1.引言

微控內(nèi)圓切割機是半導(dǎo)體行業(yè)的主要產(chǎn)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(nèi)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(shè)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(shù)的設(shè)定和顯示。通過生產(chǎn)銷售，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

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(yè)控制產(chǎn)品，其功能強大，內(nèi)部有定時器、計數(shù)器等輔助寄存器。其可通過外部信號的給定，來觸發(fā)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(nèi)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(nèi)部自帶直流24V電源，可供輸入部分感應(yīng)開關(guān)用，為其供電。輸出的Y0口設(shè)定為固定的步進電機脈沖輸出口，Y1口設(shè)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(qū)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(shù)據(jù)交換。并通過文本顯示器設(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，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(nèi)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(shè)定片數(shù)后，機器自動停車。2.運行/停止主要是對自動切割過程發(fā)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(diào)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(guān)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?qū)?nèi)圓切割機的控制設(shè)計

3.1對切割過程中片數(shù)統(tǒng)計的控制程序

內(nèi)圓切割機的切割工藝中要求，第一刀切割不能統(tǒng)計到切割片數(shù)中，因此要避開，其切割片數(shù)到設(shè)定的數(shù)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(shè)第一刀標志*// OUT m10 //*設(shè)第一刀標志*//

DMOV D520 D522 //*傳送未切片數(shù)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(shè)切過一刀標志，開始準備計數(shù)*//

ANDP X013 //*右限位上升沿時*//

DSUB D522 K1 D522 //*剩余未切片數(shù)減1計數(shù)*//

3.2對切割過程中走設(shè)置片厚的控制程序

內(nèi)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(yīng)式步進電機，其成本低，運行平穩(wěn)。采用細分數(shù)，消除電機的低頻震蕩。提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩，同時提高了電機的分辨率。

其步進距離計算過程如下：設(shè)置片厚為D516（PLC數(shù)字單元）單位為mm,三相步進電機的步距角為0.75°/1.5°，設(shè)定細分數(shù)為10,其細分后步距角為0.75°÷10=0.075°，則步進電機一轉(zhuǎn)所需要的脈沖數(shù)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(zhuǎn)一圈，絲杠對應(yīng)轉(zhuǎn)一圈，絲杠螺距為4mm,那么1mm對應(yīng)的步進電機脈沖數(shù)為4800÷4=1200,片厚D518為兩位帶小數(shù)值，所以D516對用步進電機的脈沖數(shù)為D516*K12.即為控制步進電機輸出所需脈沖數(shù)。

其步進速度計算過程如下：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.步進電機1mm對應(yīng)的脈沖數(shù)為1200,對應(yīng)D520速度下一秒鐘對應(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(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(nèi)圓切割機切割工藝中的必需過程，其通過頻率的設(shè)定，可改變縱向絲杠的行走速度提高效率。通過點動操作調(diào)整好前后的相行程，并調(diào)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(shè)定脈沖數(shù)0,即步進電機輸出脈沖數(shù)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(shù)為0,即對脈沖數(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計

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LCD顯示，使用壽命長，而且安全可靠。其通過專用的RS232數(shù)據(jù)線同PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。該文本顯示器主要顯示內(nèi)圓切片機切割過程中參數(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

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、剎車時間值的設(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)通過專門的軟件進行設(shè)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(shù)據(jù)線連接后即可進行運行狀態(tài)。可以進行參數(shù)設(shè)定和顯示。

5.結(jié)束語

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