CC—Link總線(xiàn)在銑床運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用

在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，用戶(hù)不僅對(duì)機(jī)床加工性能提出了更高的要求，而且對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上的加工設(shè)備提出了集中管理、分散控制的新要求。以普通銑床數(shù)控化改造后的運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)基于CC—Link現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的多臺(tái)銑床同步控制，充分利用PLC的高可靠性、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、體積小、經(jīng)濟(jì)合算等優(yōu)點(diǎn)，提高銑床的加工精度和生產(chǎn)效率，從而體現(xiàn)了CC-Link總線(xiàn)技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中低成本、高可靠性、可維護(hù)性和智能化數(shù)據(jù)采集的優(yōu)勢(shì)。

1 CC-Link簡(jiǎn)介

CC-Link(Control&Communication Link，控制與通信鏈路系統(tǒng))是三菱電機(jī)基于“多廠(chǎng)家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線(xiàn)”理念開(kāi)發(fā)的，以設(shè)備層為主，同時(shí)也覆蓋了位于較高層次的控制層和較低層次的傳感器層次，能夠同時(shí)高速處理控制和信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高效、一體化和過(guò)程自動(dòng)化控制的一種開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)。CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有高速、高實(shí)時(shí)性以及完善的RAS(Reliability、Availability、Serviceability)功能和開(kāi)放的多廠(chǎng)商設(shè)備環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣，可連接各種智能設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)分散控制。

2銑床進(jìn)給運(yùn)行過(guò)程

銑床工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)行分為點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)循環(huán)兩種方式。點(diǎn)動(dòng)包括步進(jìn)(點(diǎn)動(dòng)前進(jìn))和步退(點(diǎn)動(dòng)后退)，目的是調(diào)整工作臺(tái)到達(dá)合適位置，以便安裝待銑削工件和實(shí)現(xiàn)對(duì)刀操作；自動(dòng)循環(huán)加工時(shí)是通過(guò)工作臺(tái)的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行銑削加工，其往返行程由裝在床身的4只限位開(kāi)關(guān)(接近開(kāi)關(guān))來(lái)控制，限位開(kāi)關(guān)被安裝在工作臺(tái)側(cè)面相互垂直的兩個(gè)平面位置，當(dāng)A, B兩個(gè)擋塊與其接觸時(shí)發(fā)出反饋信號(hào)。限位開(kāi)關(guān)安裝位置如圖1所示。

圖1工作臺(tái)行程限位開(kāi)關(guān)示意圖

3 CC-Link控制系統(tǒng)的組建

3. 1拉制系統(tǒng)整體方案構(gòu)建

在構(gòu)建的CC-Link網(wǎng)絡(luò)中，主要由1個(gè)主站和3個(gè)本地站組成，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。對(duì)于單臺(tái)銑床的控制，根據(jù)銑削加工工藝要求，需要由1臺(tái)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、3臺(tái)交流伺服電動(dòng)機(jī)和與各臺(tái)電動(dòng)機(jī)相配套的控制模塊，以及接近開(kāi)關(guān)、指示燈等設(shè)備組成。其中三相異步電動(dòng)機(jī)由PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速，伺服電動(dòng)機(jī)由伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

圖2 CC-Link控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>結(jié)構(gòu)

3．2 CC-Link網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能模塊配置

一個(gè)CC—Link網(wǎng)絡(luò)中所使用的各種功能模塊包括：電源模塊、PLC CPU模塊、I／O模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊以及通信模塊。主站單元由三菱高性能Q02HCPU、CC-Link通訊模塊QJ61BTI1、64點(diǎn)的DC輸入模塊QX42和32點(diǎn)的QY41P型晶體管輸出模塊組成，主站用于實(shí)現(xiàn)對(duì)3臺(tái)銑床的遠(yuǎn)程同步控制，并協(xié)調(diào)各臺(tái)銑床的相互加工過(guò)程。

本地站為2號(hào)站、4號(hào)站和6號(hào)站，分別用于控制3臺(tái)銑床各自的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。本地站的硬件配置與主站不同之處在于使用了專(zhuān)門(mén)的Q172H型運(yùn)動(dòng)控制CPU，該CPU通過(guò)MR—J3—10B型通用交流伺服放大器來(lái)控制相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)銑床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。此外增加了64點(diǎn)的DC輸入模塊QX42和32點(diǎn)的QV41P型晶體管輸出模塊，采用三菱FR-E540系列變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸的調(diào)速控制，本地站通信模塊采用CC-Link網(wǎng)絡(luò)通用的QJ61BTll模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)與主站和其他本地站的通信。

3．3 本地站輸入輸出信號(hào)地址分配

在銑床運(yùn)行控制過(guò)程中，主要的控制信號(hào)有主軸啟停信號(hào)、主軸調(diào)速信號(hào)、點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給信號(hào)、工作臺(tái)位置檢測(cè)信號(hào)以及各運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)等。下面以本地站(單臺(tái)銑床)直線(xiàn)進(jìn)給過(guò)程為例說(shuō)明其控制過(guò)程：

(1)主軸啟停信號(hào)。對(duì)每臺(tái)銑床的主軸啟?？刂剖歉髯元?dú)立的，由三相鼠籠式異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制主軸的正反轉(zhuǎn)，并通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入。

因此對(duì)銑床主軸的控制需要3個(gè)輸入信號(hào)。

(2)銑床急停信號(hào)。當(dāng)給銑床一個(gè)急停信號(hào)時(shí)，主軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)并且伺服系統(tǒng)停止進(jìn)給，這樣需要1個(gè)輸入信號(hào)和1個(gè)輸出顯示信號(hào)。

(3)點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給信號(hào)。這一類(lèi)信號(hào)包括工作臺(tái)的石、y方向進(jìn)給信號(hào)和主軸沿z方向進(jìn)給信號(hào)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要完成工作臺(tái)的前進(jìn)／后退和左右移動(dòng)，以及主軸沿z方向的上下移動(dòng)，這樣共需要6個(gè)輸入信號(hào)。

(4)極限位置檢測(cè)信號(hào)。為了防止工作臺(tái)和主軸運(yùn)行過(guò)程中超出工作行程，需要在工作臺(tái)兩端和主軸立柱上設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)工作臺(tái)或主軸到達(dá)限位開(kāi)關(guān)位置時(shí)自動(dòng)觸發(fā)限位信號(hào)，使銑床停止進(jìn)給運(yùn)行并提示報(bào)警信號(hào)。在相互垂直的3個(gè)方向上共需要設(shè)置6個(gè)極限位置檢測(cè)輸入信號(hào)和1個(gè)輸出信號(hào)。

(5)各運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。顯示各運(yùn)動(dòng)軸正常運(yùn)行的狀態(tài)，需要3個(gè)輸出信號(hào)。

(6)回零及回零完成信號(hào)。執(zhí)行銑床回零操作時(shí)，先執(zhí)行z方向回零操作，然后執(zhí)行Z和Y方向回零過(guò)程，回零完成后顯示各運(yùn)動(dòng)軸完成回零位狀態(tài)，需要3個(gè)輸入信號(hào)和3個(gè)輸出信號(hào)。

本地站的輸入輸出信號(hào)用于顯示銑床運(yùn)行時(shí)的各種狀態(tài)，輸入輸出信號(hào)地址的分配方案見(jiàn)表1，其他各站的I／O分配可參考該方案，在此不一一列出。