西门子6ES7214-1AD23-0XB8产品型号
1 引言
磨床属于金属工件表面精密加工机床。磨床基本原理是用砂轮或油石(刃具)对零件表面做浅深度微量切削加工。磨削时的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金属层很薄。磨具旋转为主运动，工件或磨具的移动为进给运动。磨床加工精度高、表面粗糙度ra值小。磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值。磨削不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还可以加工淬火钢及其他刀具不能加工的硬质材料如陶瓷与硬质合金等。
数控磨沟机属于磨床的一种，主要用于磨制丝锥钻头等硬质合金工具排屑槽，属于比较冷僻的专用机械加工设备，用量不大，生产厂家也比较少，以进口设备为主。由于数控磨沟机对控制系统的要求较高，难度也比较大，本项目研发几乎用到了艾默生ct ec20h型高速运动控制专用plc的全部重要功能。数控磨沟机外形如图1所示。
图1 数控磨沟机
2 数控磨沟机概念设计
2.1 系统需求分析
(1) 工件进给分度控制。当加工工件进给时，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所不同。
偶数以一个8个刃数的铣刀为例，每个沟槽的加工顺序是1，5，2，6，3，7，4，8。即刃加工完成后，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后一刃完成，如图2所示。
图2 偶数分度
奇数以一个5个刃数的铣刀为例，每个沟槽的加工顺序是1，3，5，2，4，如图3所示。
图3 奇数分度
(2) 砂轮渐增量进给控制。工件在加工过程中，沟槽深度是逐渐变浅的一个过程。渐增量是指工件送进100mm时，砂轮tisheng的高度，如图4所示。
图4 砂轮渐增量
(3) 砂轮修整补偿控制。砂轮修整是因加工工艺的需求，而将砂轮的横截面修整成所需要的形状，常用砂轮载面形状，有两直线一圆弧，一直线两圆弧，三圆弧，如图5所示。
图5 砂轮载面形状
2.2 系统功能设计
(1) 产品加工功能：送料轴用于控制产品的进给，旋转轴通过直线插补功能，实现与送料轴的同步旋转，用以生产出固定螺距和导程角的产品，砂轮进给轴通过电子齿轮功能，实现与进料轴固定比例的tisheng。
(2) 修整砂轮功能：为了tigao产品质量，不同的用户会将砂轮修整成不同的截面形状，该功能通过y轴与z轴的直线或圆弧插补实现该功能。
2.3 系统概念设计
按自动化程度可分为三种机电组合自动化方案。
(1) 纯液压控制型：plc仅提供逻辑控制，产品的制作和砂轮的修整完全靠液压和机械进行。
(2) 普通plc+液压控制：plc控制一个旋转轴(a轴)实现工件的分度功能，工件的进给和磨削等功能靠液压及机械完成。
(3) nc(数控加工中心)系统：例如采用三菱的nc e60系统，控制三个轴(x+y+a)实现产品的制作，主要实现了工件的进给和工件分度功能，砂轮的修整完全靠液压系统完成，是目前自动化程度较高的解决方案之一。
3 艾默生ct ec20h解决方案
3.1 原理设计
本项目应用艾默生ct ec20h型高速运动控制专用plc实现x+y+z+a轴全轴伺服控制，实现的功能高于数控加工中心。项目增加了砂轮的修整和砂轮磨损补偿功能，也是该项目中难度大的部分。基于艾默生ct ec20h型plc解决方案的系统原理如图6所示。
图6 艾默生ct plc全轴伺服系统框图
3.2 电控系统设计
电控系统配置如图7所示：触摸屏hmi用于参数设定、设备状态显示等功能。伺服用于工作进给轴、旋转轴、砂轮进给轴、磨头轴的控制。永磁无刷电机用于控制磨头的转动。普通电机用于控制砂轮的转动。
图7 电控系统
3.3 ec20h伺服控制设计
(1) 各轴的单独控制：实现x、y、z、a各轴的手动控制功能，可以让用户单独控制各轴的运行。主要是用于对刀，手动调试等功能，使用drvi指令实现该功能。
(2) 插补功能：x轴与a轴：线性插补，用于实现产品的螺距和导程角度；螺距和导程角度是加工产品的两个重要技术参数，通过x轴与a轴的线性插补实现该功能。x轴以一定的速度前进，a轴通过涡轮涡杆实现工件的旋转，以一定的角速度旋转，这样就可实现工件按所设定的螺距和导程角度进行运行。
通过lin指令实现该功能。
(3) x轴与y轴：电子齿轮，用于实现磨沟深度的递减，在磨削过程中，磨沟深度是与进料长度成线性递减的；通过gearbox指令实现该功能。
(4) y轴与z轴：线性及圆弧插补，根据用户的要求，可以实现修整出不同截面形状的砂轮；首先通过autocad导入该截面形状，然后将对应的坐标用d元件替代，以便用户可以通过触摸屏进行设定。主要用到lin和ccw指令。
(5) 原点回归：该设备在初始上电时，要进行圆点回归，以实现设备开始运行时都会在一个同样的初始状态。同时，所有的坐标归零。使用dszr指令实现该功能。
4 结束语
目前该项目的主要功能已经实现，和数控加工中心相比，增加了砂轮载形修整功能，显现出ec20h运行控制型plc所具有的优异的技术特点。对于需要多轴插补功能的应用场合，基于艾默生ct plc的机电一体化系统集成产品将表现出强大的技术优势。
1 引言
在轮胎行业，橡胶原料配比的jingque性直接影响产品的质量。当前我国轮胎橡胶配料设备的自动化水平偏低，配料的准确性很难保证。为保证产品质量，原料的配比要严格按工艺要求。自动配料称重控制系统即将两种或两种以上的物料按一定重量配比自动加入到混合机内，经过混合后达到预定要求后自动处理出料的过程[1]。plc 具有体积小，可读性好，抗干扰能力强及可靠性高等优点，pro-face glc2000系列触摸屏具有强大的显示功能和数据记录能力，以它们为基础的配料称重控制系统能够实现高精度要求的配料。本文介绍某轮胎生产厂的橡胶配料称重控制系统的工作原理、硬件组成与功能设计。
2 系统分析
2.1 工艺原理
某厂的轮胎配料称重系统的工作流程图如图1所示。整个系统分为两层，1层为主配料系统 ，主要负责将更各种物料混合搅拌，经过一层混合好的物料通过吸风通道到达二层，二层有四组一样的称重系统，主要负责对一层配好的物料进行检测和对liuliang的控制。
图1 配料称重系统工作流程图
当需要配料时，1#配料称称根据配方中每种料的设置重量，首先打开1#料仓的闸门，当达到预定重量时，关闭1#料仓闸门，打开2#料仓闸门，依此类推，直到每一种料都放完，然后1#配料称判断此次的物料是否合格，至此1#称完成一次配料，1#配料称进行下一次的配料。当配料的批次到时，1#称停止配料。由于一层的配料速度很快，所以在第二层分为四组对配好的物料进行分流。二层的四组中哪一个组中没有料，可以从一层的缓冲仓中进料，当进完料后，通过检验称再一次判断物料是否合格，合格品通过减量称把物料以一定的流速输送到下一个工艺流程中。
2.2 工艺流程
当系统开始工作时启动配料生产线，首先对系统进行初始化，通过上位机确定配方号，检查1～6号料仓有无物料，若无物料，提示报警并向料斗送料。称重仪表对物料进行称重并实时计量，同时把数据传入到plc中进行相应的计算和处理，当liuliang称的实际liuliang数据与设定的liuliang数据有偏差， plc根据其偏差值能够进行pid整定，从而实现对liuliang的控制。系统的控制流程如图2所示。
图2 配料系统控制流程图
2.3 功能设计
(1) 具有配方储存功能和实际配料数据存储功能：系统能够存储100个预置配方，并能保存至少两周的实际配料数据。
(2) 对现场的生产过程进行监控：通过触摸屏能控制现场的生产并能实时显示现场的工作情况。
(3) 设置“自动”和“手动”两种工作方式：“手动”方式就是手动单独完成某个控制某个环节，“自动”方式就是完成一个完整的循环周期。
(4) 具有断电保护功能：如果在工作工程中突然停电，可以保护现场，一旦来电可以恢复生产。
(5) 具有故障诊断能力：当现场出现故障时能够提示报警，当出现严重的故障时能够停止整个工厂的生产。
3 系统设计
3.1 硬件体系结构
控制系统结构如图3所示。控制系统的主要的硬件组成包括: 一台三菱q系列plc，两台pro-face触摸屏，一台工控机，9台称重仪表(每个称量料仓放置2 个称量传感器)。
(1) 三菱q系列plc。三菱q系列plc是整个控制系统的核心部分，他负责接受外部信号(按钮，继电器触点)等外部数字信号的输入，同时根据当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器、电磁阀等器件，以完成相应的控制。此外，还要接受上位机(触摸屏，工控机)的控制命令并完成与九台称重仪表的通讯任务。三菱q02h型号plc是三菱公司的高性能plc，具有运算速度快，通讯功能强，i/o扩展方便，指令丰富等特点。
(2) 上位机系统。上位机系统由两台pro-face触摸屏和一台工控机组成。两台触摸屏分别被放置在现场的一层和二层(见图1)，触摸屏能监视现场的工作情况并能完成相应的参数设置和控制任务，同时在层的触摸屏还要储存100个配方数据，两台触摸屏要保存实际生产中的实际数据。由于现场环境比较恶劣，所以对触摸屏的要求比较高。pro-faceglc2601t型号触摸屏是pro-face公司一体式控制的先进的hmi，采用铝制型材，具有极好的散热和防尘功能。glc2601t拥有4mb feprom，具有强大的配方数据储存和管理功能。上位机通过监视和管理整个工厂的生产情况，来协调整整个工艺流水线的生产。对于配料称重系统，上位机可以控制具体的生产中使用哪一种配方，并能够随时调用储存在触摸屏中实际配方数据，实现报表及打印功能。
(3) 称重仪表。称重仪表分为配料称，检验称和liuliang称。配料称通过设定的目标量、提前量、慢进量进行1#～6#物料的配料工作并检查配好的物料是否合格；检验称是为了防止在物料的传输工程中有物料的损失从而对物料进行又一次的检测；liuliang称接受来自plc的liuliangpid整定数据进行liuliang控制。在每个料斗的底部有两个应变力式重力传感器，将输出信号传入称重仪表，称重仪表计算两个传感器数值的平均值并作为实际数值，称重仪表还具有100/s的高速a/d转换处理，对于瞬间的重量变化能迅速反应。该称重仪表具有1/1000kg的测量精度。
(4) 系统的通讯方式的实现。整个通讯系统是以三菱q02hplc为核心而建立起来的。如图3所示，c24是三菱q02hplc的串行通讯模块，有两个通讯口，一个是rs232，另一个是rs485/422，其中rs232口通过rs232/rs485转换器与九台称重仪表进行自由口通讯，rs485\422口连接两台pro-face触摸屏，两台触摸屏的站地址分别为0和2；三菱q02hplc通过qj71网络模块与工控机进行数据交换，作为melsecnet/h网络(整个工厂所采用的网络通讯方式)的一部分，它们之间通过光纤电缆能够以10mbps的速度进行通讯；qj 61是cc-bbbb系统主/本地模块，它与远程i/o模块以cc-bbbb的通讯方式进行连接，其通讯速率为2.5mbps，在这两个模块上分别要进行主站和从站的站号设定，q61作为主站地址为0，远程i/o模块作为从站地址为1[2]。
3.2 软件体系结构
根据前面介绍的控制原理及主要控制功能设计的要求，在gx-developer的软件平台上设计plc的控制程序，整个程序可分为初始化、主程序、通讯读程序、通讯写程序、pid控制五个部分。其中主程序和通讯读程序是循环扫描进行的，通讯写程序为条件执行的，只有当要对称重仪表设定数据时才执行。pid控制程序是定时中断程序，中断时间为50ms，与pid的采样时间相同[3]。
plc与九台称重仪表通过自由口进行通讯。在通讯读程序中plc实时的读仪表的数据，plc发送的报文格式为“起始字节站号 数据 校验码”，称重仪表根据接收到的信息返回相应的数据。读程序按1-9台仪表的顺序循环读仪表的数据，每个仪表的通讯等待时间为0.5s，及若当plc发送读某个仪表的数据后，在0.5s后称重仪表没有返回数据就进行下一个仪表的通讯。通讯写程序是把触摸屏设定的数据写入到称重仪表中，由于称重仪表是rs485接口，为半双工通讯方式，所以在进行通讯写程序时要先暂时终止通讯读程序，在写入完成后再次开启通讯读程序。
