浅析可编程控制器(PLC)在内圆切割机中的应用

1.引言

微控内圆切割机是我公司半导体行业的主要产品，每年的销售量大约为50~60台，而且每年销售量呈

递增趋势，但以前我厂制造的内圆切割机主要采用单片机进行控制，由于线路板为手工焊制，出错率相当大，维修率也非常高，客户反映设备问题很多，为此我们对机器的电器部分进行了改造。采用PLC控制，文本显示器进行参数的设定和显示。通过生产销售，用户反映很好，提高了设备的可靠性。

2.PLC的结构设计

PLC全称为可编程序控制器，其运行可靠，故障率低。已成为主要的工业控制产品，其功能强大，内部有定时器、计数器等辅助寄存器。其可通过外部信号的给定，来触发输出端的继电器等信号。来完成对整机的控制。PLC主要有继电器型和晶体管型两种。

内圆切割机，采用的是三菱FX1s-30MT-001晶体管型PLC，这种PLC为16点输入，14点输出，晶体管型，其供电电压为交流220V，其内部自带直流24V电源，可供输入部分感应开关用，为其供电。输出的Y0口设定为固定的步进电机脉冲输出口，Y1口设定为固定的步进电机方向输出口。将此两信号输入到步进电机驱动器，控制步进电机的进给。同时配有RS232口，可同文本显示器进行数据交换。并通过文本显示器设定和显示PLC内的数据参数。

我公司生产的内圆切割机，从控制方面主要采集的信号和主要控制的输入点包括：1.手动/自动方式选择，手动方式主要为切割过程前对刀所用，内圆切割工艺中，手动对刀方式是必须的；自动方式主要为对刀过程完成后，进行自动切割过程。到达设定片数后，机器自动停车。2.运行/停止主要是对自动切割过程发出信号和停止信号。3.主轴/冷却主要是为了开启主轴电机和冷却电机。4.点动向左、向右、向前、向后主要是手动对刀过程中调整机器用，这些按钮只在手动方式下才起作用。5.前限位、后限位、左限位、右限位，电机退回位主要是开关检测信号，提供极限位置保护。6.回位是对报警信号的确认。主要控制的输出点包括：1.步进脉冲、步进方向、脱机信号等。2.主轴电机、冷却电机、主轴制动。3.控制快进快退横向电机左右行走继电器。4.报警灯、按钮指示灯等信号。

上述为控制PLC的输入输出各点，由此我们画出的硬件控制线路图如下：



图一

3.PLC程序对内圆切割机的控制设计

3.1对切割过程中片数统计的控制程序

内圆切割机的切割工艺中要求，第一刀切割不能统计到切割片数中，因此要避开，其切割片数到设定的数值后，报警机器停车。其程序控制如下：

LPD    m9        //*自动运行开启后*//     AND   X013          //*自动运行在右限位*//

OUT  m10       //*设第一刀标志*//       OUT    m10          //*设第一刀标志*//

DMOV  D520  D522    //*传送未切片数值*//  LD      m10        //*取第一刀开始切标志*//

LD      m10      //*取第一刀开始切标志*//  AND    X013        //*右限位到后*//

LD      m11      //*设切过一刀标志，开始准备计数*//

ANDP   X013             //*右限位上升沿时*//

DSUB   D522  K1  D522      //*剩余未切片数减1计数*//

3.2对切割过程中走设置片厚的控制程序

内圆切割机的切割工艺中要求，片厚的要求很高，平行度、一致度要求很高，为后道工序研磨工艺做

准备，这就要求走片厚时精确度很高，采用三相反应式步进电机，其成本低，运行平稳。采用细分数，消除电机的低频震荡。提高了电机的输出转矩，同时提高了电机的分辨率。

其步进距离计算过程如下：设置片厚为D516（PLC数字单元）单位为mm，三相步进电机的步距角为0.75°/1.5°，设定细分数为10，其细分后步距角为0.75°÷10=0.075°，则步进电机一转所需要的脉冲数为360°÷0.075°=4800脉冲，进给采用步进电机带滚珠丝杠传动。步进电机转一圈，丝杠对应转一圈，丝杠螺距为4mm，那么1mm对应的步进电机脉冲数为4800÷4=1200，片厚D518为两位带小数值，所以D516对用步进电机的脉冲数为D516*K12。即为控制步进电机输出所需脉冲数。

其步进速度计算过程如下：设置速度为D520（PLC数字单元）单位为mm/min，D520÷K60换算为单位mm/s送入D522。步进电机1mm对应的脉冲数为1200，对应D520速度下一秒钟对应的脉冲数为D522*K1200。那么脉冲周期T=1/d522*K1200。则脉冲频率F=1/T=D522*K1200。即为控制步进电机的输出频率。

以上两个计算过程控制程序如下：

DMOV    D516  D518                  //*传送片厚设定值*//

DMUL    D518  K12  D518             //*将片厚值转换成所需脉冲数*//

DDIV     D520  K60  D522             //*传送速度设定值*//

DMUL    D522  K1200  D522           //*将速度值转换成所需脉冲频率*//

PLSR     D522  D518  K100  Y000     //*按指定速度走片厚设定值，脉冲频率为D522KHz，脉冲数为D518，加减速时间为100ms，输出口为Y000*//注意脉冲频率值不能超过100KHZ。

3.3对机器点动时前后行走时的控制程序

点动过程是内圆切割机切割工艺中的必需过程，其通过频率的设定，可改变纵向丝杠的行走速度提高

效率。通过点动操作调整好前后的相行程，并调整好左右切割过程中切割透的行程。

LD      m8                       //*在手动方式下*//

DMOV   K0  D0                  //*设定脉冲数0，即步进电机输出脉冲数不受控制，无穷大*//

DMOV   D530    D532            //*手动时的脉冲频率*//

PLSR    D532   D0   K100  Y000  //*手动时走动，频率为D532值，脉冲数为0，即对脉冲数没有限制。加减速时间为100 ms，输出口为Y000*//

4.文本显示器的结构设计

文本显示器选取台达公司的TP04G-AS2系列产品，该产品为最多四行文本显示，带操作键，且为LCD

显示，使用寿命长，而且安全可靠。其通过专用的RS232数据线同PLC进行数据传输。该文本显示器主要显示内圆切片机切割过程中参数主要表现在以下几个方面：

切割片厚值的设定、切割片数值的设定、切割速度值的设定、刹车时间值的设定、切割总片数值的显

示、剩余未切片数的显示。

这些需要设定、显示的参数通过专门的软件进行设计，软件组织好后，下载到TP04G-AS2中，进入运行模式后将PLC和文本显示器通过专用的数据线连接后即可进行运行状态。可以进行参数设定和显示。

5.结束语

我们通过现场的调试，证明PLC和文本显示器在内圆切割机中运用是可行的，它改变了以往我公司前

期内圆切割机一些弊病，提高了该设备的可靠性和市场占有率，为我公司的设备提供了一个很好的平台，该机型的应用在行业内属于领先水平，同时成本也没有相应的增加。