摘要：本文介紹了在基于三菱E60數(shù)控系統(tǒng)的熱處理機(jī)床上實(shí)現(xiàn)能量監(jiān)控的技術(shù)要點(diǎn)，介紹了使用宏程序和常規(guī)的PLC程序處理模擬信號(hào)的方法以及調(diào)試系統(tǒng)時(shí)遇到的問(wèn)題及解決方案。

　　關(guān)鍵詞：能量監(jiān)控 E60數(shù)控系統(tǒng) 模擬信號(hào)

　　1．?dāng)?shù)控?zé)崽幚頇C(jī)床對(duì)’能量監(jiān)控”的要求

　　基于數(shù)控系統(tǒng)的熱處理機(jī)床，其主要功能是運(yùn)用數(shù)控系統(tǒng)使工件精確定位，熱處理機(jī)床對(duì)工件的特定部位進(jìn)行加熱噴水等處理，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)工藝所要求的定位，運(yùn)行軌跡控制（如斜齒輪齒槽）和加熱時(shí)間，噴水冷卻時(shí)間的控制是能夠方便的進(jìn)行處理的。但熱處理淬火機(jī)床還有一項(xiàng)要求是進(jìn)行“能量監(jiān)控”，其要求是對(duì)加熱和冷卻過(guò)程中工作電源的電流和電壓，流量進(jìn)行控制，當(dāng)電流和電壓，流量在一定數(shù)值范圍時(shí)，才能滿足熱處理工藝的要求。

　　通常的高端熱處理淬火機(jī)床，其“能量監(jiān)控”的處理辦法是另外用一套“PLC+AD+工控機(jī)”，即通過(guò)AD模塊取得電流，電壓和流量的模擬信號(hào)送入PLC中作邏輯處理，然后送入工控機(jī)中顯示和保存。這種方法的一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是增加了一套控制系統(tǒng)，使機(jī)床控制系統(tǒng)的成本，安裝布線，程序編制工作量大大增加。

　　能否直接利用使用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“能量監(jiān)控”的要求，換言之：能否直接使用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)的處理呢？

　　筆者通過(guò)對(duì)三菱數(shù)控系統(tǒng)各功能單元的研究，決定采用“E60控制器+基本I/O+DX140”構(gòu)成一套具備多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)采集功能的數(shù)控系統(tǒng)，其中運(yùn)動(dòng)控制部分由常規(guī)控制完成。而模擬信號(hào)的采集，則由特殊遠(yuǎn)程I/O模塊“DX140”來(lái)完成。

　　2．實(shí)際監(jiān)控中的問(wèn)題

　　2.1DX140的基本特性

　　DX140是一個(gè)具有“32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入，32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出，4點(diǎn)模擬信號(hào)輸入，1點(diǎn)模擬信號(hào)輸出”的特殊遠(yuǎn)程I/O單元。但必須注意，在使用其模擬輸入信號(hào)時(shí)，必須是+/-15V的電壓信號(hào)，不能使用4—20mA的電流信號(hào)！其分辨率=200，即10v=2000,模擬輸入的采樣時(shí)間=42.6ms。其輸入信號(hào)技術(shù)規(guī)范如圖1：

　　圖1DX140的模擬信號(hào)技術(shù)規(guī)范

　　2.2DX140的實(shí)際使用：

　　1）DX140四個(gè)通道只能接受電壓信號(hào)，而客戶的流量計(jì)為電流信號(hào)，所以需要進(jìn)行再次轉(zhuǎn)換；

　　DX140模塊中的模擬輸入信號(hào)的接法如圖2所示。其專用電纜如圖3所示：

　　圖2 DX140接法

　　圖3 DX140 模擬信號(hào) 專用電纜

　　2.3對(duì)模擬信號(hào)監(jiān)控的PLC程序

　　在實(shí)際的PLC程序中，與4個(gè)模擬信號(hào)相對(duì)應(yīng)的接口分別為R0,R1,R2,R3，將R0,R1,R2,R3編入PLC程序當(dāng)中并對(duì)PLC程序進(jìn)行監(jiān)控時(shí)就可以看到各模擬輸入信號(hào)的變化。

　　圖4是對(duì)模擬信號(hào)的“當(dāng)前值”和“平均值”進(jìn)行監(jiān)控和顯示的PLC程序。由于取出的信號(hào)中受到干擾，跳動(dòng)很大，必須進(jìn)行平均值處理才能使用。

　　另外數(shù)據(jù)處理時(shí)要先乘后除。注意在進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)，必須使用32位的運(yùn)算，否則會(huì)引起數(shù)據(jù)溢出和運(yùn)算錯(cuò)誤。

　　圖4.對(duì)外部模擬信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控的PLC 程序

　　2.4在實(shí)際對(duì)模擬信號(hào)監(jiān)控時(shí)出現(xiàn)下列問(wèn)題：

　?。┠M信號(hào)不穩(wěn)定：

　　工作電流數(shù)值：通過(guò)互感器取出的模擬電壓信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量跳動(dòng)幅度在10---30；即在數(shù)字表上觀察到的電流值在350，而經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換在PLC程序中觀察到的數(shù)值在在340—370變化；

　?。┕ぷ麟妷簲?shù)值：通過(guò)互感器取出的模擬電壓信號(hào)跳動(dòng)幅度在200---300；即在數(shù)字表上觀察到的電壓值在450-459V，而經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換在PLC程序中觀察到的數(shù)值在300---590之間變化，無(wú)法直接使用該數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷；

　　為此必須對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行處理，也就是進(jìn)行平均值計(jì)算，平均值能夠在很大程度上反映實(shí)際工作電源的有效值。

　　常規(guī)的A/D模塊是可以在模塊上設(shè)定平均值的取樣方式的。但DX140不具備該項(xiàng)功能，必須在PLC程序中處理：

　　3．PLC程序和宏程序?qū)δM信號(hào)的處理

　　采集并進(jìn)行平均值計(jì)算的方法有兩種：

　　3.1在PLC程序中編制相關(guān)程序，其PLC程序如圖5所示：

　　圖5.采樣和平均值處理的PLC處理

　　在圖5中，使用一計(jì)時(shí)器T60，使其在不同的采樣時(shí)間點(diǎn)上發(fā)出脈沖，利用該脈沖實(shí)施采樣，最后對(duì)采樣值進(jìn)行平均值計(jì)算。該方法程序編制量大，不易對(duì)采樣時(shí)間，采用次數(shù)進(jìn)行外部設(shè)定，修改程序困難。

　　3.2用數(shù)控系統(tǒng)的宏程序進(jìn)行處理，該方法的優(yōu)點(diǎn)是程序柔性好，能通過(guò)變量對(duì)采樣時(shí)間，采樣次數(shù)進(jìn)行任意設(shè)置，現(xiàn)將該宏程序的編制要點(diǎn)闡述如下：

　　）先利用宏程序讀出進(jìn)入PLC內(nèi)部的R0---R3值；

　　N10#100100=6------------------指定讀取R類元件

　　N20#100101=0---------------指定讀取的元件號(hào)（R0）

　　N30#100102=2------------------指定讀取字元件的字節(jié)長(zhǎng)度(16bit)

　　N40#100103=1-------------------指定讀取元件的“位”

　　N50#300=#100110------變量#100110是被讀?。≧0）的數(shù)值

　　N60#100101=1---------------指定讀取的元件號(hào)（R1）

　　N70#310=#100110------變量#100110是被讀?。≧1）的數(shù)值

　　N80#100101=2---------------指定讀取的元件號(hào)（R2）

　　N90#320=#100110------變量#100110是被讀?。≧2）的數(shù)值

　　N80#100101=3---------------指定讀取的元件號(hào)（R3）

　　N90#330=#100110------變量#100110是被讀取（R3）的數(shù)值

　?。┚幹埔谎h(huán)程序，反復(fù)對(duì)R0值進(jìn)行取樣，取樣的數(shù)值存放在順序變量中，

　?。?duì)順序變量進(jìn)行累加處理，

　?。?duì)累加值進(jìn)行求平均值處理；

　?。⑶蟮玫钠骄低ㄟ^(guò)宏程序接口（R172）送入PLC程序中，由PLC程序進(jìn)行判斷比較。

　　取電流電壓平均值的實(shí)用宏程序

　　9100（宏程序---取電流電壓平均值）

　　N10#100100=6------------------指定讀取R類元件

　　N20#100101=0---------------指定讀取的元件號(hào)（R0）

　　N30#100102=2------------------指定讀取字元件的字節(jié)長(zhǎng)度(16bit)

　　N40#100103=1-------------------指定讀取元件的“位”

　　N50#300=#100110------變量#100110是被讀?。≧0）的數(shù)值

　　N60#100101=1---------------指定讀取的元件號(hào)（R1）

　　N70#310=#100110------變量#100110是被讀取（R1）的數(shù)值

　　N80#100101=2---------------指定讀取的元件號(hào)（R2）

　　N90#320=#100110------變量#100110是被讀?。≧2）的數(shù)值

　　N80#100101=3---------------指定讀取的元件號(hào)（R3）

　　N90#330=#100110------變量#100110是被讀?。≧3）的數(shù)值

　　N100#2=#510/#500----------#2=取樣次數(shù)；（#510--取樣總時(shí)間，#500為取樣周期）

　　N110WHILE[#1LE#2]DO1

　　N120G04X#500---------------#500為取樣周期

　　N130#（800+#1）=#320;----------取模擬量（R2）數(shù)值

　　N140#（800+#1）=#（800+#1）+#[800+(#1-1)]---取出的模擬量進(jìn)行累加

　　N150#1134=#（800+#1）/（#1+1）----計(jì)算平均值(#1134=R176）

　　N160#（900+#1）=#330;---取模擬量（R3）數(shù)值

　　N170#（900+#1）=#（900+#1）+#[900+(#1-1)]---取出的模擬量進(jìn)行累加

　　N180#1135=#[900+(#1)]/（#1+1）----計(jì)算平均值(#1133=R174)

　　N190#1=#1+1

　　N200END1

　　使用宏程序的好處是可以在顯示屏上任意設(shè)定采樣周期和采樣總的時(shí)間。在上述的P9100宏程序中，設(shè)定共變量500為采樣周期，設(shè)定共變量510為采樣總時(shí)間，共變量500和510都可以在顯示屏上任意設(shè)定，只要將采樣周期設(shè)定的足夠小，就可以得到足夠精度的模擬信號(hào)平均值。這在調(diào)試時(shí)對(duì)模擬信號(hào)的確認(rèn)極為方便。

　　4．監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在屏幕上的顯示

　　客戶要求對(duì)所監(jiān)控的流量，電流，電壓值在屏幕上進(jìn)行監(jiān)控。在E60數(shù)控系統(tǒng)的顯示屏上如何來(lái)實(shí)現(xiàn)客戶的這一要求呢？

　　經(jīng)過(guò)分析研究及實(shí)驗(yàn)，屏幕上的S,T均有對(duì)應(yīng)的R接口，只要通過(guò)PLC程序向其R接口送入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，就可以在屏幕上有相應(yīng)的顯示。

　　另外在“坐標(biāo)值畫(huà)面”，E60系統(tǒng)原來(lái)提供一顯示主軸負(fù)載和Z軸負(fù)載的窗口畫(huà)面，該窗口也可以經(jīng)過(guò)處理后用于顯示相關(guān)的電流電壓數(shù)據(jù)。

　　本工程中確定用T顯示內(nèi)流量R0,其對(duì)應(yīng)的接口是R36,用S顯示外流量R1,其對(duì)應(yīng)的接口是R108。

　　對(duì)顯示主軸負(fù)載和Z軸負(fù)載的窗口畫(huà)面進(jìn)行重新定義，對(duì)原來(lái)顯示主軸負(fù)載的接口R152現(xiàn)在定義為顯示電流；對(duì)原來(lái)顯示Z軸負(fù)載的接口R154現(xiàn)在定義為顯示電壓；這樣在“坐標(biāo)值畫(huà)面”上就可以觀察到4個(gè)外部信號(hào)，滿足了客戶的要求。相關(guān)畫(huà)面如圖6所示：

　　圖6.實(shí)際電流電壓的顯示

　　5 輸入信號(hào)接反時(shí)出現(xiàn)的燒損

　　在調(diào)試期間曾經(jīng)發(fā)生一起燒損事故，在將模擬信號(hào)電纜接到端子排時(shí)，將A11與GND電纜接反，結(jié)果造成下列部件嚴(yán)重?zé)龘p：

　　電纜被燒損；

　　DX140被燒損；

　　電控柜內(nèi)的接線端子排被燒黑；

　　當(dāng)時(shí)模擬信號(hào)電壓僅僅2.5V,雖然很低的電壓，也造成了嚴(yán)重的燒損，這是值得注意的。