PLC在单柱立式数控车床的应用

1 引言
随着机械行业的技术进步和市场的不断发展，市场需要更高的加工精度和工作效率，普通机床已经远远不能满足用户的要求，数控机床在市场中所占的比重越来越大。价格合理的数控系统是数控机床市场竞争力的重要因素，太原第一机床厂C515立式车床采用DELTA EH系列PLC加DVP 01PU-H单轴定位模块，非常方便的实现了速度控制、定位控制、原点复归、手摇轮MPG输入等多种功能，不仅满足数控设备的功能要求，而且响应速度快，价格合理，值得借鉴。

2 项目简介
太原第一机床厂设计制造的C515单柱立式数控车床，属于大型车床的一种。最大加工直径2300mm；最大加工高度1000mm；最大切削量7mm；最小进给量10um。

图1单柱立车结构

2.1 主辅传动
（1）驱动部分采用1台30KW高压伺服系统控制工作平台的旋转，2台1.6KW大惯量伺服系统控制水平（X轴）、垂直（Z轴）方向的进给。
（2）传动部分采用减速机和滚珠丝杠加滑块传动，水平（X轴）方向10um/20 pulse、垂直（Z轴）方向10um/30 pulse。

2.2控制要求
（1）通过操作按钮实现水平（X轴）、垂直（Z轴）方向的点动（点动速度通过手调电位器控制）。
（2）过操作按钮实现水平（X轴）、垂直（Z轴）方向变速移动（移动速度通过手调电位器控制），可以随时中止，且不影响下一动作。
（3）原点复归功能。
（4）手摇轮可以迅速且准确的实现水平（X轴）、垂直（Z轴）方向进给，单步最小进给10um，进给速度与手摇轮转动速度一致。
（5）轮控制模式需提供低（x1）、中（x5）、高（x10）共3个速度，既可用于单步定位，又可用于快速移动，方便用户操作。

3 台达数控解决方案
3.1 配置设计
根据系统分析，选用台达EH 系列高性能PLC作为主控单元。DVP 32EH00T（32点200Khz高速输出型主机） + DVP 48HP00R（48点继电器扩充24D＋I24DO） + DVP 04AD-H（4点AI扩充） + DVP 01PU-H（单轴定位扩充） + DVP 01PU-H（单轴定位扩充）。 其中DVP 32EH00T主机可输出200K开基极脉冲信号，用于控制工作平台旋转的30KW 380V高压伺服；2个DVP 01PU-H单轴定位模块分别用于控制水平（X轴）、垂直（Z轴）方向的进给；DVP 04AD-H模拟量采集模块用于检测2路电位器调节的电压值作为设定的工作速度。

3.2 主机简介
DELTA EH PLC，程序容量15872 steps，处理速度0.24us，输入/输出点数最大各256个，可扩展8个功能模块，自带双通讯口（可扩COM3）采用MODBUS协议，Easy Link功能可方便实现集联，自带4路高速脉冲输入（最高2路达200K），DVP20EH00T和DVP32EH00T机型支持双路200K脉冲输出。是一款功能强大的PLC主机。系统变量定义如表1所示。

表1系统变量定义

3.3 模拟量采集模块简介
DVP 04AD-H是一款4路14位模拟量采集模块，既可以单独使用，通过RS485通讯远程控制，也可以作为EH PLC的功能扩展，使用FROM/TO指令控制操作，精度高，响应速度快。

3.4 伺服定位模块简介
进和伺服系统的速度/位置控制的功能。DVP 01PU-H单轴定位模块使用简便、功能完善、响应速度快、价格合理。不仅可接受LSN/LSP/DOG等开关量信号，还可接受200K的A/B相脉冲信号（差动或5-24V开基极）作为手摇轮MPG脉冲输入，可输出200K差动脉冲信号（支持正负脉冲、脉冲加方向、AB相信号），支持电子齿轮比。运行命令（#CR31）提供软件START、软件STOP、点动JOG及原点复归功能的使用。工作模式设定能够实现速度控制、定位控制、手摇轮MPG输入等多种功能。

4 软件开发
该数控车床最重要的控制要求是准确的位置控制、变速度控制和快速的响应速度。使用了三个功能模块，主要功能全部通过PLC模块来实现，全部程序不足1000steps。

4.1 开发要点
由于大量使用FROM/TO语句，使用时需注意以下几点：
（1）为了控制程序扫描时间，建议规划使用FROM/TO语句。
模块功能和状态的初始化语句，只需开机时执行一次，建议采用M1002作为执行条件；需要不断刷新和调整的采样或控制指令，可使用M1012上升/下降沿作为执行条件定期执行。
其他需条件满足才执行的语句，建议采用TOP语句，或以相关条件的上升/下降沿作为执行条件。最终的目的是减少执行次数，缩短程序扫描时间。
（2）为避免开始运行时由于初始化内容过多而导致PLC报警，请将D1000中的WDT时间延长。
（3）DTO语句的每批次写入双字节，如果结尾为Kn，则表示写入n个双字节数。

4.2 模入模块编程
DVP 04AD-H是一款4路14位模拟量采集模块。各路数据采集程序：

4.3 单轴定位模块编程
DVP01PU-H模块使用注意：

（1）设定工作模式#CR32前必须先停止输出。
（2）点动JOG模式，运行中无法改变速度，且不受软件START / STOP功能制约。
（3）变速运行模式可以在工作过程中修改速度，但运行方向需要通过设定#CR23位移量的正负或修改#CR5的旋转方向来实现。
（4）建议采用相对位移模式。
编程案例：垂直（Z轴）手摇轮MPG输入控制功能启动（选用不同速比）：