摘要：本文主要介紹了台達自動化產品在雙柱式立式車床電氣自動控制系統中的完美整合應用。著重介紹了台達DVP-20PM系列運動控制器卓越的運動控制性能和良好的性價比，同時也說明台達自動化產品理應成為眾多機床行業OEM客戶系統集成應用的首選品牌。
Abstract: This paper describes the stage of automation products in double-column vertical lathe electrical automatic control system in a perfect integration of applications. Highlights Delta DVP20PM servo motion controller performance excellence and good value for money. Delta also shows the machine tool industry automation products should become the brand of choice for automation.
關鍵詞：運動控制器/立式車床/電氣
Key Words：Servo Motion Controller Vertical Lathe Electric
1.前言
立式車床，顧名思義，就是主軸豎直布置，工作台在水平面內旋轉，刀架作垂直或斜向進給的車床，屬於切削加工工藝設備中的金屬切削機床。
立式車床一般可分為單柱式和雙柱式。小型立式車床一般做成單柱式，大型立式車床做成雙柱式。立式車床結構的主要特點是：主軸處於垂直位置，工作台在水平面內，工件的安裝調整比較方便。工作台由導軌支撐，剛性好，切削平穩。有幾個刀架，並能快速換刀，立式車床的加工精度可達到IT9-IT8，表面粗糙度Ra可達3.2-1.6um。
2.方案
立式車床屬於大型機械設備，用於加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小，形狀複雜的大型和重型工件。如各種盤、輪和套類工件的圓柱面、端面、圓錐面、圓柱孔、圓錐孔等。也可藉助附加裝置進行車螺紋、車球面、仿形、銑削或磨削等加工。立式車床主軸軸線為垂直布局，工作台檯面處於水平平面內，因此工件的夾裝與找正比較方便。這種布局還可減輕主軸及軸承的荷載，因此立式車床能夠較長期地保持工作精度。
通常情況下，設備製造商和設備使用終端客戶認同並且指定數控系統作為立式車床主控設備。但是雙柱式立式車床的機床工藝動作不像數控車床、數控銑床或者數控加工中心等設備那麼複雜，相對比較簡單，使用數控系統應用於此顯得大材小用，系統軟體資源嚴重浪費，集成應用數控系統對機床製造OEM客戶來說，經濟成本較高，適合高端客戶；那麼對於中低端客戶來說，應用具有運動控制功能的PLC成為一種成熟可靠的技術解決方案。
本文中的雙柱式立式車床採用台達運動控制器DVP-20PM作為主控制器，DVP-20PM內建雙軸AB相差分形式高速脈衝輸出，最高頻率可達500kHz，而且具有二軸直線和圓弧插補功能，支持二軸手搖輪MPG信號輸入，支持通用數控系統編程語言G代碼、M代碼。
2.1台達控制系統技術方案配置
台達控制系統技術方案配置見表1，我們在此處僅僅羅列出雙柱式立式車床電氣自動控制系統部分的主要電氣元件及其選配件，此外還包括低壓電器（低壓斷路器、交流接觸器、中間繼電器、主令按鈕、指示燈等）、位置感測器（光電感測器、行程開關等），此處不予贅述。
表1 控制系統技術方案配置表：
序號
元件名稱
型號規格
數量（台）
備 注
1
人機界面
DOP-AE80THTD
1
8寸，65536色
2
PLC主機單元
DVP64EH00R2
1
32DI+32DO
3
PLC擴展單元
DVP20PM00D
2
2軸插補
4
PLC擴展單元
DVP06XA-H2
1
4AI+2AO
5
PLC擴展單元
DVP32HP00R
1
16DI+16DO
6
PLC擴展單元
DVP16HM11N
2
16DI
7
24V直流電源
DRP024V120W1AA
1
DC24V，120W
8
伺服驅動器
ASD-A7523-B
4
7.5KW
9
伺服電機
ECMA-F21875P3
2
X、U軸
10
伺服電機
ECMA-F21875D3
2
Z、W軸
11
驅動器側接頭
ASD-CNSC0050
4
CN1
12
驅動器側接頭
YDM30200100
4
CN2
13
電機側接頭
Y3021050447
4
動力接頭
14
電機側接頭
Y3021050647
2
抱閘接頭
15
電機側接頭
YDM30200447
4
編碼器接頭
16
PLC編程電纜
IFD6601
1
USB介面
2.2電氣自動控制技術方案詳細介紹
雙柱式立式車床具有豎直安裝的兩個刀架，主軸在運轉的情況下，每個刀架上的刀具都能對工件進行切削加工。每個刀架包含二軸運動控制，左刀架X軸、Z軸，右刀架U軸、W軸，由於Z軸和W軸為垂直安裝，要求伺服電機具有抱閘功能，防止軸向運動停止時，負載受重力作用，導致伺服電機報警或者溜車。左右刀架上的二軸運動分別各由一台DVP20PM00D負責控制；主軸電機為直流調速系統，轉速由PLC模擬量擴展單元DVP-06XA-H2輸出0-10V控制；PLC主機DVP64EH00R2以及其他數字量擴展單元主要負責機床輔助機構工藝動作邏輯控制。值得注意的是，在這個方案中，兩台DVP20PM00D均作為主機DVP64EH00R2的擴展單元，和主機連接採用排線直接連接，其他的數字量擴展單元和模擬量擴展單元也作為主機的擴展單元，直接採用排線按照順序連接。限於篇幅，控制系統簡圖未繪製出數字量和模擬量擴展單元連接方式。
圖2 台達電氣自動控制系統方案簡圖
2.3關鍵控制程序介紹
主機DVP64EH00R2和兩台DVP20PM00D雙軸插補運動控制器之間交換數據的控制程序在主機內編程，主機負責組織、協調、控制上位機命令、擴展單元運行動作以及機床各部分運行狀態電氣信號等。主機和DVP20PM採用FROM和TO指令進行實時交換數據（包括運動命令和運行狀態等）。
X軸、Z軸、U軸、W軸的運動控制命令均在DVP20PM00D內部編程實現，JOG、MDI、循環等運動命令均在20PM主程序內完成。
人機界面主要畫面如圖4所示。採用台達人機畫面可以根據客戶機床工藝技術特點，編程組態各種人性化、方便操控的畫面和功能軟元件，相比數控系統來說，畫面更加簡約、直觀，操控更加便利、高效。
圖4 人機界面設置
2.4 調試心得
由於主機PLC後面掛了若干台擴展單元，包括兩台DVP20PM00D運動控制器、若干台數字量輸入輸出擴展單元、模擬量輸入輸出擴展單元等部件，主機DVP64EH00R2內的程序大量使用了FROM、TO指令，客戶起初使用M1000作為FROM、TO指令的調用條件，結果發現20PM在執行運動動作過程中出現一些莫名其妙的「誤動作」，調試20PM控制程序始終未發現異常程序，調試程序也未找到徹底解決問題的辦法。後來觀察主機64EH2內控制程序，發現掃描周期偏長，達到近30ms，懷疑可能是主機掃描周期偏長，20PM的運行動作和狀態信號在一個周期內未得到存儲，導致一些怪異的誤動作和誤信號。將主程序內FROM和TO指令前面的調用條件M1000改為M1012（100ms脈衝信號）后，故障消除，整個系統正常工作。
3.結束語
根據客戶設備技術要求，中達電通可以提供給客戶成熟可靠的系統解決方案，憑藉著台達優秀的DVP20PM運動控制器強大的機床運動控制功能，再加上提供給客戶完善的現場調試等技術服務，幫助客戶開發出具備更高技術含量和更高附加值的產品，台達產品和服務均獲得了客戶的極大認可，實踐反覆證明，中達電通是設備製造客戶良好的合作夥伴。
作者簡介
孫承志，出生於1979年10月，畢業於吉林化工學院，工業自動化專業，現任中達電通股份有限公司高級應用工程師，主要從事台達全系列自動化產品技術支持、售前技術培訓、根據行業和設備特點提供整合應用技術方案、幫助客戶編程調試，有著豐富的現場經驗。
