提高機床plc控制中信號采集準確性的措施
雷振坤(大河機床廠銀川 750004)
1引 言
l臺德國deckel公司制造的fp5c型臥式機床因使用年限較長，其控制系統(tǒng)siemens- fanuc system 7me故障率過高而需要進行改造。該機床工作臺630mm×630mm，刀庫50把刀，要求改造后四軸三聯(lián)動，四軸全閉環(huán)控制，主軸轉(zhuǎn)速****為4 000r／min，換刀時間（刀對刀）約2.5s，換刀快速可靠，刀庫為液壓馬達驅(qū)動的鏈式刀庫，運動速度為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，刀具采用兩排編碼螺釘形成bcd4位數(shù)，刀具號****數(shù)為9999，用感應(yīng)開關(guān)的輸出信號識別刀具號。原來的硬件線路plc，有一套濾波、整形、光電耦合及譯碼電路采集16路信號，并檢索刀具，控制找刀。現(xiàn)在用系統(tǒng)的內(nèi)置plc控制刀庫，就出現(xiàn)了新的問題，螺釘寬度約5mm，運動速度為o．5m/s，可知感應(yīng)輸出信號僅僅是一個較窄的脈沖，各路開關(guān)的輸出時間不可能完全一致，再加上刀庫快速運動中的振顫，處理不好，誤讀刀具號或者來不及處理的情況就會發(fā)生。
2分析
刀柄及感應(yīng)開關(guān)如圖l所示，刀柄側(cè)西1用來表示個位和十位數(shù)，它由1～8孔道和p孔道組成，p孔道為奇偶控制孔道，用來補償編碼螺釘?shù)膫�數(shù)，在此編碼螺釘用奇數(shù)個數(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，本機床采用后一種，操作者不必了解每個刀具放在刀庫中的什么位置，刀具可任意放置，根據(jù)需要隨時調(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，只要能識別即可。
刀柄兩側(cè)面上的編碼螺釘借助于感應(yīng)開關(guān)向控制系統(tǒng)發(fā)出信號。
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)行一遍為一個掃描周期，然后又從頭開始循環(huán)，一般掃描周期可達幾十ms，主程序一個周期只能輸入／輸出一次，按這種時間是無法控制刀庫找刀的。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)開關(guān)的脈沖寬度最短只幾個ms，最長也不過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個孔道的波形來分析，波形見圖2。
3個上升沿不可能完全一致，3個下降沿也不完全一致，t2期間是信號穩(wěn)定持續(xù)期，上升沿期間，t3為下降沿期間，tl和t3期間讀取的信號肯定是錯誤的，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的值，才能保證檢索到刀具。
3解決方法
解決這個問題的原則是要在高速掃描周期內(nèi)讀取到真實的刀具號，濾掉錯誤的數(shù)據(jù)，準確無誤地使刀庫中的刀具定位在換刀位置，完成找刀，為加工中心自動換刀做好準備。
找刀過程框圖見圖3。可見，找刀的關(guān)鍵在于刀具編碼識別。一開始，沒有特別注意這一點，只是簡單地將16個開關(guān)信號采集進來，進行判別，但是發(fā)現(xiàn)有時候找錯刀，比如t141找到的可能是t140或t41，甚至tl，經(jīng)過分析，采取措施，便迎刃而解。
(1)盡量縮短高速掃描周期，使采集信號的取樣頻率加快，但這是有限的，雖然fagor plc中pe棋塊的時間理論上無限制，但實際最快也只能8ms（經(jīng)試驗得），試驗是否能用2次取樣值作比較，2次完全一致才能確認數(shù)據(jù)有效，否則重讀。
(2)奇偶校驗必不可少，經(jīng)過校驗后，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個側(cè)面同時來設(shè)定刀具編碼，雖然這樣，刀具編碼個數(shù)只有2位，但可靠性整整翻了1倍，等于有了雙保險，降低了誤讀的機會。
(4)盡量壓縮高速程序的執(zhí)行時間，即****可能地減少高速處理的程序量，做到?jīng)]有一句是多余的，這樣可以縮短整個主程序的掃描周期。
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