基于PLC的数控转塔打字系统设计

　　为满足钢构生产厂家跟踪、掌握产品的质量及用户了解钢构产品相关信息的需要，近年来钢构信息标识越来越受到重视。国内钢构信息标识主要有刻字、针式打印及打字3种方式，其中刻字技术主要采用数控机床铣刀刻字、激光刻字和电火花成型等技术，投资大，成本高；针式打印技术采用点阵标识的方法，打印速度高，成本低，但打印的标识辨识率不高，视觉效果不好；钢构打字技术则是在要标识的钢件上用冲压动力冲击成型字模，冲压的字体清晰，深度容易控制，并且字头刀具寿命长，成本低，相比较而言，在国内，钢构打字技术更适宜被选用。一般采用盘式打字，打字效率较低，不能灵活换刀。国外的钢构打字技术一般采用数控转塔打字技术，效率高，换刀灵活，使用寿命长，成本低。国内数控车床配套的转塔打字系统大部分从国外直接引进，没有自主知识产权，技术上无法升级更新，关键技术被国外知名厂商垄断。基于网络数控(NCNC)和数控组态技术的思想，设计开发高速转塔打字系统，突破国外数控车床配套的转塔打字技术封锁是国内钢构打字系统的发展趋势。

1 转塔打字系统控制原理

　　该系统从生产实际出发，采用集国际最新的伺服系统技术、工业控制计算机技术、独立PLC控制于一体的全自动智能化工作方式，实现数控转塔打字系统的最优路径换刀控制。计算机数控系统主要负责向PLC发出启动／停止命令，接收PLC发回的工作状态信号，确定整个系统的控制动作并能实时显示。

　　PLC则检测操作面板的状态，并将工作状态信号传送给计算机数控系统，同时驱动刀塔伺服执行机构，实现精确的转位控制。作者主要介绍了PLC实现的最优路径换刀的软、硬件设计，该设备从总体上分为3大部分：机床本体机械部分、电动伺服部分和计算机数控系统部分，并介绍了CNc与PLC、PLC与伺服系统、PLC与机床相互间的信息通讯。系统原理框图如图1所示。

图1数控转塔打字系统原理图

2 转塔打字系统硬件设计

　　随着现代电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展，电机的应用技术也得到了进一步的发展，电机应用已由过去简单的起停控制、提供动力为目的的应用，上升到对其速度、位置、转矩等进行精确控制，使被控机械运动实现精确的位置控制、速度控制。作者所选用的伺服刀塔的核心技术就是伺服电机的位置控制技术，PLc通过控制输入到伺服电机线圈组中的脉冲频率，实现对伺服电机的角位移和速度的控制，从而控制数控刀塔的转速、正反转及步数等。VDI盘式刀库的最大转角为180。，由PLC系统根据所换刀具的位置决定转向，以使换刀的路径最短，实现最优路径换刀。

　　2.1 转塔打字系统刀架的选择

　　考虑到系统各项技术指标要求，经认真比照筛选，最终选用的是AK36100×12系列高速换刀伺服刀架，该刀架以伺服电机驱动分度，液压控制松开、刹紧三联齿盘定位，可双向回转和任意刀位就近选刀，转位时间可调，30°最快转位时间0.15 s，中心高100 mm，重复定位精度±2”，伺服电机功率500 w。

　　2.2 转塔打字系统电气控制原理

　　伺服电机必须根据PLC的指令，随时进行正、反方向转动。这里选用的是三相交流异步电动机，在此电气控制系统中，通过对实现任务的需求分析，首先要设置相应的系统启停控制信号，再设置电机速度和方向控制信号，由于系统的复杂性和从对系统的保护考虑，这里需要加入状态检测信号，最后确定输出信号和数据的使用。其正反转控制线路如图2所示。

图2转塔打字系统电气控制原理电路

　　当按下正转启动按钮FsB后，正转接触器FKM动作，使电动机正转；FKM的一个动断触点串联在接触器RKM线圈的控制回路内，它此时先断开，切断接触器RKM线圈的回路，FKM的一个动合触点后闭合实现自锁；若再按RSB，接触器RKM受FKM的动断触点互锁不能动作，这样就防止了电源短路的事故。当需要电动机反转时，按下停止按钮SB，正转接触器FKM失电，电动机停止，FKM的动断触点恢复，为反转作准备；再按下反转启动按钮RSB，反转接触器RKM得电，电动机反转。该设计中采用的是既有电气互锁，又有机械互锁的双重互锁控制线路。在按动按钮FSB的过程中，FSB的动断触点先断开RKM的线圈回路，FSB的动合触点后闭合，使FKM线圈得电并自锁，电动机正转；反转工作情况亦然。

　　2.3 可编程控制器的选择

　　该转塔钢板打字机的控制器选择日本三菱公司生产的F)(2N系列可编程控制器。该系列PLC具有配置灵活、指令功能丰富且执行速度快的优点，其内部可用的辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、寄存器D、计数器C的功能和数量足以满足该打字系统的控制需求；另外，它还可进～步配合网络PC机对整个转塔打字系统进行实时跟踪监控，为调试和维护提供极大的方便。对该刀塔L／O系统进行分析可知，刀塔对PLC的输入信号24个，输出信号4个，因此选用48点的Fx2N48M可编程控制器作为数控系统的独立式PLC。其硬件控制接线图如图3所示。

图3 PLC控制接线图