1.引言

微控內圓切割機是半導體行業的主要產品，每年的銷售量大約為50~60臺，而且每年銷售量呈遞增趨勢，但以前我廠制造的內圓切割機主要采用單片機進行控制，由于線路板為手工焊制，出錯率相當大，維修率也非常高，客戶反映設備問題很多，為此我們對機器的電器部分進行了改造。采用PLC控制，文本顯示器進行參數的設定和顯示。通過生產銷售，用戶反映很好，提高了設備的可靠性。

2.PLC的結構設計

PLC全稱為可編程序控制器，其運行可靠，故障率低。已成為主要的工業控制產品，其功能強大，內部有定時器、計數器等輔助寄存器。其可通過外部信號的給定，來觸發輸出端的繼電器等信號。來完成對整機的控制。PLC主要有繼電器型和晶體管型兩種。

內圓切割機，采用的是三菱FX1s-30MT-001晶體管型PLC,這種PLC為16點輸入，14點輸出，晶體管型，其供電電壓為交流220V,其內部自帶直流24V電源，可供輸入部分感應開關用，為其供電。輸出的Y0口設定為固定的步進電機脈沖輸出口，Y1口設定為固定的步進電機方向輸出口。將此兩信號輸入到步進電機驅動器，控制步進電機的進給。同時配有RS232口，可同文本顯示器進行數據交換。并通過文本顯示器設定和顯示PLC內的數據參數。

生產的內圓切割機，從控制方面主要采集的信號和主要控制的輸入點包括：1.手動/自動方式選擇，手動方式主要為切割過程前對刀所用，內圓切割工藝中，手動對刀方式是必須的；自動方式主要為對刀過程完成后，進行自動切割過程。到達設定片數后，機器自動停車。2.運行/停止主要是對自動切割過程發出信號和停止信號。3.主軸/冷卻主要是為了開啟主軸電機和冷卻電機。4.點動向左、向右、向前、向后主要是手動對刀過程中調整機器用，這些按鈕只在手動方式下才起作用。5.前限位、后限位、左限位、右限位，電機退回位主要是開關檢測信號，提供極限位置保護。6.回位是對報警信號的確認。主要控制的輸出點包括：1.步進脈沖、步進方向、脫機信號等。2.主軸電機、冷卻電機、主軸制動。3.控制快進快退橫向電機左右行走繼電器。4.報警燈、按鈕指示燈等信號。

上述為控制PLC的輸入輸出各點，由此我們畫出的硬件控制線路圖如下：

圖一

3.PLC程序對內圓切割機的控制設計

3.1對切割過程中片數統計的控制程序

內圓切割機的切割工藝中要求，第一刀切割不能統計到切割片數中，因此要避開，其切割片數到設定的數值后，報警機器停車。其程序控制如下：

LPD m9 //*自動運行開啟后*// AND X013 //*自動運行在右限位*//

OUT m10 //*設第一刀標志*// OUT m10 //*設第一刀標志*//

DMOV D520 D522 //*傳送未切片數值*// LD m10 //*取第一刀開始切標志*//

LD m10 //*取第一刀開始切標志*// AND X013 //*右限位到后*//

LD m11 //*設切過一刀標志，開始準備計數*//

ANDP X013 //*右限位上升沿時*//

DSUB D522 K1 D522 //*剩余未切片數減1計數*//

3.2對切割過程中走設置片厚的控制程序

內圓切割機的切割工藝中要求，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備，這就要求走片厚時精確度很高，采用三相反應式步進電機，其成本低，運行平穩。采用細分數，消除電機的低頻震蕩。提高了電機的輸出轉矩，同時提高了電機的分辨率。

其步進距離計算過程如下：設置片厚為D516（PLC數字單元）單位為mm,三相步進電機的步距角為0.75°/1.5°，設定細分數為10,其細分后步距角為0.75°÷10=0.075°，則步進電機一轉所需要的脈沖數為360°÷0.075°=4800脈沖，進給采用步進電機帶滾珠絲杠傳動。步進電機轉一圈，絲杠對應轉一圈，絲杠螺距為4mm,那么1mm對應的步進電機脈沖數為4800÷4=1200,片厚D518為兩位帶小數值，所以D516對用步進電機的脈沖數為D516*K12.即為控制步進電機輸出所需脈沖數。

其步進速度計算過程如下：設置速度為D520（PLC數字單元）單位為mm/min,D520÷K60換算為單位mm/s送入D522.步進電機1mm對應的脈沖數為1200,對應D520速度下一秒鐘對應的脈沖數為D522*K1200.那么脈沖周期T=1/d522*K1200.則脈沖頻率F=1/T=D522*K1200.即為控制步進電機的輸出頻率。

以上兩個計算過程控制程序如下：

DMOV D516 D518 //*傳送片厚設定值*//

DMUL D518 K12 D518 //*將片厚值轉換成所需脈沖數*//

DDIV D520 K60 D522 //*傳送速度設定值*//

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

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

3.3對機器點動時前后行走時的控制程序

點動過程是內圓切割機切割工藝中的必需過程，其通過頻率的設定，可改變縱向絲杠的行走速度提高效率。通過點動操作調整好前后的相行程，并調整好左右切割過程中切割透的行程。

LD m8 //*在手動方式下*//

DMOV K0 D0 //*設定脈沖數0,即步進電機輸出脈沖數不受控制，無窮大*//

DMOV D530 D532 //*手動時的脈沖頻率*//

PLSR D532 D0 K100 Y000 //*手動時走動，頻率為D532值，脈沖數為0,即對脈沖數沒有限制。加減速時間為100 ms,輸出口為Y000*//

4.文本顯示器的結構設計

文本顯示器選取TP04G-AS2系列產品，該產品為最多四行文本顯示，帶操作鍵，且為LCD顯示，使用壽命長，而且安全可靠。其通過專用的RS232數據線同PLC進行數據傳輸。該文本顯示器主要顯示內圓切片機切割過程中參數主要表現在以下幾個方面：

切割片厚值的設定、切割片數值的設定、切割速度值的設定、剎車時間值的設定、切割總片數值的顯示、剩余未切片數的顯示。

這些需要設定、顯示的參數通過專門的軟件進行設計，軟件組織好后，下載到TP04G-AS2中，進入運行模式后將PLC和文本顯示器通過專用的數據線連接后即可進行運行狀態?？梢赃M行參數設定和顯示。

5.結束語

我們通過現場的調試，證明PLC和文本顯示器在內圓切割機中運用是可行的，它改變了以往前期內圓切割機一些弊病，提高了該設備的可靠性和市場占有率，為的設備提供了一個很好的平臺，該機型的應用在行業內屬于領先水平，同時成本也沒有相應的增加。