第12章 带触摸屏压力机数控系统的技术开发及调试

本章介绍由三菱“触摸屏+PLC+定位单元+伺服系统”构成的数控系统的技术开发及调试该系统时出现的故障及排除方法。

12.1 数控系统的配置

某客户中型压力机的运动滑块需要精确定位，而且系统需要对温度压力进行控制。其加工产品是小批量多品种，所以对应的加工程序也是多变的。而且其编程方式要易于为最终客户的技术人员或操作工人所掌握。最重要的是在自动加工程序中，如果压力超过允许值时，必须立即停止，并发出报警信号，保护机床和产品免受损坏。

针对客户的要求，提出了下列配置的控制系统：

1）采用基于三菱FX2N-10GM定位单元为核心的定位控制系统。这是因为FX2N-10GM定位单元具有下列工作特点：

①FX2N-10GM定位单元本身带有CPU，可以不需主PLC而独立运行。特别是其定位运动程序与常规的数控加工程序类似，这样就很方便操作工人编制程序。加工程序的写入可以通过手持编程器“E-20TP”写入，也可以通过专用编程软件通过计算机写入，这样就满足了客户对多品种加工程序编制的要求。

②FX2N-10GM定位单元具有绝对值系统检测功能。只要设定参数和硬件连线完成，上电之后就可以自动检测，不需要在PLC内编制绝对值系统检测相关程序。

③原点设置不需要硬件开关。这对于压力机这种高温恶劣工作环境的工作机械来说，减少硬件开关这样的故障点有重要意义。

④在FX2N-10GM定位单元的指令系统中，有一中断指令COD71。其功能是指定运动轴以规定的速度运行，当出现中断信号后，立即停止（也可以移动指定的距离），跳到下一行程序。该指令对于压力机的过载控制极为实用。

2）选用三菱MR-J2S伺服系统，该系统能提供大功率伺服电动机。该伺服电动机能以模拟量方式输出电动机转矩值，从而能折算成压力，作为压力过载控制信号。

3）控制系统采用三菱FX2N-128MR PLC，同时配用A-D、D-A单元，以采集和控制压力和温度信号。

4）操作屏采用三菱GT1585触摸屏，采用触摸屏可以大大减轻硬件制作要求，监视机械工作状态。最重要的是，可以在触摸屏上修改自动加工程序，大大方便最终客户的编程要求。

这样由“触摸屏+PLC+定位单元+伺服系统”就构成了一套完善的数控系统。这套数控系统可在触摸屏上编制丰富的控制界面、监视界面和故障诊断界面，还可以在触摸屏上修改自动加工程序中的定位位置、运行速度及M指令，这就相当于编制了新的加工程序；而且在FX2N-10GM定位单元中有独具特色的运动指令和控制指令，甚至比常规数控更柔性化。

12.2 主要程序的编制

主PLC与FX2N-10GM定位单元之间的信息交换：

FX2N-10GM定位单元可以独立运行，也可以由主PLC控制运行。由主PLC控制运行时，就需要进行信息交换。这种信息交换由PLC的“FROM/TO”指令进行。“FROM”指令用于读取FX2N-10GM的各种信息，“TO”指令用于向FX2N-10GM写各种信息。

主PLC与FX2N-10GM之间的指令交换如图12-1所示。

图12-1 主PLC与FX2N-10GM之间的指令交换

压力机的全自动加工程序可以由以下两种方式编制：

（1）第1种方式 对应于不同的加工零件，预先编制好加工程序，在FX2N-10GM定位单元中，可预存100个加工程序。在PLC程序中可以调用不同的程序号。结合编制触摸屏程序，可以在触摸屏上调用不同加工程序，如图12-2所示。

（2）第2种方式 先将一典型的加工程序预先写入FX2N-10GM定位单元中。其运行距离和运行速度由数据寄存器D指定。在主PLC程序中，结合触摸屏程序的编制，写入各种运行距离和运行速度数据。通过触摸屏修改写入的运行距离和运行速度。对于自动加工程序而言，如果程序结构不变，而仅仅只是运行距离和运行速度发生变化，这也是很有效的办法。

这种方法简单明了、程序编制及分析简单，适用于程序结构固定动作的机械。在本机床程序设计中，采用第2种方式。

图12-2 设置加工程序号和运动参数

12.3 调试中遇到的问题及故障排除

（1）故障1 当预调试完毕，实验运行自动加工程序时，出现下列现象：自动运行结束后，再发下一个“自动起动”信号，不能自动起动运行，而且也不能“点动运行”，运动状态还停留在上一个自动状态中。

仔细检查自动程序，在自动加工程序结束处已经按要求编制了“M02（程序结束）”，为什么还停留在“上一个自动状态”中呢？

观察PLC程序中“M代码寄存器”的数值=2，这表示自动加工程序已经执行到最后一步。经过仔细研究资料，对M2指令必须给出执行完毕信号。按此要求在PLC程序中做了处理后，该故障消除。

（2）故障2

1）现象：上电后，伺服系统总出现“AL.E6”急停报警，反复操作急停开关报警仍不能消除。

2）判断：外部急停开关控制的信号未起作用。

伺服系统的急停信号必须接成常闭接点。该信号未起作用，则可能是硬件开关故障或者是未向输入信号电路提供直流24V电源。

三菱MR-J3S伺服系统内有两套电源，一套为直流24V，另一套为直流15V。直流24V电源可用于数字输入输出电路。如果外部没有提供直流24V电源，则可使用内部电源。使用内部电源时必须适当接线。

经过检查该数字输入电路使用内部电源，但是伺服驱动器内部的直流24V未连接（3-13端子未连接）。正确连接后故障消除。

（3）故障3

1）现象：在自动运行过程中，按下急停按钮，伺服驱动器出现“AL.E6”报警。恢复“急停”后，伺服驱动器出现“AL.——”，即无报警状态。但在FX2N-10GM上的“SVRDY（准备完成）”和“SVEND（定位完毕）”上的信号灯不亮。按“自动起动”信号，可观察到程序继续运行（当前值变化）。按“点动”键，也可观察到“当前值”变化，但电动机不运行。

对FX2N-10GM的“直流24V”电源断电→上电后，FX2N-10GM上的“SVRDY”和“SVEND”上的信号灯亮，系统恢复正常。实验多次均如此。

该系统为绝对值检测系统。

2）分析与判断：伺服系统的急停信号是将伺服放大器的基极信号断开，原点信号无法保持，所以增量型检测系统，在急停后必须重新做“回零”操作。而本系统是绝对值检测系统，急停后也有检测原点的问题。

对于FX2N-10GM定位单元在正常运行时，如果对伺服系统发出“急停”信号或关闭伺服放大器电源，则“SVRDY（准备完成）”和“SVEND（定位完毕）”不能送入FX2N-10GM定位单元中，即使再将伺服放大器恢复正常，伺服放大器仍然被停用。

解决这一问题有两种方法：一种方法是在FX2N-10GM定位单元中执行一次“绝对值检测指令”，这需要编制程序，而且是写入FX2N-10GM定位单元中的子程序，如果子程序丢失，恢复起来比较困难；另一种方法是利用复位信号直接对“FX2N-10GM定位单元”的直流24V电源进行“OFF→ON”一次，这种方法比较简单，易于检查。

（4）故障4 在执行连续插补指令时，M指令会与常规数控系统表现不同。例如，对以下程序

N10 COD01 X∗∗∗F∗∗∗M11；

N11 COD01 X∗∗∗F∗∗∗M12；

N12 COD01 X∗∗∗F∗∗∗M13；

在“N10 COD01 X∗∗∗F∗∗∗M11；”程序段，会发出M11指令，但其定位运动执行完毕后，不管M11指令是否执行完毕就执行“N11 COD01 X∗∗∗F∗∗∗M12；”程序段，这是“FX2N-10GM定位单元”与 常规数控不同之处，容易引起误动作。

为避免这种情况，可采取以下措施：

1）不使用连续插补程序。

2）编程时可直接使用COD 00（高速定位）指令，该指令与常规数控系统规定的不同，可直接设定速度。如“COD00 X∗∗∗F∗∗∗（不设定F时默认为最大速度，设定速度时以设定速度运行）”，但在常规数控中，G0的速度为快进速度。在FX2N-10GM定位单元中，COD00指令与COD01指令没有区别，都可以自由设定速度，所以应该使用COD00指令。

3）最好对M指令单独写一行，这样可以确保M指令的执行。