基于PLC的智能自动分度控制技术

1 控制系统简介

　　在汽车、拖拉机零部件的许多加工领域需要对各类加工工件的端面或圆周面进行均匀分度。传统的分度是采用定位卡盘和定位销的机械构件进行分度定位，对不同型号和不同要求的工件进行加工时。由于所需分度位数不同，要求更换不同的卡盘。需准备多套与之配套的定位卡盘。随着定位卡盘和定位销使用次数的不断增加，存在着机械磨损，从而导致不能准确均匀分度，加工精度变差。我们设计研制的智能自动分度控制系统，是基于可编程序控制器(PLC)，利用其功能指令中脉冲输出指令控制步进电动机，通过软件编程技巧消除均匀分度的累积误差，从而实现智能、随机、精密、自动分度的定位控制。该智能自动分度控制系统，根据加工工件均匀分度所要求的分度值不同，即可准确实现各种工件端面随机均匀分度，亦可准确实现其圆周面上随机均匀分度。此智能自动分度控制系统具有以下特点：

　　1)针对不同加工工件的需要，通过两位拨码开关输入分度位数，范围可以从2到99。

　　2)PLC根据输入的分度位数值，通过精确运算处理，输出一定的脉冲量，从而控制步进电动机准确定位。

　　由于选取步进电动机的步距角为0.9°，步进电动机不加细分控制时，控制精度可达到0.9°/N；步进电动机加入细分控制时，理论控制精度最高町达的0.9°／N／M(其N为传动装置的传动比，肘为细分值)。

　　3)对在分度运算中存在余数造成的累积误差，进行软件编程实现消除处理，确保均匀分度的精确控制。

2 控制系统硬件设计

　　输入点：X1：原点；X2：自动；X3：手动；X4：启动；x5：分度正反转；x6：分度轴锁紧与松开；X20，x2l，X趋和X23：8421BCD拨码开关数字输入。

　　输出点：Y0：驱动步进电动机；Y1：分度正反向；Y2：分度轴锁紧；Y4和Y5：8421 BCD拨码开关输入控制。

　　根据分度要求及一般机械加工装置所需的输入输出点数，主控制单元采用日本三菱公司的FXlr40MT型PLC。该PLC体积小、功能强、性价比高，且具有定佗控制及脉冲输出功能。其系统输入、输出点和拨码开关控制系统原理如图1所示。该智能自动分度控制系统是针对各种类型加工工件的精密分度，分度位数根据要求可由2至99个之间随机选取，利用两位8421 BCD拨码开关实现加工分度位数的输入。拨码开关输入控制由PLC输入点x20。x21，x22和x23，及输出点Y4和Y5协同实现。

图1控制系统原理图 

　　在实际应用的多轴数控系统中，通常的定位控制是采用PLC加定位模块实现。但当进行定位控制的定位轴较少时，可直接利用PLC本身的高速脉冲输出口控制驱动步进电动机，这样控制方法简单方便，又可降低控制成本。

　　FxlN-40MT型PIE，具备简易的定位控制及脉冲输出功能。其输出点Y0具有脉冲输出功能，输出脉冲频率最高可达100 kHz。选取的步进电动机驱动器SH2046M是采用高速单片机技术开发的细分驱动器。该驱动器采用商频脉宽调制技术，具有噪音低、效率高、电压范围宽、设置灵活、运行平稳等优点。步进电动机采用86BYG402永磁感应式步进电动机，其步距角为0.9°。完全可以满足精确分度的要求。

　　 如图1所示，PLC的输出端Yo(脉冲输出)控制驱动步进电动机实现均匀分度；PLC的输出端Y。控制步进电动机分度的旋转方向。PLC脉冲输出端Y0、输出端Yl的公共端COM0与PLC的24 V地COM相连。步进电动机驱动器的输入信号公共端OPTP与PLC的+24 V电源相连。PLC的脉冲输出端Y0外接1.8 kfl的限流电阻连接至步进电动机驱动器的脉冲输入端CP，用于驱动步进电动机旋转分度。PLC的输出点Y1。外接1.8 kΩ的限流电阻连接至步进电动机驱动器的方向输入端DIR，用于控制步进电动机的旋转方向。以此来实现智能、自动精确分度的硬件连接。