CC—Link总线在铣床运动控制中的应用

    在现代机械制造业中，用户不仅对机床加工性能提出了更高的要求，而且对自动化生产线上的加工设备提出了集中管理、分散控制的新要求。以普通铣床数控化改造后的运动伺服控制系统为研究对象，实现基于CC—Link现场总线的多台铣床同步控制，充分利用PLC的高可靠性、编程简单、功能强大、体积小、经济合算等优点，提高铣床的加工精度和生产效率，从而体现了CC-Link总线技术在自动化生产线中低成本、高可靠性、可维护性和智能化数据采集的优势。

1 CC-Link简介

    CC-Link(Control&Communication Link，控制与通信链路系统)是三菱电机基于“多厂家设备环境、高性能、省配线”理念开发的，以设备层为主，同时也覆盖了位于较高层次的控制层和较低层次的传感器层次，能够同时高速处理控制和信息数据，实现高效、一体化和过程自动化控制的一种开放式现场总线系统。CC-Link现场总线具有高速、高实时性以及完善的RAS(Reliability、Availability、Serviceability)功能和开放的多厂商设备环境，网络拓扑结构多样，可连接各种智能设备，能够实现分散控制。

2铣床进给运行过程

    铣床工作台的进给运行分为点动和自动循环两种方式。点动包括步进(点动前进)和步退(点动后退)，目的是调整工作台到达合适位置，以便安装待铣削工件和实现对刀操作；自动循环加工时是通过工作台的循环往复运动对工件进行铣削加工，其往返行程由装在床身的4只限位开关(接近开关)来控制，限位开关被安装在工作台侧面相互垂直的两个平面位置，当A, B两个挡块与其接触时发出反馈信号。限位开关安装位置如图1所示。

    图1工作台行程限位开关示意图

3  CC-Link控制系统的组建

    3. 1拉制系统整体方案构建

    在构建的CC-Link网络中，主要由1个主站和3个本地站组成，网络拓扑结构如图2所示。对于单台铣床的控制，根据铣削加工工艺要求，需要由1台三相鼠笼式异步电动机、3台交流伺服电动机和与各台电动机相配套的控制模块，以及接近开关、指示灯等设备组成。其中三相异步电动机由PLC控制变频器实现调速，伺服电动机由伺服驱动器驱动。

    图2 CC-Link控制系统的网络拓扑结构

    3．2 CC-Link网络系统功能模块配置

    一个CC—Link网络中所使用的各种功能模块包括：电源模块、PLC CPU模块、I／O模块、运动控制模块以及通信模块。主站单元由三菱高性能Q02HCPU、CC-Link通讯模块QJ61BTI1、64点的DC输入模块QX42和32点的QY41P型晶体管输出模块组成，主站用于实现对3台铣床的远程同步控制，并协调各台铣床的相互加工过程。

    本地站为2号站、4号站和6号站，分别用于控制3台铣床各自的进给运动。本地站的硬件配置与主站不同之处在于使用了专门的Q172H型运动控制CPU，该CPU通过MR—J3—10B型通用交流伺服放大器来控制相应运动轴的伺服电机，从而实现铣床的进给运动。此外增加了64点的DC输入模块QX42和32点的QV41P型晶体管输出模块，采用三菱FR-E540系列变频器实现对主轴的调速控制，本地站通信模块采用CC-Link网络通用的QJ61BTll模块来实现与主站和其他本地站的通信。

    3．3 本地站输入输出信号地址分配

    在铣床运行控制过程中，主要的控制信号有主轴启停信号、主轴调速信号、点动进给信号、工作台位置检测信号以及各运动轴运动控制信号等。下面以本地站(单台铣床)直线进给过程为例说明其控制过程：

    (1)主轴启停信号。对每台铣床的主轴启停控制是各自独立的，由三相鼠笼式异步电机驱动运转，控制主轴的正反转，并通过按钮开关实现信号输入。

    因此对铣床主轴的控制需要3个输入信号。

    (2)铣床急停信号。当给铣床一个急停信号时，主轴停止运转并且伺服系统停止进给，这样需要1个输入信号和1个输出显示信号。

    (3)点动进给信号。这一类信号包括工作台的石、y方向进给信号和主轴沿z方向进给信号，运动过程中需要完成工作台的前进／后退和左右移动，以及主轴沿z方向的上下移动，这样共需要6个输入信号。

    (4)极限位置检测信号。为了防止工作台和主轴运行过程中超出工作行程，需要在工作台两端和主轴立柱上设置限位开关，当工作台或主轴到达限位开关位置时自动触发限位信号，使铣床停止进给运行并提示报警信号。在相互垂直的3个方向上共需要设置6个极限位置检测输入信号和1个输出信号。

    (5)各运动轴运动状态信号。显示各运动轴正常运行的状态，需要3个输出信号。

    (6)回零及回零完成信号。执行铣床回零操作时，先执行z方向回零操作，然后执行Z和Y方向回零过程，回零完成后显示各运动轴完成回零位状态，需要3个输入信号和3个输出信号。

    本地站的输入输出信号用于显示铣床运行时的各种状态，输入输出信号地址的分配方案见表1，其他各站的I／O分配可参考该方案，在此不一一列出。