[發明專利]刃磨機研磨控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201410457291.7
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104690647B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 巫慶輝;王宏威;胡慶功;劉闖;楊振山;丁碩;張博;楊友林
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: B24B51/00
• 分類號: B24B51/00;B24B19/20
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所21225
• 代理人: 李輝,葛春波

1.一種刃磨機數控系統，其特征是：

包括刃磨機裝置、主電路、控制回路、PLC控制系統、步進電機驅動器、基于觸摸屏的監控系統、控制面板、運行狀態與報警系統構成；

刃磨機裝置由柜體，設置在柜體內的帶有液位指示器的水箱、與水箱連接的水泵、水泵驅動電機即3#電機、工作臺驅動電動機即1#電動機，設置在柜體上的工作臺，升降機構、安裝在升降機構上的輸出軸與砂輪連接的主電機即2#電動機、懸置在工作臺上方的由主電機驅動的砂輪、罩在砂輪和工作臺部位的保護罩、帶有觸摸屏的用來驅動各驅動電機的控制面板、設置在柜體上的照明裝置構成；所述1#電動機與工作臺同軸連接，驅動工作臺旋轉，2#電動機與砂輪同軸連接，驅動砂輪旋轉，1#電動機與升降機構連接，其中升降機構包括變速裝置、步進電動機及手動操作柄，升降機構通過PLC控制控制步進電機實現自動控制或通過手動操作柄實現手動操作，液位指示器與水箱連通，用于指示水箱液位，3#電動機與水泵同軸連接，水泵的入口通過管道與水箱連接，水泵的出口通過管道連接入保護罩內，實現砂輪與工件的冷卻降溫；控制面板實現刃磨機的研磨控制及狀態指示；

主電路由三相四線制供電，其中三根火線L1、L2、L3通過斷路器QF1給工作臺驅動電動機、主電機及水泵驅動電動機供電，具體為每條供電支路連接隔離開關QS1、QS2、QS3入線，隔離開關QS1、QS2、QS3的出線連接熔斷器FU1、FU2和FU3的入線，熔斷器FU1、FU2和FU3的出線連接交流接觸器KM1、KM2和KM3的入線，交流接觸器KM1、KM2和KM3的出線連接三相異步電動機即主電機、工作臺驅動電動機和水泵驅動電機，其中一根火線L1與零線N將給控制回路即線號1、0供電；

所述控制回路首先經過電源有電指示燈，再連接斷路器QF2的入線，斷路器QF2的出線連接控制總開的入線，控制總開的出線連接急停按鈕入線，急停按鈕出線經過節點2、3分成三路，一路連接開關電源的入線，一路連接PLC與步進電機驅動器的電源入線，另一路分別與6條支路并聯連接，從上至下依次是：第1條支路火線連接控制有電指示燈的入線，控制有電指示燈的出線連接零線上；第2條支路火線連接繼電器KA1的入線，繼電器KA1的出線分別連接交流接觸器KM1與主電機運行指示燈的入線，交流接觸器KM1與主電機運行指示燈的出線連接零線上；第3條支路火線連接繼電器KA2的入線，繼電器KA2的出線分別連接交流接觸器KM2與工作臺電機運行指示燈的入線，交流接觸器KM2與工作臺電機運行指示燈的出線連接零線上；第4條支路火線連接繼電器KA3的入線，繼電器KA3的出線分別連接交流接觸器KM3與主電機運行指示燈的入線，交流接觸器KM3與冷卻水泵運行指示燈的出線連接零線上；第5條支路火線連接繼電器KA4的入線，繼電器KA4的出線連接停止報警警鈴的入線，停止報警警鈴的出線連接零線上；第6條支路火線連接燈開關的入線，燈開關的出線連接照明燈的入線，照明燈的出線連接零線上；

火線通過2號節點連接PLC的火線L端子，零線通過3號節點連接PLC的零線N端子，0號輸入端子X0連接砂輪接觸開關K1的入線，砂輪接觸開關K1的出線連接公共端COM，1號輸入端子X1連接備用開關K2的入線，備用開關K2的出線連接公共端COM，2號輸入端子X2連接主電機啟動按鈕SB1的入線，主電機啟動按鈕SB1的出線連接公共端COM，3號輸入端子X3連接工作臺啟動按鈕SB2的入線，工作臺啟動按鈕SB2的出線連接公共端COM，4號輸入端子X4連接冷卻泵啟動按鈕SB3的入線，冷卻泵啟動按鈕SB3的出線連接公共端COM，5號輸入端子X5連接下降按鈕SB4的入線，下降按鈕SB4的出線連接公共端COM，6號輸入端子X6連接上升按鈕SB5的入線，上升按鈕SB5的出線連接公共端COM，7號輸入端子X7連接自動啟動按鈕SB6的入線，自動啟動按鈕SB6的出線連接公共端COM，10號輸入端子X10端子連接限位開關K3的入線，限位開關K3的出線連接公共端COM，11號輸入端子X11連接選擇開關的1號位置，12號輸入端子X12連接選擇開關的3號位置，選擇開關的公共端連接PLC的公共端COM，13號輸入端子X13連接保護罩端蓋的接觸開關K4的入線，接觸開關K4的出線連接公共端COM；公共端子COM0、COM1、COM2?、COM3與COM4連接開關電源地線6，0號輸出端子Y0連接步進驅動器的步進脈沖信號負端CP-端子，1號輸出端子Y1連接步進驅動器的方向電平信號負端DIR-端子，2號輸出端子Y2連接步進驅動器的使能電平信號負端EN-端子，3號輸出端子Y3連接自動運行狀態指示燈的入線，自動運行狀態指示燈的出線連接開關電源的24V端子上，4號輸出端子Y4連接繼電器KA1線圈的入線，繼電器KA1線圈的出線連接開關電源的24V端子上，5號輸出端子Y5連接繼電器KA2線圈的入線，繼電器KA2線圈的出線連接開關電源的24V端子上，6號輸出端子Y6連接繼電器KA3線圈的入線，繼電器KA3線圈的出線連接開關電源的24V端子上，7號輸出端子Y7連接繼電器KA4線圈的入線，繼電器KA4線圈的出線連接開關電源的24V端子上；步進驅動器的步進脈沖信號正端CP+端子、方向電平信號正端DIR+端子與使能電平信號正端EN+端子連接開關電源的5V端子5上，步進驅動器電機接口U、V、W端子連接步進電機，步進驅動器電源接口Vin連接220V交流電源；

控制面板，最上層為觸摸屏，用于系統設置及狀態監視；第二層為狀態顯示區，用來顯示電源有電、控制有電、停止報警、主電機運行、工作臺運行與水泵運行的6種狀態；最下層為控制區，各種開關與按鈕包括手動/寸動/自動選擇開關、自動啟按鈕、急停按鈕、上升按鈕、下降按鈕、照明開關、工作臺啟動按鈕、主電機啟動按鈕、水泵啟動按鈕與總開關。

2.刃磨機研磨控制方法，其特征是：

其控制方式有手動、寸動、自動三種控制方式，通過手動/寸動/自動選擇開關進行選擇,當系統出現故障，需要維修與維護時，可以調至手動控制方式，通過手動操作盤來調整升降機構；

在自動研磨之前，系統先調至寸動控制方式，通過上升與下降按鈕可以快速調節升降機構，使得砂輪快速接近工件，當砂輪與工件接近時，系統調至自動控制方式；

當選擇手動控制方式時，PLC首先通過保護罩的端蓋接觸開關K4來判斷端蓋是否打開，如果打開，系統復位，并回到初始位置，如端蓋閉合則往下進行，當PLC的X11輸入端子閉合，PLC的輸入端子Y2閉合，步進驅動器的EN-為低電平，步進處于解鎖(脫機)狀態，可以通過手動操作盤調節主電機的升降機構，控制方式置為0，同時，判斷主電機是否要起動，如果起動按鈕未按下，則返回等待，當主電機起動按鈕按下時，繼電器KA1閉合，則交流接觸器KM1線圈通電，控制主電機的交流接觸器閉合，主電機運行指示燈LA1亮，判斷升降機構是否觸碰限位開關K3，如果限位開關K3閉合，則繼電器KA1斷開，交流接觸器KM1線圈斷電，控制主電機的交流接觸器斷開，主電機停止，主機運行指示燈LA1滅，如果限位開關K3未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷限位開關K3，如果有停止動作，則繼電器KA1斷開，交流接觸器KM1線圈斷電，控制主電機的交流接觸器斷開，主電機停止，主電機的運行指示燈LA1滅，再返回判斷主電機是否啟動；判斷工作臺是否要起動，如果工作臺起動按鈕未按下，則返回等待，當工作臺起動按鈕按下時，繼電器KA2閉合，則交流接觸器KM2線圈通電，控制工作臺的交流接觸器閉合，工作臺的運行指示燈LA2亮，判斷升降機構是否觸碰限位開關K3，如果限位開關K3閉合，則繼電器KA2斷開，交流接觸器KM2線圈斷電，控制工作臺的交流接觸器斷開，工作臺的電機停止，工作臺的運行指示燈LA2滅，如果限位開關K3未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷限位開關K3，如果有停止動作，則繼電器KA2斷開，交流接觸器KM2線圈斷電，控制工作臺的交流接觸器斷開，工作臺的電機停止，工作臺的運行指示燈LA2滅，再返回判斷工作臺是否啟動；判斷水泵是否要起動，如果起動按鈕未按下，則返回等待，當水泵起動按鈕按下時，繼電器KA3閉合，則交流接觸器KM3線圈通電，控制水泵的交流接觸器閉合，水泵的運行指示燈LA3亮，判斷升降機構是否觸碰限位開關，如果限位開關K3閉合，則繼電器KA3斷開，交流接觸器KM3線圈斷電，控制水泵的交流接觸器斷開，水泵的電機停止，水泵的運行指示燈LA3滅，如果限位開關未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷限位開關，如果有停止動作，則繼電器KA3斷開，交流接觸器KM3線圈斷電，控制水泵的交流接觸器斷開，水泵的電機停止，水泵的運行指示燈LA3滅，再返回判斷水泵是否啟動；

當選擇寸動控制方式時，PLC首先判斷通過保護罩的端蓋接觸開關K4來判斷是否端蓋打開，如果打開，系統復位，并回到初始位置，如端蓋閉合則往下進行；PLC的輸入端子X11、X12都斷開時，PLC判斷為寸動控制方式，2號輸出端子Y2斷開，步進驅動器的使能電平信號負端EN-端子為懸空，步進處于鎖定狀態或運行狀態，控制方式置為1；判斷下降按鈕是否按下，如沒有按下則返回，如果下降按鈕按下，則步進電機驅動器驅動步進電機下降；判斷上升按鈕是否按下，如沒有按下則返回，如果上升按鈕按下，再判斷限位開關是否閉合，如閉合則返回，如果限位開關沒有閉合，步進驅動器驅動步進電機上升；同時，判斷主電機是否要起動，如果起動按鈕SB1未按下，則返回等待，當主電機起動按鈕SB1按下時，繼電器KA1閉合，則交流接觸器KM1線圈通電，控制主電機的交流接觸器閉合，主電機的運行指示燈LA1亮，判斷升降機構是否觸碰限位開關K3，如果限位開關K3閉合，則KA1斷開，KM1線圈斷電，控制主電機的交流接觸器斷開，主電機停止，主電機的運行指示燈LA1滅，如果限位開關K3未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷限位開關K3，如果有停止動作，則繼電器KA1斷開，交流接觸器KM1線圈斷電，控制主電機的交流接觸器斷開，主電機停止，主電機的運行指示燈LA1滅，再返回判斷主電機是否啟動；判斷工作臺是否要起動，如果工作臺起動按鈕SB2未按下，則返回等待，當工作臺起動按鈕SB2按下時，繼電器KA2閉合，則交流接觸器KM2線圈通電，控制工作臺的交流接觸器閉合，工作臺的運行指示燈LA2亮，判斷升降機構是否觸碰限位開關K3，如果限位開關K3閉合，則繼電器KA2斷開，交流接觸器KM2線圈斷電，控制工作臺的交流接觸器斷開，工作臺的電機停止，工作臺的運行指示燈LA2滅，如果限位開關K3未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷限位開關，如果有停止動作，則繼電器KA2斷開，交流接觸器KM2線圈斷電，控制工作臺的交流接觸器斷開，工作臺的電機停止，工作臺的運行指示燈LA2滅，再返回判斷工作臺是否啟動；判斷冷卻水泵是否要起動，如果冷卻水泵起動按鈕SB3未按下，則返回等待，當冷卻水泵起動按鈕SB3按下時，繼電器KA3閉合，則交流接觸器KM3線圈通電，控制水泵的交流接觸器閉合，水泵的運行指示燈LA3亮，判斷升降機構是否觸碰限位開關K3，如果限位開關K3閉合，則繼電器KA3斷開，交流接觸器KM3線圈斷電，控制水泵的交流接觸器斷開，水泵的電機停止，水泵的運行指示燈LA3滅，如果限位開關未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷限位開關K3，如果有停止動作，則繼電器KA3斷開，交流接觸器KM3線圈斷電，控制水泵的交流接觸器斷開，水泵的電機停止，水泵的運行指示燈LA3滅，再返回判斷水泵是否啟動；

當選擇自動控制方式時，PLC首先通過保護罩的端蓋接觸開關K4來判斷是否端蓋打開，如果打開，系統復位，并回到初始位置，如端蓋閉合則往下進行；PLC的12號輸入端子X12閉合時，判斷為自動控制方式，2號輸出端子Y2斷開，步進驅動器的使能電平信號負端EN-為懸空，步進處于鎖定狀態或運行狀態，控制方式置為2；判斷主電機是否要起動，如果主電機起動按鈕SB1未按下，則返回等待，當主電機起動按鈕SB1按下時，繼電器KA1閉合，則KM1線圈通電，控制主電機的交流接觸器閉合，主電機的運行指示燈LA1亮，判斷回程是否結束，如果回程結束，則繼電器KA1斷開，交流接觸器KM1線圈斷電，控制主電機的交流接觸器斷開，主電機停止，主電機的運行指示燈LA1滅，如果回程未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷回程結束標志，如果有停止動作，則繼電器KA1斷開，交流接觸器KM1線圈斷電，控制主電機的交流接觸器斷開，主電機停止，主電機的運行指示燈LA1滅，再返回判斷主電機是否啟動；判斷工作臺是否要起動，如果工作臺起動按鈕SB2未按下，則返回等待，當工作臺起動按鈕SB2按下時，繼電器KA2閉合，則交流接觸器KM2線圈通電，控制工作臺的交流接觸器閉合，工作臺的運行指示燈LA2亮，判斷回程是否結束，如果回程結束，則KA2斷開，交流接觸器KM2線圈斷電，控制工作臺的交流接觸器斷開，工作臺的電機停止，工作臺的運行指示燈LA2滅，如果回程未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷回程是否結束，如果有停止動作，則繼電器KA2斷開，交流接觸器KM2線圈斷電，控制工作臺的交流接觸器斷開，工作臺的電機停止，工作臺的運行指示燈LA2滅，再返回判斷工作臺是否啟動；判斷繼電器KA1與繼電器KA2是否都閉合即工作臺與主電機是否都運行，若未都閉合，則返回等待，如果都閉合，再判斷自動啟按鈕SB6是否按下，如果未按下，則等待，如果按下，則進入自動運行狀態，步進電機快速運行使主電機下降，直到砂輪與工作臺接觸，當砂輪與工作臺接觸即砂輪接觸開關K1閉合時，繼電器KA3閉合，則交流接觸器KM3線圈通電，控制水泵的交流接觸器閉合，水泵的運行指示燈LA3亮，判斷升降機構是否觸碰限位開關，如果限位開關K3閉合，則繼電器KA3斷開，交流接觸器KM3線圈斷電，控制水泵的交流接觸器斷開，水泵的電機停止，水泵的運行指示燈LA3滅，如果限位開關K3未閉合，判斷是否停止，如果沒有停止動作，則返回判斷限位開關K3，如果有停止動作，則繼電器KA3斷開，交流接觸器KM3線圈斷電，控制水泵的交流接觸器斷開，水泵的電機停止，水泵的運行指示燈LA3滅；同時，按照給定的研磨量及研磨工藝（見圖12所示）進行研磨，直到研磨結束，當研磨結束，則進入回程狀態；回程結束，工作臺、主電機及水泵停止，發出停止報警信號；

當研磨開始，PLC先后讀取快磨行程、快磨進給量、快磨行程間隔、慢磨行程、慢磨進給量、慢磨行程間隔數據，快磨行程與快磨進給量相除運算，并取整數部分n，判斷相除的余數是否為零，如果余數不為零，則n=n+1，再判斷n是否等于1，如果n=1，則快磨進給量=余數，否則判斷n是否大于0，如果n>0，按照快磨進給量驅動步進電動機，n=n-1，等待快磨行程間隔時間，再返回判斷n是否大于零；??如果n等于零時，則進入慢磨研磨過程，慢磨行程與慢磨進給量相除運算，并取整數部分n，判斷相除的余數是否為零，如果余數不為零，則n=n+1，再判斷n是否等于1，如果n=1，則慢磨進給量=余數，否則判斷n是否大于0，如果n>0，按照慢磨進給量驅動步進電動機，n=n-1，等待慢磨行程間隔時間，再返回判斷n是否大于零；如果n=0，則慢磨研磨過程結束，進入回程過程，先后讀取回程、補償量與回程速度數據，計算回程=回程+補償量，按照回程與回程速度驅動步進電動機，讀取等待時間并等待，關閉工作臺、主電機與水泵，自動研磨結束。