LG-PLC在轴承内圆磨床改造中的应用

高明远
（开封大学机电工程学院，河南开封　475004）

　　摘　要：改造老式3MZK-203A自动轴承内圆磨床控制系统，用LG系列PLC代替原F1-60MR PLC作为控制主机，分析了其工作流程及编程特点。改造后机床的操作方式、控制方式和功能要求与原设备相同，且运行稳定可靠。
　　关键词：轴承；内圆磨床；PLC
　　3MZK-203A全自动内圆磨床是20世纪80年代的轴承生产设备，以F1-60MR PLC作为控制主机，实现设备的自动化，完成手动和自动工作过程。由于控制主机的损坏导致磨床不能运行，严重影响正常生产，亟需改造升级。选用了体积小、耗能低的LG系列PLC（型号为K7M-DR60U）作为控制主机替代F1-60MR，机床其他各控制电器元件和执行机构均不需改动。
　　1　全自动内圆磨床结构及其工作流程
　　1.1设备构成
　　机床的控制系统包括步进电动机控制器和PLC；驱动系统包括主轴电机、磁性分离器、液压电动机、步进电动机、往复电动机、砂轮电动机及变频器；动作执行机构包括机械手、测爪机构、自动测量仪、往复机构、修整器、电磁阀和各种行程开关等。步进电动机控制器包括脉冲信号的产生和驱动，实现了对步进电动机的控制，从而驱动进给机构移动；PLC完成整个加工工艺过程的控制；运动机构由对应驱动电机和电磁阀实现其各自动作。另外，设备中用到了修整器，在加工完一定数量的工件以后，用来修整砂轮，以保证其精度；利用轴承内径主动测量仪把检测到的轴承内圆直径信号送给PLC实现粗磨、精磨和光磨的自动控制。其他辅助机构不再叙述。
　　1.2工作流程
　　设备的工作状态分为置数和运行，在运行状态下分为手动控制和自动控制两种工作方式。置数状态主要用于各种参数的输入和修改，如进给量、修整器计数等参数设置。在按下置数按钮时，手动和自动控制同时被断开，步进电动机复位。手动控制方式主要用于设备的调试，工作流程中的每个动作在条件允许的情况下，都可以启动和停止，如当砂轮过大时，可以实现长期修整砂轮，尽快修整砂轮到所需尺寸；自动工作方式用于磨床全自动地顺序加工轴承内圆，提高生产效率。全自动工艺部分流程如图1所示。

　　2　硬件和软件设计
　　2.1 I/O口分配
　　参考原设备的电气控制部分，根据改造原则，磨床需要输入口82个，输出口22个。考虑到改造成本，并结合原F1-60MR PLC控制系统的I/O分配特点，选用了LG系列K7M-DR60U继电器输出类型的PLC，其I/O点数为36/24，I/O口的分配与电气原理保持不变，把原I/O口对应地接到LG PLC的输入输出端口即可。在输入端口中，采用了工作状态按钮和工作方式选择开关组合使用，既扩展了输入口又节省了扩展单元，输入口扩展方法如图2所示。图2中1A为一联动按钮，用于“置数”和“运行”工作状态的选择，按下1A进行“置数”，“运行”断开，此时1K，2K，3K等拨码开关的数值被读人PLC的输入端口，从而设定砂轮修整次数、粗磨和精磨进给量等参数，其他开关因“运行”断开而形不成回路无输入信号；“置数”完成后，松开1A，“运行”接通，“置数”断开，此时由旋钮开关1ZK选择“调整”运行方式或“自动”运行方式，从而确定是“调整”方式下的开关4K，5K，6K还是“自动”方式下的行程开关7XK，8XK，9XK形成信号回路被读入PLC的输入端口。这样，利用PLC的3个输入端口可以在不同的状态或不同的运行方式下扩展到9个输入信号，显然输入口得到了扩展。基于以上方法，选用36个输入口的PLC已足够完成设计的需求，必须注意的是，在每个被扩展的输入端口回路中必须有隔离二极管，防止输入信号的相互串入。

　　2.2软件设计
　　软件设计包括调整（手动）程序和自动程序两个部分，二者由运行方式选择开关1ZK选择并跳转到其相应的工作程序。本文重点给出自动控制程序的设计。分析图1所示的工艺流程，自动控制程序可以采用步进顺序控制方法实现^[1]。LG-PLC具有两种步进控制指令即SET S和OUT S^[2]，可以实现基本的顺序控制，但对状态转移图编程时，若涉及到跳转、分支或并联分支时，这两种步进控制指令存在局限性，使用很不方便，很难完成程序设计的需要。
　　2.2.1 MOV指令实现步进控制功能
　　在实际工程设计中，利用MOV指令和掉电保持继电器K实现步进控制，满足了控制要求，基于这种方法，图1所对应的自动控制状态转移图如3所示。经现场试验，通过MOV指令对保护继电器K传送数据使其进行置位，方便地实现了步进控制指令的要求，特别是实现控制系统初始化，跳转等功能非常简便。但要注意给一组保护继电器K送数时，只能给K中的某一位置位才能满足步进控制的要求，用MOV指令实现步进控制的梯形图如图4所示。

　　2.2.2 用MOV指令实现对部分步进控制状态的复位
　　在初始化过程中可以运用[MOV Hxxxx K00x]指令对K00xx进行初始化。如果只是对步进状态中的一部分进行清零，可以运用[WAND Hxxxx K00x K00x]，即被指定设备的Hxxxx和K00x的16位数据的每一位执行逻辑与^[3] ，结果存储在指定的设备K00x中，实现对K00xx中的一部分进行复位，其中H的含义同MOV指令相同，表示16位二进制数据。图5所示是执行指令[WAND H001F K003 K003]的结果，使K0035-K003F继电器进行清零或初始化，使K0030-K0034保持原状态。

　　3　结束语
　　由LG-PLC改造后的全自动轴承内圆磨床恢复了正常的生产，操作方法和工作流程与原系统完全一样，达到了既节约资金又改造设备的目的。工程改造中利用数据传送指令[MOV]实现了步进控制功能，通过长期运行证明，这种编程方法能够稳定可靠运行，在其他PLC编程中同样具有借鉴和参考价值。
　　参考文献：
　　[1]许缪，王淑英.电气控制与PLC控制技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
　　[2]张凤珊.电气控制及可编程序控制器[M].北京：中国轻工业出版社，2000.
　　[3]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.