰ５０２伺服电机。 １．２ ＰＬＣ 在小型的ＰＬＣ控制系统中，西门子ｓ７— ２００系列的ＰＬＣ具有运行速度快、运行稳定、 价格较低等优点，所以选用￥７－２００系列的 ＰＬＣ对伺服进行控制。对伺服控制器的控 制方式选用集电极开路方式…的位置控制 模式，伺服的脉冲输入端输入２４ Ｖ低电平 的脉冲，因此，选用２４ Ｖ低电平输出、并且 具有速度控制、位置控制、占空比控制＿２】的 Ｓ７—２２４ＸＰｓｉ ＣＮ ＤＣ／ＤＣ／ＤＣ型号的ＰＬＣ。 １．３控制屏的选型 ＭＤ２０４ＬＶ４文本显示器是可编程序控 制器的小型人机界面，以文字或指示灯等 形式监视、修改ＰＬＣ内部寄存器或继电器 —’ Ｅ Ｉ ３ Ｌｌ ＴＥ１ ｔ ２ ＣＮＰ３ ＵＶ Ｗ３ Ｗ Ｉ① 刖 司服电机 ＨＦ的数值及状态，从而使操作人员能够自如 地控制机器设备口】。其能跟ｓ７—２００系￣ＵＰＬＣ 能够通讯并且价格便宜，所以选择该型号 的文本显示器作为人机界面。 Ｅ ＰＥ Ｊ ｌ ＩＳＰ５０２ ３● Ｌ２ｌ ・Ｉ １ｌ ＴＥ２ ＣＮ２一 ｌ编码器电缆ｊ ｌ ＩⅢ２１Ｐｔ （●） 伺服驱动器 “Ｄ Ｔｑ ｎｎＡ ９０ 编码器 ｌ＼√ ２硬件连接 ２．１主电路的连接 主轴电机为普通电机，采用接触器进 行控制，离合器控制主轴的抱紧与松开，用 于换刀时将主轴抱紧。伺服轴采用伺服控 ｒ—ｎＰｒ １２ ・●●—＿Ｌ＿ ＤＩＣＯＭ ２Ｏ ・●●——ｔｍ＿ ＤＯＣＯＭ ４６ ＤＯＣ０Ｍ ４６ ＣＲ ４１ ｌｍＩ、Ｊｏ ｕｕ＾ ４８ ＡＬＭ １５ ＳＯＮ ４２ ＥＭＧ ４３ ＬＳＰ ｎ ＵＫＡ３ ｓ ＰＰ ｌＯ ＣＮ１ ｌ９ ＲＥＳ ＲＥＳ Ａ６ ＫＡ６ 制，２４伏电源给ＰＬＣ、伺服、离合器及文本 显示器提供电源，其中文本显示器＊ＮＰＬＣ 共用一个２４伏电源。三菱ＭＲ—Ｊ３伺服控制 器需要运行，必须在Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３之间输入３ ＤＯＣＯＭ ４６ ．Ｉ●ｌ＿—一 ＮＰ ３５ ４４ ＬＳＮ ４７ Ｄ０ＣＯＭ Ｄｏｃ０ 设备型号Ｉ 设计 校对 Ｉ设各名称 相ＡＣ２２０Ｖ电源并在Ｌｌ１、Ｌ２１之间输入单相 ＡＣ２２０Ｖ电源。 伺服接线图麻ｌ编号 审核 ２．２ ＰＬＣ的电路连接 这里我们用ＰＬＣ的ＱＯ．０作为正向脉冲 串输出端、ＱＯ．１作为反向脉冲串输出端；伺 图２ ①作者简介：杨飞（１９８３，ｌ０一），男，汉族，籍贯：河北省邢台市巨鹿县巨鹿镇东辛庄村，本科，助理工程师，工程技术，从事数控设备维护、 改善工作。 ９２ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 工业技术 制，伺服的ＰＰ端口用于正向脉冲串的输入， ＳＯＩＥＮＯＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ 服的控制选用集电极开路方式的位置控 转一周所需要输入的指令脉冲数，机床上 Ｓｃａｌｅ—ＥＵ—Ｐｕｌｓｅ功能块的作用是将一个位 电机与丝杆为联轴器进行连接，所以电机 置量转化为脉冲量，它可用于将一段位移 ＮＰ端口用于反向脉冲串的输入，ＣＲ端日用 的转速与丝杆的转速比为１：１，丝杆的螺距 转化为脉冲数，或将一个速度转化为脉冲 于清除偏差计数器内滞留的脉冲 用接近 为４ ｍｍ，则电机每旋转１周，进给轴前进 频率；Ｓｃａｌｅ—Ｐｕｌｓｅ—ＥＵ功能块的作用是将一 开关检测机床的原点位置和极限行程；显 ４ ｍｍ，我们这里将ＰＡ０５的参数设置为４０００， 个脉冲量转化为一个位置量，它可用于将 一示面板、手动操作以及参数设置采用 则每１０００个脉冲对应进给轴实际移动的距 式以及ＰＬＣ的硬件连接要求，ＰＬＣ的接线图 如图ｌ所示。 段脉冲数转化为位移，或将一个脉冲频 对以上的功能均设定完成后，就到了 ＭＤ２０４ＬＶ４文本显示器。根据上述的控制方 离为１ ｍｍ；参数ＰＡｌ ３为选择脉冲的输入形 率转化为速度。 式，根据ＰＬＣ的输出特性，所以将ＰＡ１ ３的值 设定为００ｌＯｈ。 ３．２ ＰＬＣ程序设计 ２．３伺服的电路连接 参照ＭＲ—Ｊ３一口Ａ伺服放大器技术资 机床控制的关键的一步，即ＰＬＣ脉冲输出 的控制，采用ＱＯ—Ｘ—ＭｏｖｅＡｂｓｏｌｕｔｅ功能块实 西门子ＰＬＣ支持模块化程序的调用，所 现机柬的运动控制。该功能块的作用是让 料，根据伺服的接线要求，ＤＩＣＯＭ接直流２４ 以我们可以查找到脉冲输出的库文件，将 轴以制定的速度，运动到制定的绝对位置。 伏，Ｄ０ＣＯＭ接０伏，ＳＯＮ端口用于伺服开启， 脉冲输出库文件导入到我们编制的程序 通过以上的硬件及ＰＬＣ程序的设计，就 ＲＥＳ端口接伺服报警复位信号，ＥＭＧ接伺 中，我们就可以直接调用库文件里的功能 可以使机床具备最基本的位置控制功能， 服紧急停止信号，对伺服的接线如图２所 块。这里我们将￥７－２００脉冲输出ＭＡＰ文件 我们可以根据实际的需要增加各种保护功 示。 库调入到程序的库文件中。 用Ｑｏ—Ｘ—ＣＴＲＬｔ １功能块（ｘ为０或１，分别 能及其它辅助功能。 ２．４通讯线的选择 图２中ＰＬＣ与文本显示器之间的通讯电 对应Ｑｏ．ＯＴｎＱＯ．１，后面用到的Ｘ均为此含义 参考文献 缆线选用型号为ＭＤ２Ｏ４Ｌ—Ｓ７—２００的通讯 ），设定脉冲输出的全局参数，包括启动／停 ［１］三菱电机自动化（上海）有限公司．ＭＲ— 线。图３中伺服放大器与编码器之间的通讯 止频率、最大频率、最大加减速时间、正向 Ｊ３一口Ａ伺服放大器技术资料集［ｚ】． 线购买三菱品牌、型号为ＭＲ—Ｊ３ＥＮｓｃＢ１０Ｍ 限位开关、反向限位开关、当前绝对位置。 ［２】ＳＩＥＭＥＮＳ．￥７－２００ＣＮ可编程序控制器 Ｌ的信号线。 用ＱＯ—Ｘ—Ｈｏｍｅ功能块实现Ｘ轴和Ｙ轴 产品样本［Ｚ］．２０１０：１１． 的回原点功能。 ［３】广州正奇科技有限公司．ＭＤ２０４ＬＶ４用 ３参数设置及ＰＬＣ程序设计 ３．１伺服主要参数设置 在文本显示器的界面上所有的参数显 户手册［Ｚ］． 示和参数设定都以毫米为单位，而ＰＬＣ内 ［４】西门子（中国）有限公司．Ｓ７—２００ ＰＬＣ脉 冲输出ＭＡＰ库文件的使用［Ｚ】．２０１ ｌ：８— ９． 伺服在出厂时的参数全部为初始参 部控制则是以脉冲个数体现。所以，要对每 数，在此基础上必须对必要的参数进行设 个轴移动的距离和移动速度进行控制，就 置，伺服才能带动电机工作。在铣床的实际 需要将设定的位置量转化为脉冲量对伺服 加工中，进给轴需要先快进到预加工位置， 进行控制；同样，要将每个轴的当前位置或 然后进给速度变慢开始攻进，直至加工完 当前移动速度显示到文本显示器上就需要 成，进给轴以快速返回原点或指定位置。所 将ＰＬＣ内部的脉冲量转化为位置量。为了 以选择伺服的位置／速度控制模式，即将 实现以上两种功能，需要用到Ｓｃａｌｅ—ＥＵ— ＰＡＯ１设置为０００１；参数ＰＡ０５为伺服电机旋 Ｐｕｌｓｅ功能块和Ｓｃａｌｅ—Ｐｕｌｓｅ—ＥＵ功能块， 镶钻头的胎体应该较硬，孕镶钻头的胎体 多样，建议在现场工作中应多准备几款应 在对 对不同地层的钻头，尽量针对不同的地层 定是为了满足岩芯的直径要求，外径的 应该较软。但是还有一个要注意的是， 大小则需要根据具体情况而定，不同内外 较硬岩石取芯时，即使同样的表镶钻头由 使用其对应的钻头以达到最优取芯效果。一（上接９１页） 径造成了不同的切削面积。例如在钻取相 于胎体的硬度不一样，取芯结果也是有差 （３）建议钻取５０～８０颗岩芯后便更换一次钻 这些钻头应该在每口井 同的地层并在钻压一定的情况之下，切削 异的，１号和９号钻头同时对花岗岩取芯后 头（根据实际情况），其硬 作业之后立即检查是否坏齿、金刚石掉落 面积越大，则取芯遇到的阻力也越大；切削 就能显示出来了。１号钻头为Ｘ基胎体，面积越小，则取芯遇到的阻力也越小。图５ 度要大于９号钻头的Ｙ基胎体，在同样钻压、 为１号、２号和６号钻头钻取细砂岩时的钻 钻取时间的条件下，钻取硬度较大的花岗 ４）取芯钻头在保存时，应存放在专 岩后，９号钻头的金刚石磨粒就脱落了几 能取芯。（压一扭矩对比图。 而１号钻头的金刚石颗粒还未出现脱离 用的存储箱内，尽量避免由于钻头之间相 从图５可以看到，在钻取硬度较低的细 个，砂岩时，随着钻压的增大，１号钻头的扭矩 现象。 或变钝、钻头胎体是否损坏等，任何上面所 说的情况都可能使钻取岩芯速度减慢或不 互摩擦碰撞造成的切削刃损坏。 明显小于２号钻头，６－９钻头则更大。这是因 参考文献 为这三种钻头的内径相同，但１号钻头的外 ３实验结果 １］郝桂清，庞希顺，欧阳剑．增强型旋转井 经过实验数据的比对与筛选，最终将 ［径小于２号钻头，则１号钻头的切削面积小 壁取芯器技术及应用［Ｊ】．石油仪器， 于２号钻头，在钻取软地层时受力面积较 实验结果绘制成了如表１所示的取芯钻头 小，性能相对差一些。６－９钻头的外径虽然 小于２号钻头，但是６号钻头的切削面与其 地层适用性星级评定表。 ２Ｏｌ１． ［２】中海油田服务股份有限公司．钻进式井 壁取芯测井仪ＥＲＳＣＴＭ—ｌ用户手册【Ｚ］． ２００９． 他钻头不同，存在一个特定的角度，相比别 ４结论 （１）对ｌ２种旋转井壁取芯空心金刚石 的钻头而言在钻取岩芯时更合适，扭矩也 更大。 ２．２．６钻头的胎体 钻头的结构和各项性能参数进行理论分 析，同时密切结合模拟取芯的实验数据，对 钻头的胎体需要一定的硬度，主要根 每种钻头适用哪些地层岩石给出了相对具 据钻头金刚石镶嵌的形式来选择，例如表 体的结论。（２）由于实际取芯地层条件复杂 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ９３