臺達PLC在單柱立式數控車床的應用

通過大型立式車床項目描述機床數控化的問題，提出臺達PLC解決方案。對于臺達EH 系列高性能PLC單軸伺服定位擴展模塊DVP 01PU-H給出較詳細討論和應用編程案例。
關鍵詞：數控車床 單軸定位模塊 原點復歸 手搖輪MPG輸入

1 引言

隨著機械行業的技術進步和市場的不斷發展，市場需要更高的加工精度和工作效率，普通機床已經遠遠不能滿足用戶的要求，數控機床在市場中所占的比重越來越大。價格合理的數控系統是數控機床市場競爭力的重要因素，太原第一機床廠C515立式車床采用DELTA EH系列PLC加DVP 01PU-H單軸定位模塊，非常方便的實現了速度控制、定位控制、原點復歸、手搖輪MPG輸入等多種功能，不僅滿足數控設備的功能要求，而且響應速度快，價格合理，值得借鑒。

2 項目簡介

太原第一機床廠設計制造的C515單柱立式數控車床，屬于大型車床的一種。最大加工直徑2300mm；最大加工高度1000mm；最大切削量7mm；最小進給量10um。

圖1單柱立車結構

2.1 主輔傳動

（1）驅動部分采用1臺30KW高壓伺服系統控制工作平臺的旋轉，2臺1.6KW大慣量伺服系統控制水平（X軸）、垂直（Z軸）方向的進給。
（2）傳動部分采用減速機和滾珠絲杠加滑塊傳動，水平（X軸）方向10um/20 pulse、垂直（Z軸）方向10um/30 pulse。

2.2 控制要求

（1）通過操作按鈕實現水平（X軸）、垂直（Z軸）方向的點動（點動速度通過手調電位器控制）。
（2）過操作按鈕實現水平（X軸）、垂直（Z軸）方向變速移動（移動速度通過手調電位器控制），可以隨時中止，且不影響下一動作。
（3）原點復歸功能。
（4）手搖輪可以迅速且準確的實現水平（X軸）、垂直（Z軸）方向進給，單步最小進給10um，進給速度與手搖輪轉動速度一致。
（5)輪控制模式需提供低（x1）、中（x5）、高（x10）共3個速度，既可用于單步定位，又可用于快速移動，方便用戶操作。

3 臺達數控解決方案

3.1 配置設計

根據系統分析，選用臺達EH 系列高性能PLC作為主控單元。DVP 32EH00T（32點200Khz高速輸出型主機） + DVP 48HP00R（48點繼電器擴充24D＋I24DO） + DVP 04AD-H（4點AI擴充） + DVP 01PU-H（單軸定位擴充） + DVP 01PU-H（單軸定位擴充）。 其中DVP 32EH00T主機可輸出200K開基極脈沖信號，用于控制工作平臺旋轉的30KW 380V高壓伺服；2個DVP 01PU-H單軸定位模塊分別用于控制水平（X軸）、垂直（Z軸）方向的進給；DVP 04AD-H模擬量采集模塊用于檢測2路電位器調節的電壓值作為設定的工作速度。

3.2 主機簡介

DELTA EH PLC，程序容量15872 steps，處理速度0.24us，輸入/輸出點數最大各256個，可擴展8個功能模塊，自帶雙通訊口（可擴COM3）采用MODBUS協議，Easy Link功能可方便實現集聯，自帶4路高速脈沖輸入（最高2路達200K），DVP20EH00T和DVP32EH00T機型支持雙路200K脈沖輸出。是一款功能強大的PLC主機。系統變量定義如表1所示。

表1 系統變量定義

3.3 模擬量采集模塊簡介

DVP 04AD-H是一款4路14位模擬量采集模塊，既可以單獨使用，通過RS485通訊遠程控制，也可以作為EH PLC的功能擴展，使用FROM/TO指令控制操作，精度高，響應速度快。

3.4 伺服定位模塊簡介

DVP 01PU-H單軸定位模塊，是一款非常實用的速度/位置控制模塊，專門用于步進和伺服系統的速度/位置控制的功能。DVP 01PU-H單軸定位模塊使用簡便、功能完善、響應速度快、價格合理。不僅可接受LSN/LSP/DOG等開關量信號，還可接受200K的A/B相脈沖信號（差動或5-24V開基極）作為手搖輪MPG脈沖輸入，可輸出200K差動脈沖信號（支持正負脈沖、脈沖加方向、AB相信號），支持電子齒輪比。運行命令（#CR31）提供軟件START、軟件STOP、點動JOG及原點復歸功能的使用。工作模式設定能夠實現速度控制、定位控制、手搖輪MPG輸入等多種功能。

4 軟件開發

該數控車床最重要的控制要求是準確的位置控制、變速度控制和快速的響應速度。使用了三個功能模塊，主要功能全部通過PLC模塊來實現，全部程序不足1000steps。

4.1 開發要點

由于大量使用FROM/TO語句，使用時需注意以下幾點：

（1）為了控制程序掃描時間，建議規劃使用FROM/TO語句。
模塊功能和狀態的初始化語句，只需開機時執行一次，建議采用M1002作為執行條件；需要不斷刷新和調整的采樣或控制指令，可使用M1012上升/下降沿作為執行條件定期執行。
其他需條件滿足才執行的語句，建議采用TOP語句，或以相關條件的上升/下降沿作為執行條件。最終的目的是減少執行次數，縮短程序掃描時間。

（2）為避免開始運行時由于初始化內容過多而導致PLC報警，請將D1000中的WDT時間延長。

（3）DTO語句的每批次寫入雙字節，如果結尾為Kn，則表示寫入n個雙字節數。

4.2 模入模塊編程

DVP 04AD-H是一款4路14位模擬量采集模塊。各路數據采集程序：

4.3 單軸定位模塊編程

DVP01PU-H模塊使用注意：

（1）設定工作模式#CR32前必須先停止輸出。
（2）點動JOG模式，運行中無法改變速度，且不受軟件START / STOP功能制約。
（3）變速運行模式可以在工作過程中修改速度，但運行方向需要通過設定#CR23位移量的正負或修改#CR5的旋轉方向來實現。
（4）建議采用相對位移模式。

編程案例：垂直（Z軸）手搖輪MPG輸入控制功能啟動（選用不同速比）：

5 結束語

設備調試完成后，獲得了企業領導與技術研發以及操作人員的滿意，提出要在其他設備上推廣使用，并對臺達系列產品的功能產生濃厚的興趣。DELTA PLC產品擁有多種功能擴展卡和擴展模塊，提供多種便利指令，通過RS485接口能夠方便并經濟地實現多機集聯，功能強大，使用靈活。在數控設備設計和改造領域及其他定位控制領域擁有廣闊的市場。