罗升横河PLC在沟槽研磨机上的应用

摘 要：本文介绍了罗升企业电气产品中具有强大功能的横河PLC在沟槽研磨机上的应用情况，经过改造后的系统，在性价比方面大大提升，为用户提供了一个良好的解决方案。
关键词：横河PLC 沟槽研磨机 高精度
Abstract: The application of YOKOGAWA PLC on the Race-way grinding machine is introduced.The new system can give the more valueble, which can be used and matched easily.
Key words: YOKOGAWA PLC, Race-way grinding machine，high accuracy.

一、引言

沟槽研磨机是一类精密的产业机械，生产钻针和铣刀，用于精密PCB和BGA。要求高精度以及低速度下的稳定性。改造前昆豪的沟槽研磨机构架为PC-Based， 2块轴卡＋5台东方马达步进电机驱动器,上位机是工控机＋人机界面构架。改造后昆豪的沟槽研磨机构架为罗升HITECH的HMI 3261 10.5寸+罗升横河PLC＋东方步进5台。

X 、Y 、Z三轴是用作加工 Z轴为旋转轴，刀料夹在Z轴做旋转， X、Y轴为刀料坐，每次加工中通过X、Y轴的反复运动，完成刀料在不同的位置被砂轮研磨，以使刀具成型。X1、 Y1轴的作用是控制料盘处于不同位置。X1左右，Y1上下。通过X1，Y1的移动，保证取料的顺序。各个轴使用的电机 驱动器为东方马达,各轴要求转速不高。

二、系统设计

1.基本构架:

如图2所示 新电气方案使用罗升HITECH的HMI 3261 10.5寸+罗升横河PLC＋东方步进5台 构架。其中在横河PLC控制器上扩展高机能脉冲位控模块为 （F3NC34-0N）和（F3NC32-0N）。

2 系统控制部分

　　系统关键的控制器PLC,选用的是日本横河电机的横河FA—M3系列中大型PLC。横河通过自身先进的DCS系统和技术优良位控技术，开发集成了专业化较高的具有插补功能的位置控制模块NC系列。

1）横河PLC作为控制中心，配以数字量输入/输出板，高机能脉冲位控模块 （F3NC34-0N）和（F3NC32-0N）。由于F3SP28-3S CPU处理速度快，平均20000step/ms扫描速度（45%基本指令/55%应用指令）；循环时间短，最短扫描时间200us，支持主程序与高速定时程序并行处理；达到快速响应，基本单步指令执行时间0.017us，内含通讯处理CPU，与外设通讯不占用主CPU资源与处理时间。

2）高机能脉冲位控模块 （F3NC34-0N）和（F3NC32-0N），脉冲 control （5Mpps）,4 通道编码器输入（5Mpps）,；PTP 方式, 位置/速度模式, PTP模式⇔速度模式切换, 连续定位, 圆周控制, 直线/圆弧/螺旋插补；电子齿轮, 示教功能, 手轮输入, 运行中速度变更；最快启动时间0.09ms最小解析精度0.001mm。

二、工艺要求和精度要求

分度要求，当加工时分度轴旋转分度主要有两个工艺要求，一是在加工过程中不允许改变分度方向，只能单向旋转用以消除机械设备的反线误差；二是分度加工时对沟槽加工的顺序有特殊要求，而且刃数为偶数或奇数还有不同。

　　偶数以一个4个刃数的铣刀为例，每个沟槽的加工顺序是1，3，2，4，其表达式是:

首先分刃A：A=N/2（360°/N）

下次分刃B：B= （N+1）/2（360°/N）

N：为需要加工刃

即第一刃加工完成后，第一刃的起刀点与下一刃起刀点角度差为A，下一刃加工完成后这一刃的起刀点与后一刃的起刀点角度差为B，以此类推直到加工到最后一刃完成。

奇数以一个3个刃数的铣刀为例，每个沟槽的加工顺序是1，3，2，其表达式是:
分度C：B= （N-1）/2（360°/N）

即每刃起刀点之间的角度差为C。

机械臂运动要求，以最左下方的料口为零点，每次放入加工完毕的铣刀的同时取走上方的棒料，依次上升直到放入最上端的料口后换列，取走另一列最下端的棒料，如此运动直到将全部500个棒料都加工完毕，停止等待换料盘。

　　精度要求：径向0.005mm，轴向0.03mm，机械臂0.01mm，料盘0.01mm。

三、 控制系统主要工艺流程

利用罗升横河PLC指令对用户自设定的参数进行计算来得到X，Y，Z三轴运动的必要数据，再通过位控模块NC34等定位及插补指令来实现加工铣刀钻头的功能。同时将左旋和右旋分成一个程序，只是选择调用不同的系统参数，两者之间的区别只是在与分度方向不同。

四、 系统软件设计与实现

　 这种配置可通过编程的方法，达到以下优点：　　　

　　（1）操作员界面透明、友好：设备各状态及报警不仅在操作台上用指示灯显示出来，同时在罗升HITECH的HMI 3261 10.5寸画面中以中文文字显示并存档报警数据，最终以报警灯进行综合显示。　
　　
　　（2）罗升横河PLC实现了分散式省配线，提高了整个机台电控系统的可靠性、稳定性，大大降低了维修率，最为方便的是克服了工控机没法做大钻的遗憾。　　　　
　　（3）在横河NC系列位控模块的控制下，各轴各动作间能很好地联锁，各轴方便的进行所需的各种插补动作，并且各动作的操作条件、顺序都能用HMI画面显示出来。　　　　

　　（4）由于采用全数字化的控制系统、驱动系统，使系统响应速度、控制精度大大提高。　

五、结束语

基于以上架构的这套控制方案具有控制精度高、系统稳定性高的优点，这也是罗升电气在项目中熟练运用横河PLC系统在项目中独有的一个典型应用。

利用横河PLC系统中自有的一些丰富功能配以功能强大的位控模块或则温控模块，配以较完善合理的编程和选用合适的硬件，可代替进口设备中昂贵的电控系统，达到节约制造成本的目的。