利用PLC 的脉冲输出进行伺服定位控制在铃杠“滚花”工艺中的应用

顾林森 江苏省江都中等专业学校 225200

【文章摘要】

采用触摸屏控制PLC，在触摸屏上进行生产的工艺设定及工艺操作，再利用PLC 的脉冲输出直接进行伺服电机的定位控制，从而实现精准的“滚花”加工工艺的半自动化控制。

【关键词】

PLC ；触摸屏；定位；伺服

举重是一项大家都熟知的体育运动， 运动员对举重用的杠铃要求“抓得住、又不扎手”。因此杠铃的铃杠表面除了在杠铃被拉起通过大腿的两个部分保持光滑外，左右两边各有一段被制成粗糙表面，这在机械加工中采用“滚花”的工艺来实现的。正常一根铃杠上需要“滚花”的位置从两段到九段不等，各段滚花长度不一， 一般成对称分布。传统的加工制造工艺是采用专用的滚花机床，利用人工测量与行程开关、传统继电器控制相结合的方法来实现的。此方法，效率低，而且测量不准确，当滚花的长度发生变化时，继电器控制部分也必须做出相应调整。为改变这种状况，提高生产效率和经济效益，本控制系统采用PLC 触摸屏直接控制进行伺服定位。

1 控制系统设计总思路

鉴于生产成本最低和利益最大化的原则考虑，在原有的专用机床上加装一套触摸屏控制系统，本系统采用触摸屏控制PLC，在触摸屏上进行生产的工艺设定及工艺操作，利用PLC 的脉冲输出进行伺服定位控制，从而实现精准的“滚花”加工工艺的半自动化控制。

2 触摸屏的选择

在选择触摸屏的时候，由于考虑客户成本的问题，故选择了目前国内生产的性价比较高的上海步科的触摸屏，该屏采用工业显示屏，显示尺寸为7 寸宽屏，彩色真彩，显示逼真，且在该控制系统中完全够用，并通过了IP65 认证。

3 触摸屏程序的设计

根据客户加工工艺的需求，设计者在触摸屏软件中建立了3 个主要画面，分别为手动、自动与参数设定。

在手动画面中进行简单的单个控制的操作，生产者可以在触摸屏上操作压花头的左右移动、下压（滚花）与上升（走空刀），以及调试伺服精度时候所进行的单次距离移动。

在自动画面选择所需要的工艺号，同时会显示当前已行走的距离，方便客户抽检行走的距离是否正确，如图1。

在参数画面进行所需工艺的设定，选择对应花段的参数，同时设定其中一些动作所需要的延时和速度。设定一次后，除非更改工艺，否则无需重复设定，如图2。

当然，除了触摸屏控制外，本系统还设有外部选择按钮，电源指示和急停。当手动操作时选择手动，进行手动调整，当调整完毕后外部选择自动，按下外部的自动启动按钮设备即可进行自动运行。

4 PLC 型号的选择

众所周知，在伺服控制系统中，伺服电机的转速与其接收到的PLC 脉冲频率成正比，其的位移量与接收到PLC 输出的脉冲数量也成正比，所以设计者必须通过PLC 程序的设计对伺服电机的脉冲频率与脉冲数量进行精准的控制。另外因正常使用的伺服驱动器，都需要有较高频率的

实验研究

Experimental Research

012

电子制作

脉冲，所以就要求设计者所选用的PLC 必须要能够产生符合要求的高频率脉冲，综上所述，本系统选择了LG 公司的XBC 系列晶体管输出的PLC，此款产品可以进行双轴独立50kpps 的定位功能，并且可以通过基本指令修改定位方式，以及设定运转速度和行走距离，完全满足了控制伺服电机的要求，而价格在同类产品中较低，所以设计者选用了XBC-DN30S 型PLC。

5 PLC 程序的设计

在实际的“滚花”生产加工过程中，本控制系统中的伺服电机要能够实现点动正转、点动反转、回归原点、自动前进与自动后退等动作，根据上述动作要求设计了PLC 程序，部分截图如下:

（1）当外部有故障信号时，设备进行停机操作（图3）。

（2）设备在自动运转之前，由于设备工艺的不确定性，需客户先手动把压花头调整到起压位置，在外部面板按下位置起点确认（图4）。

（3）生产者选择了“花段”之后，只需要在触摸屏上设定生产的各项工艺参数，控制系统便会利用PLC 内强大的浮点运算功能，根据编制好的程序和给定的各项参数进行运算，用PLC 内部的专用定位指令DST 进行行走指令，其运算的结果转化成脉冲信号输出至伺服驱动器, 伺服驱动器输出信号驱动电机（图5）。

6 伺服系统的设计与选择

6.1 伺服电机的选择

设计者在进行伺服驱动器和伺服电机的选择时，首先要清楚的知道电机驱动负载的转距大小和要求以及其安装的方式。根据“滚花”生产的工艺要求，设计者选择了上海步科公司的额定转距为1.27N•m、额定转速为3 000 r/min 的 SMH80S 系列伺服电机，与之配套选择的驱动器为CD420 系列的伺服驱动器。步科的此款伺服系统具有极低的转矩脉动、高的定位精度、优异的动态响应，可以轻易的实现增益设置，同时本体自带2500PPR （增量式差分5V 编码器），输入脉冲频率采用开集电极传输方式：200KPPS，完全满足本加工工艺的要求。

6.2 伺服驱动器的接线

此套伺服系统的接线并不复杂，只要按照规定将线规范的接入到相对应的插头即可。接线时，须将三相电源线L， N 接入，将伺服电机插头接入X2，对应UVW,PE 端子，将编码器插头接入X4，控制线直接接入端子排。在调试程序时，可以直接利用面板进行调试，如有需要，亦可利用伺服电机的专用软件调试，通过RS232 接口接到伺服系统的X3 口上即可。