1.引言

微控內(nèi)圓切割機(jī)是我公司半導(dǎo)體行業(yè)的主要產(chǎn)品，每年的銷售量大約為50~60臺(tái)，而且每年銷售量呈

遞增趨勢(shì)，但以前我廠制造的內(nèi)圓切割機(jī)主要采用單片機(jī)進(jìn)行控制，由于線路板為手工焊制，出錯(cuò)率相當(dāng)大，維修率也非常高，客戶反映設(shè)備問題很多，為此我們對(duì)機(jī)器的電器部分進(jìn)行了改造。采用PLC控制，文本顯示器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和顯示。通過生產(chǎn)銷售，用戶反映很好，提高了設(shè)備的可靠性。

2.PLC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

PLC全稱為可編程序控制器，其運(yùn)行可靠，故障率低。已成為主要的工業(yè)控制產(chǎn)品，其功能強(qiáng)大，內(nèi)部有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等輔助寄存器。其可通過外部信號(hào)的給定，來觸發(fā)輸出端的繼電器等信號(hào)。來完成對(duì)整機(jī)的控制。PLC主要有繼電器型和晶體管型兩種。

內(nèi)圓切割機(jī)，采用的是三菱FX1s-30MT-001晶體管型PLC，這種PLC為16點(diǎn)輸入，14點(diǎn)輸出，晶體管型，其供電電壓為交流220V，其內(nèi)部自帶直流24V電源，可供輸入部分感應(yīng)開關(guān)用，為其供電。輸出的Y0口設(shè)定為固定的步進(jìn)電機(jī)脈沖輸出口，Y1口設(shè)定為固定的步進(jìn)電機(jī)方向輸出口。將此兩信號(hào)輸入到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給。同時(shí)配有RS232口，可同文本顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。并通過文本顯示器設(shè)定和顯示PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)參數(shù)。

我公司生產(chǎn)的內(nèi)圓切割機(jī)，從控制方面主要采集的信號(hào)和主要控制的輸入點(diǎn)包括：1.手動(dòng)/自動(dòng)方式選擇，手動(dòng)方式主要為切割過程前對(duì)刀所用，內(nèi)圓切割工藝中，手動(dòng)對(duì)刀方式是必須的；自動(dòng)方式主要為對(duì)刀過程完成后，進(jìn)行自動(dòng)切割過程。到達(dá)設(shè)定片數(shù)后，機(jī)器自動(dòng)停車。2.運(yùn)行/停止主要是對(duì)自動(dòng)切割過程發(fā)出信號(hào)和停止信號(hào)。3.主軸/冷卻主要是為了開啟主軸電機(jī)和冷卻電機(jī)。4.點(diǎn)動(dòng)向左、向右、向前、向后主要是手動(dòng)對(duì)刀過程中調(diào)整機(jī)器用，這些按鈕只在手動(dòng)方式下才起作用。5.前限位、后限位、左限位、右限位，電機(jī)退回位主要是開關(guān)檢測(cè)信號(hào)，提供極限位置保護(hù)。6.回位是對(duì)報(bào)警信號(hào)的確認(rèn)。主要控制的輸出點(diǎn)包括：1.步進(jìn)脈沖、步進(jìn)方向、脫機(jī)信號(hào)等。2.主軸電機(jī)、冷卻電機(jī)、主軸制動(dòng)。3.控制快進(jìn)快退橫向電機(jī)左右行走繼電器。4.報(bào)警燈、按鈕指示燈等信號(hào)。

上述為控制PLC的輸入輸出各點(diǎn)，由此我們畫出的硬件控制線路圖如下：



圖一

3.PLC程序?qū)?nèi)圓切割機(jī)的控制設(shè)計(jì)

3.1對(duì)切割過程中片數(shù)統(tǒng)計(jì)的控制程序

內(nèi)圓切割機(jī)的切割工藝中要求，第一刀切割不能統(tǒng)計(jì)到切割片數(shù)中，因此要避開，其切割片數(shù)到設(shè)定的數(shù)值后，報(bào)警機(jī)器停車。其程序控制如下：

LPD    m9        //*自動(dòng)運(yùn)行開啟后*//     AND   X013          //*自動(dòng)運(yùn)行在右限位*//

OUT  m10       //*設(shè)第一刀標(biāo)志*//       OUT    m10          //*設(shè)第一刀標(biāo)志*//

DMOV  D520  D522    //*傳送未切片數(shù)值*//  LD      m10        //*取第一刀開始切標(biāo)志*//

LD      m10      //*取第一刀開始切標(biāo)志*//  AND    X013        //*右限位到后*//

LD      m11      //*設(shè)切過一刀標(biāo)志，開始準(zhǔn)備計(jì)數(shù)*//

ANDP   X013             //*右限位上升沿時(shí)*//

DSUB   D522  K1  D522      //*剩余未切片數(shù)減1計(jì)數(shù)*//

3.2對(duì)切割過程中走設(shè)置片厚的控制程序

內(nèi)圓切割機(jī)的切割工藝中要求，片厚的要求很高，平行度、一致度要求很高，為后道工序研磨工藝做

準(zhǔn)備，這就要求走片厚時(shí)精確度很高，采用三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其成本低，運(yùn)行平穩(wěn)。采用細(xì)分?jǐn)?shù)，消除電機(jī)的低頻震蕩。提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)提高了電機(jī)的分辨率。

其步進(jìn)距離計(jì)算過程如下：設(shè)置片厚為D516（PLC數(shù)字單元）單位為mm，三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.75°/1.5°，設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)為10，其細(xì)分后步距角為0.75°÷10=0.075°，則步進(jìn)電機(jī)一轉(zhuǎn)所需要的脈沖數(shù)為360°÷0.075°=4800脈沖，進(jìn)給采用步進(jìn)電機(jī)帶滾珠絲杠傳動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，絲杠對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)一圈，絲杠螺距為4mm，那么1mm對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)為4800÷4=1200，片厚D518為兩位帶小數(shù)值，所以D516對(duì)用步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)為D516*K12。即為控制步進(jìn)電機(jī)輸出所需脈沖數(shù)。

其步進(jìn)速度計(jì)算過程如下：設(shè)置速度為D520（PLC數(shù)字單元）單位為mm/min，D520÷K60換算為單位mm/s送入D522。步進(jìn)電機(jī)1mm對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為1200，對(duì)應(yīng)D520速度下一秒鐘對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為D522*K1200。那么脈沖周期T=1/d522*K1200。則脈沖頻率F=1/T=D522*K1200。即為控制步進(jìn)電機(jī)的輸出頻率。

以上兩個(gè)計(jì)算過程控制程序如下：

DMOV    D516  D518                  //*傳送片厚設(shè)定值*//

DMUL    D518  K12  D518             //*將片厚值轉(zhuǎn)換成所需脈沖數(shù)*//

DDIV     D520  K60  D522             //*傳送速度設(shè)定值*//

DMUL    D522  K1200  D522           //*將速度值轉(zhuǎn)換成所需脈沖頻率*//

PLSR     D522  D518  K100  Y000     //*按指定速度走片厚設(shè)定值，脈沖頻率為D522KHz，脈沖數(shù)為D518，加減速時(shí)間為100ms，輸出口為Y000*//注意脈沖頻率值不能超過100KHZ。

3.3對(duì)機(jī)器點(diǎn)動(dòng)時(shí)前后行走時(shí)的控制程序

點(diǎn)動(dòng)過程是內(nèi)圓切割機(jī)切割工藝中的必需過程，其通過頻率的設(shè)定，可改變縱向絲杠的行走速度提高

效率。通過點(diǎn)動(dòng)操作調(diào)整好前后的相行程，并調(diào)整好左右切割過程中切割透的行程。

LD      m8                       //*在手動(dòng)方式下*//

DMOV   K0  D0                  //*設(shè)定脈沖數(shù)0，即步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖數(shù)不受控制，無窮大*//

DMOV   D530    D532            //*手動(dòng)時(shí)的脈沖頻率*//

PLSR    D532   D0   K100  Y000  //*手動(dòng)時(shí)走動(dòng)，頻率為D532值，脈沖數(shù)為0，即對(duì)脈沖數(shù)沒有限制。加減速時(shí)間為100 ms，輸出口為Y000*//

4.文本顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文本顯示器選取臺(tái)達(dá)公司的TP04G-AS2系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品為最多四行文本顯示，帶操作鍵，且為L(zhǎng)CD

顯示，使用壽命長(zhǎng)，而且安全可靠。其通過專用的RS232數(shù)據(jù)線同PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該文本顯示器主要顯示內(nèi)圓切片機(jī)切割過程中參數(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

切割片厚值的設(shè)定、切割片數(shù)值的設(shè)定、切割速度值的設(shè)定、剎車時(shí)間值的設(shè)定、切割總片數(shù)值的顯

示、剩余未切片數(shù)的顯示。

這些需要設(shè)定、顯示的參數(shù)通過專門的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件組織好后，下載到TP04G-AS2中，進(jìn)入運(yùn)行模式后將PLC和文本顯示器通過專用的數(shù)據(jù)線連接后即可進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)?？梢赃M(jìn)行參數(shù)設(shè)定和顯示。

5.結(jié)束語

我們通過現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，證明PLC和文本顯示器在內(nèi)圓切割機(jī)中運(yùn)用是可行的，它改變了以往我公司前

期內(nèi)圓切割機(jī)一些弊病，提高了該設(shè)備的可靠性和市場(chǎng)占有率，為我公司的設(shè)備提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，該機(jī)型的應(yīng)用在行業(yè)內(nèi)屬于領(lǐng)先水平，同時(shí)成本也沒有相應(yīng)的增加。