HC-600型便携式船用数控镗孔机控制系统设计

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HC-600型便携式船用镗孔机是浙江舟山海川船舶机械有限公司设计的产品，主要适用于船舶修造行业，是加工船舶舵系安装孔、轴系尾轴孔、大型起重机安装孔的设备。也适用于部分不易移动的体积大、质量大，必须在现厨行加工的设备。

通过现场固定便携式镗孔机进行镗孔，可以完成大部分加工任务，但在某些特殊情况下，不带数控系统的便携式镗孔机就难以达到精度要求。如加工- 些长度和精度要求很高的盲孔时，由于肉眼难以观察到孔内表面的加工精度和孑L的深度，就会使得加工效率降低，生产成本增加，同时无法确保生产要求；还有在加工具有多孑L系的箱体零件时，不仅要求保证尺寸的精度，还需要保证孔系之间的定位精度和孔的形状精度。因此引进数控技术，并用伺服控制替代手动控制，以获得控制系统稳定可靠、操作简便、性价比高的便携式数控镗孔机已经成为- 些船舶修造企业进行设备改造的途径。

可编程序控制器(PLC)技术已经在工业 自动化领域得到了广泛的应用。它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面表现出较大的优势，是其他工控产品难以比拟的。如果用 PLC控制技术对-些机床实施改造，则具有普遍的技术及经济意义 J。

工业控制自动化领域中除了可编程序控制器(PLC)外 ，还有不可缺少的-块就是人机交互，人机界面是当今工业控制 自动化技术的热点之-。

所谓人机交互，是指人与计算机之间使用某种编程语言，以-定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间信息交换的过程。在设计过程中通过设计-个人机界面(HMI)作为操作人员和操作设备之间沟通的桥梁，使得操作者可以实时按需输入加工要求并且实时观测加工状态。笔记本多用USB作为通信端 口，通过电平转换与 RS-232总线相连，总线再与 PLC相连，对工业生产加工进行全过程监控，形成-个全新控制系统。常用的人机交互界面就是触摸屏，由于触摸屏集点触操作与动态观测于-体，使得应用了触摸屏的控制系统更加直观，易于操作。目前触摸屏技术已经在我国得到了广泛的应用。

在工业控制自动化中，伺服电机是不可缺少的- 环。相比传统的电动机，伺服电机通过将电压信号转化为转矩或转速信号以驱动控制对象，对速度和位置精度有着更准确的控制。伺服电机不仅具有机电时间常数孝线性度高、始动电压低等特性，还具有体积孝动作反应快、过载能力大、调速范围宽、低速力矩大、波动孝运行平稳、噪声低、效率高等优点 j。目前，国内外 已经将伺服电机广泛应用于数控系统、工业生产流水线、汽车制造、航空航天等领域。

2 便携式船用数控镗孑L机的控制方式便携式船用数控镗孔机的控制核心为 PLC，并收稿日期：2013-05-03作者简介：杜飞明(1979-)，男，浙江宁波人，浙江万里学院讲师，浙江海洋学院在职硕士研究生，主要研究方向为涉海机械理论与方法。

· 53·2013年第 42卷 机械设计与制造工程以触摸屏为人机交互界面，通过触摸屏输人镗孑L机完成工作任务所需的各种参数(镗杆转速、每转进刀量、加工孔深)。触摸屏显示镗孔机当前的工作状态(主轴电机转速、进给电机转速、镗杆转速、主轴绝对坐标(目标)、进给绝对坐标(目标)、主轴当前坐标 、进给当前坐标、剩余运行时间等)，并实时控制镗孔机的各种动作(急停、开始运行、进给暂停 、进给调速、镗杆调速、机械回零等)。手工输入触摸屏的各种参数变成各种指令代码输人 PLC，在PLC处理之后将命令及脉冲输入伺服电机驱动器，伺服电机驱动器在设置参数后，与高速编码器的反馈信号形成闭环控制。外置电子手轮连接 PLC，对镗孔机的启动、调速、对刀等进行手动脉冲控制。

3 便携式船用数控镗孑L机控制系统硬件设计3.1 PLC的选择PLC的选型首先是品牌的选择，在综合考虑成本、稳定性、编程人性化等因素后，选择台达 PLC。

其次根据所需功能和容量进行具体型号的选择，并考虑维护的方便性、备件的通用性、是否易于扩展、有无特殊功能要求等。

a.PLC输人/输出(I/O)点确定。I/O点数选择时要留出适当余量。由控制要求可知有 16个输人口，则输入的点数可选择 16点；输出已知有 l0个，则输出点数也可选择 16点。综合以上两点，选择输人输出点数为相同的16点。

b.PLC存储容量。系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时容量应选择大-些；便携式船用数控 镗孔 机 的 PLC控 制程 序设 计 步 骤 在1 000step之内，默认存储容量为 16kstep已经足够使用。

c.输出类型。由于需要控制 2个伺服电机，所以在 16个输出点中需要有至少 2组高速输出，并且触摸屏和伺服电机驱动器使用相同的24V直流电，所以输出类型选择晶体管型输出。

d.输人要求。由于要读取电子手轮的 AB相编码脉冲，所以选用的 PLC至少需要有 1组高速输人点。

e.PLC的连接。由于 PLC需要连接触摸屏，所以需要在选购时注意连接端口的型号。

综 上 所 述 原 因，最 终 选 择 台 达 DVP -32ES200T2。

3.2 伺服电机与触摸屏的选择在选用伺服电机时，需要参考计算得出的镗孔. 54 ·机主轴输入功率(2.4kW)以及进给电机输入功率(400kW)，而且在控制时需要精确设定加工深度并精确定位加工位置，所以要求选用有位置控制的伺服电机驱动器。根据以上数据和要求选购了武汉华大新型 电机科技股份有限公 司的型号 为130ST-M10025LFB、80ST-M01330LF1 B的伺服电机及型号为 SBF-PL301/3A的伺服电机驱动器。

选购触摸屏时综合考虑成本和工作要求，选用了维纶公司的型号为 WEINVIEW MT6070iH的触摸屏。

3.3 PLC控制 I/O分配表在 PLC编程实现控制时，需要对 PLC控制器的 I/O口进行分配见表 1。其中x”表示 PLC控制器的信号输入端口，Y”表示信号输出端 口，后续数字为相应的地址，与 PLC外围接线地址-致。

表 1 PLC控制 I/O分配表3.4 PLC控制 系统接线方式PLC控制器常用通用串口(RS232)为其下载程序，而笔记本多用 USB作为通信端 口。因为USB用的是 1rL电平(逻辑1”为 5V，逻辑0”为0V)，RS232是负逻辑(逻辑1”是 -12V，逻辑0”是 12V)，所以两者通信时需要电平转换。-般用 MAX232芯片进行转换，实现计算机 USB接口到通用串口之间的转换，为没有串口的计算机提供快速的通道～即插即用 USB转换成通用串口设备，最大优点为支持热插拨、即插即用、传输速度