CC—Link總線在銑床運動控制中的應用

在現(xiàn)代機械制造業(yè)中，用戶不僅對機床加工性能提出了更高的要求，而且對自動化生產線上的加工設備提出了集中管理、分散控制的新要求。以普通銑床數控化改造后的運動伺服控制系統(tǒng)為研究對象，實現(xiàn)基于CC—Link現(xiàn)場總線的多臺銑床同步控制，充分利用PLC的高可靠性、編程簡單、功能強大、體積小、經濟合算等優(yōu)點，提高銑床的加工精度和生產效率，從而體現(xiàn)了CC-Link總線技術在自動化生產線中低成本、高可靠性、可維護性和智能化數據采集的優(yōu)勢。

1 CC-Link簡介

CC-Link(Control&Communication Link，控制與通信鏈路系統(tǒng))是三菱電機基于“多廠家設備環(huán)境、高性能、省配線”理念開發(fā)的，以設備層為主，同時也覆蓋了位于較高層次的控制層和較低層次的傳感器層次，能夠同時高速處理控制和信息數據，實現(xiàn)高效、一體化和過程自動化控制的一種開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)。CC-Link現(xiàn)場總線具有高速、高實時性以及完善的RAS(Reliability、Availability、Serviceability)功能和開放的多廠商設備環(huán)境，網絡拓撲結構多樣，可連接各種智能設備，能夠實現(xiàn)分散控制。

2銑床進給運行過程

銑床工作臺的進給運行分為點動和自動循環(huán)兩種方式。點動包括步進(點動前進)和步退(點動后退)，目的是調整工作臺到達合適位置，以便安裝待銑削工件和實現(xiàn)對刀操作；自動循環(huán)加工時是通過工作臺的循環(huán)往復運動對工件進行銑削加工，其往返行程由裝在床身的4只限位開關(接近開關)來控制，限位開關被安裝在工作臺側面相互垂直的兩個平面位置，當A, B兩個擋塊與其接觸時發(fā)出反饋信號。限位開關安裝位置如圖1所示。

圖1工作臺行程限位開關示意圖

3 CC-Link控制系統(tǒng)的組建

3. 1拉制系統(tǒng)整體方案構建

在構建的CC-Link網絡中，主要由1個主站和3個本地站組成，網絡拓撲結構如圖2所示。對于單臺銑床的控制，根據銑削加工工藝要求，需要由1臺三相鼠籠式異步電動機、3臺交流伺服電動機和與各臺電動機相配套的控制模塊，以及接近開關、指示燈等設備組成。其中三相異步電動機由PLC控制變頻器實現(xiàn)調速，伺服電動機由伺服驅動器驅動。

圖2 CC-Link控制系統(tǒng)的網絡拓撲結構

3．2 CC-Link網絡系統(tǒng)功能模塊配置

一個CC—Link網絡中所使用的各種功能模塊包括：電源模塊、PLC CPU模塊、I／O模塊、運動控制模塊以及通信模塊。主站單元由三菱高性能Q02HCPU、CC-Link通訊模塊QJ61BTI1、64點的DC輸入模塊QX42和32點的QY41P型晶體管輸出模塊組成，主站用于實現(xiàn)對3臺銑床的遠程同步控制，并協(xié)調各臺銑床的相互加工過程。

本地站為2號站、4號站和6號站，分別用于控制3臺銑床各自的進給運動。本地站的硬件配置與主站不同之處在于使用了專門的Q172H型運動控制CPU，該CPU通過MR—J3—10B型通用交流伺服放大器來控制相應運動軸的伺服電機，從而實現(xiàn)銑床的進給運動。此外增加了64點的DC輸入模塊QX42和32點的QV41P型晶體管輸出模塊，采用三菱FR-E540系列變頻器實現(xiàn)對主軸的調速控制，本地站通信模塊采用CC-Link網絡通用的QJ61BTll模塊來實現(xiàn)與主站和其他本地站的通信。

3．3 本地站輸入輸出信號地址分配

在銑床運行控制過程中，主要的控制信號有主軸啟停信號、主軸調速信號、點動進給信號、工作臺位置檢測信號以及各運動軸運動控制信號等。下面以本地站(單臺銑床)直線進給過程為例說明其控制過程：

(1)主軸啟停信號。對每臺銑床的主軸啟停控制是各自獨立的，由三相鼠籠式異步電機驅動運轉，控制主軸的正反轉，并通過按鈕開關實現(xiàn)信號輸入。

因此對銑床主軸的控制需要3個輸入信號。

(2)銑床急停信號。當給銑床一個急停信號時，主軸停止運轉并且伺服系統(tǒng)停止進給，這樣需要1個輸入信號和1個輸出顯示信號。

(3)點動進給信號。這一類信號包括工作臺的石、y方向進給信號和主軸沿z方向進給信號，運動過程中需要完成工作臺的前進／后退和左右移動，以及主軸沿z方向的上下移動，這樣共需要6個輸入信號。

(4)極限位置檢測信號。為了防止工作臺和主軸運行過程中超出工作行程，需要在工作臺兩端和主軸立柱上設置限位開關，當工作臺或主軸到達限位開關位置時自動觸發(fā)限位信號，使銑床停止進給運行并提示報警信號。在相互垂直的3個方向上共需要設置6個極限位置檢測輸入信號和1個輸出信號。

(5)各運動軸運動狀態(tài)信號。顯示各運動軸正常運行的狀態(tài)，需要3個輸出信號。

(6)回零及回零完成信號。執(zhí)行銑床回零操作時，先執(zhí)行z方向回零操作，然后執(zhí)行Z和Y方向回零過程，回零完成后顯示各運動軸完成回零位狀態(tài)，需要3個輸入信號和3個輸出信號。

本地站的輸入輸出信號用于顯示銑床運行時的各種狀態(tài)，輸入輸出信號地址的分配方案見表1，其他各站的I／O分配可參考該方案，在此不一一列出。