1工艺流程2磨削机PLC控制系统的硬件设计2.1磨削机设备组成及设计目标磨削机主要由1台日本三菱电机公司FX系列小型可编程控制器FX2N-48MR，1台FX2N-10GM单轴定位控制器，1套三菱MR-J2S系列交流伺服系统，3台三菱FR-S540系列变频器，1台三菱F94GT-LWD触摸屏，1个FX2N-4DA模块组成。其核心是可编程控制器，它的输出部分主要用于控制伺服和驱动电机。其输入部分主要接收各类保护继电器的动作信号。

　　整个设计具体可分为以下4部分：①采用PLC和FX2N-10GM完成检测（计算出比较佳的进刀量），自动磨削等工序。②利用伺服实现对磨削进刀量的双闭环控制。③利用内部计数器和光电开关读取横向拖板移动距离。④采用触摸屏实现了更为方便、友好的人机通讯。

　　2.2PLC控制系统构成一上电，拖板和控制进刀距离的伺服归零，接着为了实现合适的进刀距离开始检测，检测完毕开始真正的磨削过程。磨削机控制系统中，通过3台变频器来控制用于拖板移动，刀盘转动，版辊转动的电机，刀盘主轴进给系统应用PLC（可编控制器）定位伺服控制系统，通过伺服来实现一定的进刀距离，磨削出所要求的版辊，FX2N-10GM读取检测时探头的读数。光电接近开关装在转动轮上，把拖板的长度转化为脉冲信号，利用可编程控制器的计数器进行计数，当计数值达到设定值时，控制拖板停止移动，横向移动控制精度要求不高，用PLC内部计数器来实现即可，节约了成本。喷雾阀在机器运行时，给版辊喷洒冷却液，来保证成形辊不受磨损及型材表面的光洁度。

　　光电接近开关和D/A扩展模块以及触摸屏等元件组成，实现磨削过程中基本逻辑动作、检测、伺服闭环控制和人机通讯四大功能，控制系统结构框图如所示。

　　结合模块：磨削机要求丝杠上的刀盘在加工前后必须停控制系统结构框图为了提高生产线使用的安全性、运行的可靠性、维护的方便性、操作的灵活性、故障诊断的智能性、磨削的准确性，设计的控制系统采用自动（包括粗切、精切）/手动控制方式。在选择手动操作时，通过触摸屏上的软按钮实现设备启、停控制，操作手柄控制伺服的进或退点动，便于设备调试维修。在选择自动操作时，在触摸屏上设置版辊直径、版辊长度、切削量，显示检测时的版辊直径比较大值，比较小值和平均值等信息和检测到的故障信息，从而也提高了控制便利性。改变变频器的设定频率，可改变拖板在相同的位置，以便下一加工循环，否则将造成刀具或工件损坏。准确定位在普通继电器控制的鼠笼式交流电机上实现起来比较麻烦，我们采取伺服系统来实现定位，引入速度负反馈消除了外界参数变化和扰动对系统状态的影响，使该系统具有动态响应快、定位精度高、系统稳定性好等特点。为了在工作过程中使精度控制在规定的误差以内，进刀距离通过检测采用闭环跟踪控制。首先是用FX2N-10GM读取检测时探头接触版辊的读数，并根据公式显示出版辊的直径比较大，比较小，平均值（与制定合鹋概转速度挪1转毙6伽咖Publishing愚的切削量有关，然后此时的伺上需要的切削量求出比较精确的进刀量，比较后开始整个自动磨削过程。FX2N-10GM作为智能化的定位控制器按用户编制的定位程序向驱动器发出定位脉冲、运行方向等，信号驱动器按这些控制信号驱动伺服电机带动滚珠丝杠进行定位，对于伺服电机，有伺服准备、伺服结束和零位三个信号反馈，外部设定用数字开关可将定位点位置和速度等数值送入定位单元，定位单元通过总线连接到FX系列PLC扩展口上，成为PLC控制系统3）变频器模块：为实现三相异步电动机速度调整和稳定运转，我们采用变频器来调速电机。变频器的模拟输入电压端子接受FX2N-4DA速度电压值后，根据内部设定的参数值来对异步电动机调速。调速方式为V/F型，这种调速方式在改变变频器输出频率的同时改变变频器的输出电压，两者的比值为恒定，以保持异步电动机磁通不变。该调速方式简便、可靠，能够满足电机调速的要求。

　　中的定位智能控制环节，在定位单元内，常量的设置与监控、参数的改变可以通过使用连接到PLC上的数据存取单元完成，因此可以在运行过程中由PLC指定模块号（这里10GM是1号模块，4DA是2号模块），传送定位速度等数据，并能在PLC中监视GM的实时定位信号及运行或停止状态。在PLC和FX2N-10GM之间的数据通讯被FROM和TO指令控制，在FX2N-10GM中有专门用于通讯的缓冲存储器并给予编号（BFM），相应地在PLC中分配有输入继电器，输出继电器，辅助继电器，以及特殊辅助继电器等设备，使用TO指令从PLC的数据寄存器传送数据到FX2N-10GM的数据设备中，使用FROM指令从FX2N-10GM设备中传送数据到PLC的数据寄存器中。

　　进刀量用伺服电机来控制，伺服电机的控制由PLC实现。PLC产生两路信号，一路为伺服脉冲信号，它的频率和伺服电机的转速成正比，它的个数决定了伺服电机旋转的角度。另一路为方向电平信号DIR.当DIR为高电平时，电机顺时针旋转；相反，当DIR为低电平时，电机为逆时针旋转。磨削中分为粗切和精切，精切的精度要求很高，一般切削量不能大于0.05mm，伺服前进1mm，就发了1600个脉冲，相当于一个脉冲就前进了0.625um，精度非常高，从而使得丝杠得到精确定位。伺服控制刀盘进刀时，进刀速度不是不变的，当刀盘接近版辊的时候要自动开始减速，以免过冲影响磨削质量。控制刀盘进刀的丝杠上有三个接近开关，一个是用来原点定位的，另外两个分别是进、退接近开关。定位系统框图如所示。

　　定位系统框）DA模块：版辊旋转，刀盘旋转，拖板移动分别用3台电动机拖动，变频器根据输入的版辊直径，版辊长度通过调用公式来调节电动机转速，保证磨削出一定锥度的表面。三个速度和版辊直径，长度之间存在着一定的机械关系，而这种折算关系存储在PLC中并在磨削前自动调用出来，拖板的横向移动距离用接近开关检测，电机每转一周检测5个开关（丝杠前进10mm），计5次数，一次计数就移动2mm，停止时已经记下一定的距离，当拖板退回去的时候可以根据折算好的计数值自动停止移动。无4）触摸屏：触摸屏与PLC相配合，使对设备的任意多的操作控制、大量的运行信息反馈通过对触摸屏编程予与实现，PLC与触摸屏之间通过串行接口通讯，连线简洁，整个系统更紧凑、美观。

　　3系统的软件设计3.1PLC控制的软件设计PLC控制软件的设计大致可以分为以下几个模块：上电初始化、检测、自动磨削、报警及报警处理。选用三菱FX1N的PLC，其内部包含基本逻辑指令、步进顺控指令和功能指令，配合扩展模块的特殊指令，编程灵活、修改方便且运行稳定。各模块的程序流程见（a）。

　　（a）中，首先进行初始化，初始化包括拖板、刀盘进给丝杠和伺服的归零，一上电伺服控制刀盘的轴快速移动到零点位置，相应的伺服读数为零，拖板也根据需要回到零点位置，若刀盘主轴进给超过比较大给定行程时，系统发出超程报警，同时刀盘主轴自动返回零位。比较麻烦的是不知道要切削几次才可以达到磨削的期望值，为了提高效率，用户可以将常用的磨削周期存储起来以备后用，而不必重新设计磨削周期。而切削过程流程图（a）自动状态下的程序流程3.2触摸屏画面设计（b）切削过程流程削出来的表面精度，因此，当其中一个速度发生波动时，另外两个的转速必须迅速跟踪。无论手动操作时设定速度还是根据版辊直径，长度通过公式求得刀盘、版辊、拖板速度值，都要将其值传给三菱变频器。为此，我们增加FX2N-4DA模块。该模块提供4个输出通道（要用到3个通道），BFM0决定通道是电压输出还是电流输出。模式0是电压输出模式，对应于-10V~+10V.模式1、2是电流输出模式，分别对应于4mA~20mA和0mA~20mA.模拟量输出的增益/偏益设置由BFM8和BFM9决配合变频器速度调整的模拟量输入标准，我们采取模式0，即电F900GOT系列触摸屏是三菱公司为配合其FX系列及A系列PLC而设计的。F940GOT-LWD为单色液晶，双色显示。

　　触摸屏可取代操作按钮、拨码盘，SEGA数码管，使本系统配置、连线，PLC程序更加简洁。通过组态软件，可生产丰富的用户画面。既方便操作者使用，又便于设计者开发，是理想的人机界面。

　　该系统中主要设计了欢迎登录画面、主画面、手动操作画面、粗切显示监控画面、粗切操作画面、精切显示监控画面、精切操作画面、故障显示画面和报警履历显示等9个基本画面和帮助及故障详细显示等10个窗口画面。这些画面从个人电脑传送到触摸屏即可使用，而触摸屏与PLC通过RS-422通信电缆连接可实现信息互通。在画面的设计调试过程中，也可从触摸屏上传画压输出4*式1°5分辨i率a为5mVi字量范fa定义为ti20：00！有1效Hhg司的AT24C02.我们可以通过芯片上的SDA和SCL与单片机相连，这就是常说的l2C总线方式。l2C是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它根据地址识别每个器件，并通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息。

　　在硬件上，我们需要注意SDA和SCL均为双向I/O线，必须通过上拉电阻接正电源，从而保证当总线空闲时，两根线都是高电平。这是因为EEPROM的SDA和SCL这两根线是集电极开路。在软件上，我们需要注意当发送停止信号后，EEPROM进入内部写数据周期，在这段时间内，不应答任何外来信号，因此需要在发送停止信号后，至少延迟1.2！s的时间，才能保证重新输入的开始信号有效。

　　上位机和下位机通过MAX232通讯，是德州仪器公司生产的一款兼容RS232标准的芯片。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供TIA/EIA-232-E电平。每个接收器将TIA/EIA-232-E电平输入转换为5VTTUCMOS电平。这些接收器具有1.3V的典型门限值及0.5V的典型迟滞，而且可以接受*30V的输入。每个驱动器将TTUCMOS输入电平转换成TIA/EIA-232-E电平。

　　3.2下位机下位机的主要任务是接受上位机传来的数据，处理热辊的温度信号并输出合适的功率。它实时接受热辊的温度信号，并通过PID方法来控制功率输出。

　　PID由直接计算法和增量算法，直接计算法得到的是当前需要的控制量，增量算法则是相对于标准算法的相邻两次运算之差，得到的是增量。

　　标准的直接计算法公式：两式相减得到增量法计算公式：其中，Kp，Ki，Kd则是做好一个控制器的关键常数，分别称为比例常数、积分常数和微分常数，不同的控制对象需要选择不同的数值，还需要经过现场调试才能获得较好的效果。系统一旦出现了偏差，比例调节立即作用已减少偏差。比例作用大，可加快调节，减少误差，但过大的比例，会使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节使系统消除稳态误差，提高无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用越强，反之则积分作用弱。加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。微分调节反应系统偏差信号的变化率，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，可改善系统的动态性能。但微分作用对噪声干扰有放大作用，若过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。

　　现场整定PID参数时，可以根据这些参数在PID过程中的作用原理，来讨论我们的对策：1'加温很快就达到目标值，但是温度过冲很大：①比例系数太大，致使在未达到设定温度前加温比例过高；②微分系数过小，致使对对象反应不敏感。

　　2'加温经常达不到目标值，小于目标值的时间较多：①比例系数过小，加温比例不够；②积分系数过小，对恒偏差补偿不足。

　　3'基本上能够在控制目标上，但上下偏差偏大，经常波动：①微分系数过小，对即时变化反应不够快；②积分系数过大，使微分反应被淹没钝化；③设定的基本定时周期过短，加热没有来得及传到测温点。

　　选择一个合适的时间常数很重要，要根据输出单元采用什么器件来确定，如果是采用可控硅的，则可设定时间常数的范围就很自由；如果采用继电器的，若过于频繁的开关就会影响继电器的使用寿命，所以不太适合采用较短周期。一般的周期设定范围为2s至5min较为合适。

　　4结束语经测试表明，本文所提出的分区控制及液晶显示达到了预想的效果，运行稳定，现场调试简便，热辊的温度误差被控制在±