臺達EH32DVP、維倫觸摸屏和交流伺服驅動器在四頭鉆中的設計及應用

摘要：本文主要介紹臺達PLC與交流伺服驅動器（ESDA）在數控四頭鉆床上設計和成功運用,以及維倫觸摸屏在全伺服數控四頭鉆床控制系統的運用。對鉆床PLC系統的配置、輸入/輸出接線圖、梯形圖作了具體的闡述。
關鍵詞：臺達EH32-DVP PLC; 維倫觸摸屏；交流伺服驅動器（ESDA）；數控四頭鉆床控制系統；梯形圖

1 引言

傳統的剎車片鉆孔工藝流程包括放片、移動定位、鉆孔、再移動定位、再鉆孔等多次操作后，最后取片等組成。
我國的剎車片鉆孔技術經過幾十年的發展，不斷的改進創新，特別是近幾年高校和科研單位科研力量的注入，以及產學研的結合使我國的剎車片鉆孔技術得到了迅猛發展，正逐步走向自動化。

傳統的鉆孔鉆床多為手動鉆床，由于其為人工主軸傳動結構，沒有導入電氣傳動，造成其以下缺點：鉆孔速度慢，效率低，工人勞動量大； 由于鉆孔排列的多樣化，在快速準確可靠的情況下，傳統的手工鉆孔鉆床不能滿足越來越高的要求，
目前全伺服數控鉆床機已在剎車片企業中漸漸得到應用。現在全伺服的鉆床在產量，效率，勞動強度，產品質量上都有很好的優勢，因此將成為未來剎車片鉆孔的主流。在眾多新開發的產品中四頭數控鉆床，精度高，批量大，而且能夠自動送片，自動下片功能，一次同時加工兩片，可以連續鉆孔，大大降低了勞動強度。在同類產品中可數姣姣者，將來在剎車片行業中必受青睞，有著廣闊的發展前景，在市場中將穩占一席之地。

2。四頭數控鉆床系統

2.1系統構成：控制部分采用PLC，并配以人機界面進行程序參數修改、設定以及運行狀態顯示監控，可編程設置人機界面的內容。圓形轉盤為全數字交流伺服系統，伺服電機帶動減速機，減速機帶動轉盤，以移動轉盤使其轉過一定的角度，然后鉆頭開始鉆設定的孔，伺服電機定位準確，速度快。根據鉆頭及剎車片和進給量，來設置伺服合理的轉速，并在操作中設定它的啟動停止。轉盤設有原點限位器，伺服驅動器有異常檢測，在人機界面中能夠顯示報警信息。為便于調試和檢修，各項操作均設手動功能，如手動伺服電機正轉和反轉，鉆頭電機的啟停，鉆頭的前進和后退等。在生產過程中，不斷加新片，還可以自動連續生產。

2.2 PLC控制接線圖
根據控制系統的功能要求，設計出四頭數控伺服鉆床控制系統PLC控制部分硬件接線圖，如圖1-1所示，此控制面板上的手動控制部分主要在調試系統時使用，調試完成后基本處于閑置狀態。

圖1-1 數控四頭伺服鉆床系統PLC控制部分硬件接線圖

2.3總體流程設計

圖1-2 模式選擇流程圖

根據控制系統的功能要求，剎車片鉆孔的控制過程分為手動控制模式和自動控制模式，在手動控制模式時，每個設備可通過面板和觸摸屏操作進行單獨運行，相互之間沒有順序，互不干擾，模式流程如圖1-2所示。

1. 手動控制模式

在手動控制模式下，可單獨控制每個設備的運行，手動控制模式流程圖如圖1-3所示。

圖1-3 手動控制模式流程圖

在此模式下，轉盤的正反運行可通過觸摸屏上的按鈕進行正轉和反轉（有片時禁止反轉）的控制，對于鉆頭和送片缸則可以隨意進行前進和后退的移動。通過對電磁閥的單獨操作，可以檢測鉆頭及缸的性能是否良好。
2. 自動控制模式

處于自動狀態時，按下自動開按鈕，系統開始自動運行，其工作過程包括以下幾個方面。

1、 手動/自動旋鈕旋到自動位置，轉盤先回到原點，到原點后按下自動開按鈕。

2、 轉盤開始轉過一設定的角度后到達送片位置后停止。

3、 送片缸開始送片，達到一定的壓力后，由前進變為后退，送片計數并后退一定時間后停止。送
片計數到，跳至步驟5、
4、 轉盤轉過60度（一周分為6等分）后停止，然后跳至步驟3、

5、 轉盤繼續轉過一設定角度后停止。
6、 頭開始前進鉆孔，鉆完后后
7、經過一段時間后，檢測一片是否鉆完，沒鉆完跳至步驟5、；鉆完后轉盤轉過一定角度后，檢測自動停按鈕是否被按下，沒按下跳至步驟3、，按下則停止。

自動控制模式工作流程圖如圖1-4所示

3.各個模塊梯形圖設計
3.1 手動程序 在系統上電后，將手動/自動旋鈕置于手動狀態，可通過面板上的觸摸屏上的按鈕控制每個設備的運行。觸摸屏上的手動設計 如圖1-5-1所示，手動控制系統主要是便于在生產初裝時和換不同類型剎車片時進行調試，檢測各個設備是否能正常運行，手動控制梯形圖程序如圖1-5-2所示。

圖1-5-1 手動操作畫面

圖1-5-2 手動控制梯形圖程序

手動模式的設置主要是為了方便系統調試和維修工作。調試時，可以對不同的設備進行調試，最后整個系統一起調試，在出現錯誤時也能快速查出問題出在哪個設備上；如果四頭伺服數控鉆床系統在運行過程中出現問題，也可采用手動方式進行檢查，便于維修。圖1-5-2 只列出了手動的一部分程序， 其他操作類同。而在四頭伺服數控鉆床鉆孔過程中，主要采用自動方式進行控制，下面就介紹一下自動控制過程。
3.2 自動程序
在生產中，四頭伺服數控鉆床系統大多處于自動運行狀態。系統通過PLC檢測各種狀態，控制設備運行，按照設定的參數順序啟動后自動運行。參數設置如圖1-6-1所示，自動控制部分梯形圖如圖1-6所示。

1-6-1參數設置畫面（1）

1-6-1 參數設置畫面（2）

圖1-6 自動控制部分梯形圖

在自動控制部分梯形圖中，可以看出自動模式采用步進程序，簡單明了。部分的梯形圖重點說明了一次送片數量的控制和伺服定位預先設置速度和轉過的角度，然后再執行PLSR或 PLSY指令，脈沖發完后伺服會停止。其他讀者可以根據需要自已編寫。

3.3 伺服定位程序
伺服電機在啟動時，需要先設置好頻率和要走的脈沖數，通過伺服驅動器來控制伺服電機的定位。PLC 通過PLSY或PLSR指令發脈沖和方向給伺服驅動器，伺服驅動器再讓伺服電機運行或停止。關于伺服需要的程序如圖1-7所示。

圖1-7 伺服程序梯形圖

3.4 部分主程序
主程序主要用于各種數據的初始化，包括了伺服定位程序的大部分，用于手動和自動的共用部分，和手動、自動程序密不可分。其梯形圖如圖 1-8所示。

圖 1-8 主程序梯形圖
4 系統設計中的問題及解決方法
在四頭數控鉆床系統中，遇到的主要問題集中在設備選擇、安放位置、調試和生產過程的控制等情況中。
4.1 硬件方面的問題
在該系統中，各種設備的選擇、擺放位置，以及接近開關的位置選擇、PLC外圍電路和接線處的
設置、送片位置、鉆孔電機位置的選擇，是該控制系統的主要硬件問題。

在機械設計方面，在控制過程中需要采用油缸，因此對于液壓油有一定的要求，要求具有一定壓力和非常高的潔凈程度。在夏天時由于鉆孔頻繁，長時間會造成液壓油溫度升高，影響油缸的速度，通過增加循環水或加冷確風機的辦法來進行改善。鉆孔過程中，剎車片鉆孔飛出的粉末很多，通過加防護網和吸塵器加以改善。轉盤是通過減速機帶動運轉，避免不了框位的存在，因此在自動過程中，只能正轉。這樣就大大減小了誤差，提高了精度。

在PLC 的外圍硬件連接方面，由于伺服驅動器外表有極輕微的帶電現象，因此伺服驅動器的外殼一定接地。操作時工人要來回的放片和取片，面板做成可以轉動的。平時轉到最佳位置，便于工人操作。

4.2 軟件方面的問題
軟件方面主要問題在于邏輯錯誤和書寫錯誤。程序編寫完畢后，對于 PLC程序需要先在計算機上對程序加上批注檢查，對于觸摸屏程序可以通過仿真軟件進行檢查，然后在調試中加以改進。

5 設計小結
上述詳細說明了四頭數控鉆床系統的設計過程，該控制系統采用臺達EH系列的PLC作為控制主機，通過維倫觸摸屏、按鈕、旋鈕、限位開關、伺服驅動器等，對電動機、伺服電機、中繼、接觸器和油缸等設備和其他相關的機械結構進行控制，實現了各種設備的功能控制，達到了系統的控制 要求。