1 引言

　　DK3225型電解加工機床是針對航空航天、武器裝備等制造領域中廣泛應用的高強度、高韌性、高硬度等難加工材料的加工所設計的專用機床，主要適用于長筒形零件的型孔及擴孔加工川。電解加工的工作環境潮濕、有腐蝕性氣體、干擾性較強。傳統的繼電器控制的電解加工設備工作的穩定性較差，故障率較高;而現代微機控制系統配置高，抗干擾能力差，編程復雜，參數調整麻煩，亦不適應此環境。為此，引人PLC控制系統應用于電解加工設備，揚長避短，提高設備的可靠性、穩定性、適應性，使不同加工模式的自動化加工轉換快捷方便，生產工藝編排更加靈活。

1 機床結構及控制要求

　　1.1 機床總體結構

　　該機床總體結構如圖1所示。移動工作臺、固定工作臺及夾具的配合用以完成不同長度工件的夾緊。交流伺服電動機、滾珠絲杠等精密部件及可編程邏輯控制器構成半閉環控制系統，以實現陰極(拉桿)的精密進給。加工時，工件通陽電，陰極(拉桿)通陰電，一定壓力的電解液依次通過拉桿座、陰極，進人陰極與工件之間的加工區，再回到電解液池。

　　1.2 控制要求

　　考慮到電解加工的特殊要求，系統需對電解加工主要參數、電源、電解液、移動工作臺和拉桿座的進給運動等進行集中控制，必須具有以下功能或性能:

　　(1)手動加工功能。手動開啟及結束電解加工循環，包括手動上水、啟動電解電源、加電，手動調節加工電壓、電流，手動開啟和關閉計時裝置，在加工完畢后手動斷電、停水等。

　　(2)自動加工功能。在陰極、工件裝夾到位，設定好加工時間、加工電流等加工參數后，可以自動開啟電解加工循環，包括自動上水、加電、自動恒流加工，加工完畢后自動斷電、停水、陰極回機床原點等。

　　(3)斷電保護功能。能夠在機床意外斷電重啟后的情況下對刀點坐標位盆不丟失。并記憶斷電前已用加電時間和其余工藝參數的設定值，重啟后在原有參數下自動補時加電。

　　(4)可靠的故障診斷和自動處理功能。在電解加工過程中可能會出現“打火”或“短路”現象，為保證加工過程的正常進行，控制系統應能對加工過程進行監控，對出現的故障能進行自動診斷和處理。

　　(5)具有較強的抗干擾能力和較高的可靠性。因為電解加工的工作環境較惡劣，且要抵抗工藝電源大電流通斷和極間火花的于擾。

　　(6)能夠使得陰極獲得較寬的進給速度(范圍0.5mm/min~15amm/min ,快進速度為1x00 mm/min)
和較高的重復定位精度(誤差4.025mm ) 。

2 控制系統硬件設計

　　2.1 控制系統硬件總體設計方案

　　控制系統硬件組成如圖2所示，包括以下部分:

　　(1)OMRON系列C7I M可編程控制器.具體配置為:CJ1W-PA205 R電源模塊，C7IM-CPI122處理器單元，C71W-ID211直流輸入單元，C11N-OC21繼電器輸出單元，CJ1W-AD041模擬量輸人單元。

　　(2)陰極運動的伺服控制機構:CPU22內部基本IfQ單元與交流伺服電機驅動器相連，接收電機編碼器的反饋信號，并和指令脈沖進行比較，實行對陰極的半閉環控制。CPU內置I/O電路如圖3所示。

　　(3)異步電機、電解液泵、潤滑泵、電解電源驅動電路以及其他開關量的I/O電路。

　　(4)溫度、電壓、電流等模擬且的采樣電路。

　　(5)工業觸摸屏以及手持操作盒的硬件電路。

　　2.2 半閉環伺服控制系統的構成

　　根據控制要求，拉桿座的進給速度需無極可調且范圍寬，快進速度高，重復定位精度要求也較高，以確保陰極的精密進給。

　　本系統采用松下公司的MI1MA型系列的交流伺服驅動器(電機)驅動，南京工藝裝備制造廠的滾珠絲杠傳動,PLC回讀編碼器反饋脈沖并發出指令信息，這樣就構成了一個半閉環位里控制系統。這種伺服系統所能達到的精度、速度和動態特性優于開環伺服系統，而其復雜性和成本卻低于閉環伺服系統。

　　根據相關數值可計算該系統的脈沖當量:

　　這樣進給速度分辨率可達±1/3μm,滿足陰極主軸精確進給的要求。

　　2.3 手持操作盒數顯的實現

　　為方便用戶在機床附近進行操作，特配備手持操作盒，除具有急停、拉桿座快進/快退、拉桿座點進/點退、尾座前進/后退等常用功能外，還具有顯示拉桿座相對位置的功能，在綜合考慮到實用性、穩定性、直觀性、造價等因素之后，采用計數器計數來顯示位置。加上觸摸屏上也需要精確地顯示拉桿座相對位置，這就相當于該系統同時有兩路完全相同的脈沖輸出，一路用于驅動伺服電機，另一路用于計數器計數以顯示拉桿座實時位置，這點對設計提出了較高的要求。

　　此處選用KCIYU公司KCNfiSR-C型6位液晶顯示計數器。該計數器體積小，操作靈活，可兩相計數輸人，最高計數頻率可達5000Hz不丟步，并具有免電池的停電記憶功能。

　　由上文可知機床執行部件進給速度分辨率可達±1/3μmm,也即電機每接收3。個脈沖，陰極位移量為0.01mm,故可在程序中設定電機每接收30個脈沖則計數器計數一次，這樣就滿足了系統所要求的位置顯示精度0.01mm。

3 軟件系統設計

　　3.1 控制系統軟件設計

　　OMROM的C31M系列PLC具有豐富的編程指令，軟件設計環境良好，本系統采用梯形圖語言，利用Cx-Programmer編程軟件編制程序。為達到上述要求，程序的編制采用模塊化結構，主要包括:系統初始化模塊、模擬量采樣及顯示模塊、速度及位置顯示模塊、開關量控制模塊，加工參數設定模塊、自動加工模塊、手動加工模塊。

　　為保證電解加工安全可靠進行，在控制軟件中設計了故障自動檢測和處理模塊、過流過熱保護、加工過程中欠電壓保護等模塊。

　　本次設計中啟用PLC中CPU內置I10的高速計數器0讀取編碼器所反饋的脈沖，用CTBL($$2)指令登錄目標值比較表并啟動比較，當FV值與目標值相符時，相應的中斷任務被調用并執行。以拉桿座回機床原點為例:根據設計要求，拉桿座回機床原點時需先快速返回，在距離原點較近時應減速慢退回原點，這其中就使用了登錄目標值比較表功能，部分程序如圖4所示。

　　3.2 觸摸屏界面設計

　　人機交互界面主要用于顯示設備和系統狀態的實時信息，界面上的按鈕可產生相應的輸人數值、字符或開關信息與PLC進行數據交換，從而產生相應的動作以實現系統的控制。觸摸屏作為人機界面，實現了對電機的轉向、轉速和陰極行程的監控，并可對工藝參數進行設定。

　　觸摸屏的畫面在PC上使用其支持軟件ViewlelC-my，制作，通過軟件對象列表中相關對象的調用并進行相關變量數據庫的設定可設計出所需畫面.這些畫面通過USB接口傳送到觸摸屏，然后觸摸屏通過工業串口RS-2320與PLC進行信息交換，即可對其進行操作。

　　鑒于系統實際工作的特點，配置了初始化界面、提示界面、調整界面、加工準備界面、操作界面、故障報警界面等六個基本界面、』其中操作界面、故障報警界面分別如圖5和圖6所示

4 結束語

　　本系統采用觸摸屏結合PLC方式進行控制，使得整個系統性能穩定，監控功能較完善。PLC提供豐富的I/O接口模塊和存儲卡功能，使得系統的維護和改造具較強的靈活性，用戶可根據生產需要靈活設計、自行組合，以實現最優化控制。而采用伺服控制陰極的進給運動也進一步提高了速度穩定性和加工精度。經過在工廠的生產運行，工作穩定，完全達到了設計要求。