提高機(jī)床plc控制中信號(hào)采集準(zhǔn)確性的措施
雷振坤(大河機(jī)床廠銀川 750004)
1引 言
l臺(tái)德國(guó)deckel公司制造的fp5c型臥式機(jī)床因使用年限較長(zhǎng)，其控制系統(tǒng)siemens- fanuc system 7me故障率過(guò)高而需要進(jìn)行改造。該機(jī)床工作臺(tái)630mm×630mm，刀庫(kù)50把刀，要求改造后四軸三聯(lián)動(dòng)，四軸全閉環(huán)控制，主軸轉(zhuǎn)速****為4 000r／min，換刀時(shí)間（刀對(duì)刀）約2.5s，換刀快速可靠，刀庫(kù)為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的鏈?zhǔn)降稁?kù)，運(yùn)動(dòng)速度為30m／min，現(xiàn)采用fagor8050m數(shù)控系統(tǒng)控制。
尤其值得一提的是其刀具編碼的方式不多見(jiàn)，刀具采用兩排編碼螺釘形成bcd4位數(shù)，刀具號(hào)****數(shù)為9999，用感應(yīng)開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)識(shí)別刀具號(hào)。原來(lái)的硬件線路plc，有一套濾波、整形、光電耦合及譯碼電路采集16路信號(hào)，并檢索刀具，控制找刀�，F(xiàn)在用系統(tǒng)的內(nèi)置plc控制刀庫(kù)，就出現(xiàn)了新的問(wèn)題，螺釘寬度約5mm，運(yùn)動(dòng)速度為o．5m/s，可知感應(yīng)輸出信號(hào)僅僅是一個(gè)較窄的脈沖，各路開(kāi)關(guān)的輸出時(shí)間不可能完全一致，再加上刀庫(kù)快速運(yùn)動(dòng)中的振顫，處理不好，誤讀刀具號(hào)或者來(lái)不及處理的情況就會(huì)發(fā)生。
2分析
刀柄及感應(yīng)開(kāi)關(guān)如圖l所示，刀柄側(cè)西1用來(lái)表示個(gè)位和十位數(shù)，它由1～8孔道和p孔道組成，p孔道為奇偶控制孔道，用來(lái)補(bǔ)償編碼螺釘?shù)膫�(gè)數(shù)，在此編碼螺釘用奇數(shù)個(gè)數(shù)側(cè)面2表示百位和千位數(shù)，由9～16孔道組成。
通常調(diào)用刀具有兩種編碼方法，刀庫(kù)位置編碼法和刀柄編碼法，現(xiàn)在大多數(shù)加工中心采用前一種，本機(jī)床采用后一種，操作者不必了解每個(gè)刀具放在刀庫(kù)中的什么位置，刀具可任意放置，根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用，因每把刀柄都編上了代碼，系統(tǒng)不需要記憶和跟蹤刀具，只要能識(shí)別即可。
刀柄兩側(cè)面上的編碼螺釘借助于感應(yīng)開(kāi)關(guān)向控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)。
plc是一種可編程序的順序控制器，其控制與硬件線路控制器是完全不同的，它的程序是按由前到后的順序一步一步執(zhí)行的，每執(zhí)行一遍為一個(gè)掃描周期，然后又從頭開(kāi)始循環(huán)，一般掃描周期可達(dá)幾十ms，主程序一個(gè)周期只能輸入／輸出一次，按這種時(shí)間是無(wú)法控制刀庫(kù)找刀的。數(shù)控系統(tǒng)的plc -般都還有高速掃描程序，一般每隔8～16ms掃描1次。
用數(shù)控系統(tǒng)的波形分析功能觀察，感應(yīng)開(kāi)關(guān)的脈沖寬度最短只幾個(gè)ms，最長(zhǎng)也不過(guò)18ms，不采取一定的軟硬件措施是不可能得到滿意效果的。
任意選取3個(gè)孔道的波形來(lái)分析，波形見(jiàn)圖2。
3個(gè)上升沿不可能完全一致，3個(gè)下降沿也不完全一致，t2期間是信號(hào)穩(wěn)定持續(xù)期，上升沿期間，t3為下降沿期間，tl和t3期間讀取的信號(hào)肯定是錯(cuò)誤的，有遺漏的，只有在f期間采集到的數(shù)據(jù)才是正確的。要讓高速掃描程序剔除掉tl和t3期間的值，而保留t2期間的值才行，而且要起碼采集兩次真實(shí)的值，才能保證檢索到刀具。
3解決方法
解決這個(gè)問(wèn)題的原則是要在高速掃描周期內(nèi)讀取到真實(shí)的刀具號(hào)，濾掉錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確無(wú)誤地使刀庫(kù)中的刀具定位在換刀位置，完成找刀，為加工中心自動(dòng)換刀做好準(zhǔn)備。
找刀過(guò)程框圖見(jiàn)圖3�？梢�(jiàn)，找刀的關(guān)鍵在于刀具編碼識(shí)別。一開(kāi)始，沒(méi)有特別注意這一點(diǎn)，只是簡(jiǎn)單地將16個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)采集進(jìn)來(lái)，進(jìn)行判別，但是發(fā)現(xiàn)有時(shí)候找錯(cuò)刀，比如t141找到的可能是t140或t41，甚至tl，經(jīng)過(guò)分析，采取措施，便迎刃而解。
(1)盡量縮短高速掃描周期，使采集信號(hào)的取樣頻率加快，但這是有限的，雖然fagor plc中pe棋塊的時(shí)間理論上無(wú)限制，但實(shí)際最快也只能8ms（經(jīng)試驗(yàn)得），試驗(yàn)是否能用2次取樣值作比較，2次完全一致才能確認(rèn)數(shù)據(jù)有效，否則重讀。
(2)奇偶校驗(yàn)必不可少，經(jīng)過(guò)校驗(yàn)后，能濾除掉不合理的數(shù)據(jù)，提高取樣數(shù)據(jù)的可靠性。
(3)以雙排孔即2個(gè)側(cè)面同時(shí)來(lái)設(shè)定刀具編碼，雖然這樣，刀具編碼個(gè)數(shù)只有2位，但可靠性整整翻了1倍，等于有了雙保險(xiǎn)，降低了誤讀的機(jī)會(huì)。
(4)盡量壓縮高速程序的執(zhí)行時(shí)間，即****可能地減少高速處理的程序量，做到?jīng)]有一句是多余的，這樣可以縮短整個(gè)主程序的掃描周期。
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