PLC在輪胎模電火花成型機(jī)中的應(yīng)用

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)輪胎的各項(xiàng)性能要求越來(lái)越高，這極大地促進(jìn)了輪胎模制造技術(shù)的發(fā)展。過(guò)去輪胎模具表面花紋簡(jiǎn)單，而現(xiàn)在輪胎模具表面有許多形狀相同的或不相同的單元凸塊按一定的規(guī)律排列的花紋，由于輪胎模具上的花紋精度和質(zhì)量將直接影響輪胎的質(zhì)量和性能，因此在電火花成型機(jī)上加工輪胎模具時(shí)，為制造這些排列有規(guī)律的花紋，就必須對(duì)模具進(jìn)行精確分度。

2 工藝要求

該輪胎模電火花成型機(jī)可以生產(chǎn)輪胎模內(nèi)徑為500mm～1200mm，等分?jǐn)?shù)為2～500朵花紋的各種輪胎模，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精度不小于0.017°。在對(duì)中模式(調(diào)整模具圓心與工作臺(tái)圓心重合)時(shí)，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度為 0～0.5rpm;在手動(dòng)調(diào)整模式時(shí)，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度為0～0.5rpm;在自動(dòng)加工模式時(shí)，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度為0～0.25rpm。所有工作參數(shù)均可以從人機(jī)操作界面中調(diào)整和設(shè)定。

3 自動(dòng)分度系統(tǒng)、硬件配置及軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)分度系統(tǒng)

在保證達(dá)到測(cè)試要求的前提下，盡可能選擇性價(jià)比高、運(yùn)行可靠、開(kāi)發(fā)周期短的方案。綜合考慮后，采用觸摸屏作為上位機(jī)、PLC作為下位機(jī)的設(shè)計(jì)方案。利用RS-232串口通訊完成數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)框圖如圖1所示:

觸摸屏是專門面向PLC應(yīng)用的，它不同于一些簡(jiǎn)單的儀表式或其它的一些簡(jiǎn)單控制PLC的設(shè)備，它功能強(qiáng)大，使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，非常適合現(xiàn)代化工業(yè)越來(lái)越龐大的工作量及功能的需求，它日益成為現(xiàn)代化工業(yè)必不可少的設(shè)備之一。下位機(jī)可編程控制器具有擴(kuò)展方便、控制簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn);PLC作為下位機(jī)完成分度控制、加工控制和采集編碼器反饋的數(shù)據(jù)等功能。

3.2 控制系統(tǒng)的硬件配置

根據(jù)性能要求，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，選擇主要器件:

(1) 觸摸屏采用EASYVIEW的MT508S。該系列人機(jī)界面除了擁有一般人機(jī)界面的功能外，還提供了許多特有的功能:

a) 可以同時(shí)開(kāi)啟6個(gè)彈出窗口。
b) 可以擁有和Windows95/98一樣的任務(wù)欄和快選窗口。
c) 采用強(qiáng)大的32位RISC處理器(Intel的StrongARM), 使MT508擁有更快的處理速度。

(2) 旋轉(zhuǎn)編碼器采用日本NEMICON公司精度為5400P/R產(chǎn)品，它將工作臺(tái)的位置信號(hào)反饋給PLC，再由PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，從而達(dá)到精確控制工作臺(tái)位置的目的。

(3) PLC采用永宏公司的FB系列的FBE-20MC。采用該系列PLC主要有兩個(gè)原因:a)采用硬件電路構(gòu)成的硬件高速計(jì)數(shù)器(HHSC)，最高計(jì)數(shù)頻率20kHz，而且是32位的高速計(jì)數(shù)器。B)PLC的計(jì)數(shù)器自帶4倍頻電路，對(duì)編碼器信號(hào)進(jìn)行4細(xì)分，提高系統(tǒng)精度。

采用一組硬件高速計(jì)數(shù)器對(duì)編碼器的反饋脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。FB-PLC的每組硬件高速計(jì)數(shù)器都有8種計(jì)數(shù)模式可供選擇，我們選用了MD7，即輸入信號(hào)為兩路相位相差90°的脈沖信號(hào)，對(duì)兩路信號(hào)的上升沿和下降沿分別計(jì)數(shù)，這樣高速計(jì)數(shù)器就計(jì)數(shù)4個(gè)脈沖，如圖2所示。原來(lái)編碼器反饋的信號(hào)的精度為360°÷5400=0.067°，這顯然達(dá)不到要求，但經(jīng)過(guò)后繼電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和PLC的4倍頻電路細(xì)分后，在不增加任何硬件的前提下使編碼器的分辨率提高到360°÷5400÷4=0.017°。在分度控制系統(tǒng)中，我們將編碼器反饋的脈沖數(shù)與PLC計(jì)算出的目標(biāo)脈沖數(shù)進(jìn)行比較，如果反饋值小于或大于目標(biāo)值，則說(shuō)明工作臺(tái)還沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)位置，如果兩值相等，則說(shuō)明工作臺(tái)已達(dá)到目標(biāo)位置。用這種方法實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位置的閉環(huán)控制。

(4) FBE-20MC是控制系統(tǒng)的核心器件，其輸入輸出信號(hào)分配如圖3所示：

3.3 PLC程序流程圖

PLC程序流程圖如圖4所示：

4控制系統(tǒng)合理性和可靠性設(shè)計(jì)

本輪胎模電火花加工儀雖然測(cè)控對(duì)象數(shù)量不多,機(jī)械結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜，但工作臺(tái)體積大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，電火花加工時(shí)干擾很大。要讓它能夠高精度、高可靠性地完的控制任務(wù),同時(shí)為了能給操作人員帶來(lái)方便 ,我們作了如下考慮:

(1) 機(jī)械部分的合理設(shè)計(jì)

機(jī)械部分是控制系統(tǒng)的被控對(duì)象,是決定控制系統(tǒng)能否可靠工作的前提。我們采用了有合適過(guò)盈配合的蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，為工作臺(tái)高回轉(zhuǎn)精度和自鎖提供了條件。

(2) 良好的人機(jī)界面

觸摸屏構(gòu)成人機(jī)界面從畫面、提示語(yǔ)句、色彩等方面給人以輕松、醒目的感覺(jué);各控制畫面的設(shè)計(jì)是以各控制功能集中為原則,操作簡(jiǎn)便;觸摸屏上顯示出各種設(shè)定參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，操作人員易于了解系統(tǒng)工作狀況，操作也方便。

(3) 系統(tǒng)的抗干擾措施

該分度系統(tǒng)的控制器是選用高可靠性的PLC和傳感器，從設(shè)備上保證了系統(tǒng)的可靠性;各控制柜在電路上完全隔離，各控制柜內(nèi)模擬電路和數(shù)字電路也采取了分離屏蔽措施，尤其是電火花加工設(shè)備發(fā)出的電磁干擾;各控制柜也有良好的通風(fēng)和散熱措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文所述的輪胎模電火花加工儀的分度系統(tǒng)從2002年8月起已經(jīng)應(yīng)用于多套設(shè)備中，配備有本分度系統(tǒng)的電火花加工儀,在試運(yùn)行期間和正常工作時(shí)，無(wú)論模具大小、輕重，分度系統(tǒng)都能控制工作臺(tái)精確分度，用戶反應(yīng)效果非常理想，已經(jīng)帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)效益