摘 要 簡要闡述了PLC 結合電液比例閥在數控軋輥磨床工件頂（dǐng）持控製中（zhōng）的應用，其中主要闡述了控製原理、硬件功能、介紹了機床頂持控製的設計，主要（yào）電氣元件的選型等，使軋輥磨床的頂持力在磨削工件時，達到可控，避免因頂持力過（guò）大而使工件磨削（xuē）精度走（zǒu）失。

         軋輥是鋼鐵行業用於鋼板軋製的關鍵零件，數控軋輥磨床是專門用於冶金、造紙、橡膠、印機等行業（yè），磨削各類工作輥及支承輥、各種壓機的金屬、非金屬壓延輥等的（de）專（zhuān）用磨（mó）削加工（gōng）設備。因軋輥磨削（xuē）過程中需磨削圓柱形、圓錐形、輥麵、輥頸、中凸、中凹、正弦（xián）曲線，拋物線、弧線、CVC 曲線等各類曲線，且要求精度很高，磨削過程大（dà）多通過機床頭架及尾架對軋輥進行頂持（chí）磨削。在此過程中，一方麵（miàn）需要保證軋輥在頂持（chí）過程中的安（ān）全，另一方麵，需要控製軋輥在頂持過程（chéng）中的變形以避免由變形引起的工件磨削精（jīng）度走失。所以（yǐ），控製對軋輥的頂持（chí）力度將直接影響軋輥的加工安（ān）全及加工精度，數字式電液比例閥就（jiù）是理想的控（kòng）製元件。數字式電液比例閥是20 世紀80 年代初發展起來的可用計算機實（shí）現電液比例控製的新型元件，主要包含數字式流量閥、數字（zì）式（shì）壓力閥、數字式方向流量閥等類型。電液比例閥控製同開關控製相類似，用電液比例閥的電磁（cí）鐵代（dài）替機（jī）械轉動（dòng）手柄，將電信號變為壓力或位移信號。由於電液比例閥具有（yǒu）較強的抗汙（wū）染能力，控製精（jīng）度及可靠性較高，所以其廣泛適用（yòng）於現代液（yè）壓控（kòng）製係統中。可編程控製器PLC與（yǔ）電液比例（lì）閥的組合，非（fēi）常適合於軋輥的頂（dǐng）持力控製，其能夠根據工件頂持情況進行實時調整（zhěng），由電液比例閥控製（zhì）數控軋輥磨床（chuáng）對工件頂持力控製，可以大大改善係統性能（néng），具有反應靈敏（mǐn）、控製精確、
自動化（huà）程度高等特點（diǎn）。

      1 、電氣控（kòng）製係統及硬件結構

      機床數控（kòng）係統采用SIEMENS 840D 係統，並集（jí）成SIEMENS S7-300 PLC 機床狀態實施監控並進行機床動作控製，根據（jù）機（jī）床控製的要求，機床頂持控製設計選用圖（tú）1 所示的控製（zhì）方案。

       
                                  圖1 電氣控製係統及硬件（jiàn）結構

     由圖1 可見，該係統的控製核心是SIEMENSS7-300 PLC，其主要負責控製係統（tǒng）的數據采集、濾波、數據處理、驅動輸出等功能。在整（zhěng）個頂持執行過程中（zhōng），CPU 將給定的控製量通過模擬量模送給電液比例（lì）閥，電液比例閥根據電壓值控製液壓缸的輸出壓力，頂持壓力反饋傳感器的反（fǎn）饋信號輸入電（diàn）液比例閥，實現電液比例閥的閉環（huán）控製。

      2 、具體（tǐ）係統設計

  
     2.1 主要（yào）液壓（yā）元（yuán）器件選型
 
     伺服液壓缸作為動（dòng）力元件，承受負載（zǎi）並實現往（wǎng）複運動。此處考慮頂持動作需通過尾架套筒的伸縮（suō）動作來實現，在此選用單杆雙作用液壓缸，其活塞兩個腔（qiāng）體的麵積為1:2，選擇和計算（suàn）液壓缸的（de）參數（shù）為： 最大頂（dǐng）持力2 0 0 kN； 液壓缸前

     的電液比例閥額定流量為200 L/min。

     2.2 主要電（diàn）氣元件選型

     根據實際工況（kuàng）及係統性指標要求和對應的液壓元器件選型，電氣控製係統采用（yòng）德國SIEMENSP7-300 PLC 係統 ，其具（jù）體選型如下：

     （1）控製單元：CPU314 附帶256KB 儲存卡。
     （2）數字輸入模塊：SM321 模塊，具有16 點的24V DC 輸入接口。
     （3）數字輸出模塊（kuài）：SM322 模塊，具有16 點（diǎn）的24V DC 輸出接口。
     （4）模擬量（liàng）輸入模塊：SM331，具有（yǒu）16 位AD精度，1ms 采樣（yàng）速度的四通道模擬（nǐ）輸入接口。
     （5）模擬量輸出模塊：SM332，具有（yǒu）12 位AD精度（dù），1ms 轉換周期的（de）2 通道模（mó）擬輸出接口。

     2.3 係統控製設計

     係（xì）統控製設計含兩部分（fèn）內容，上（shàng）位機界麵操作控製和下位機PLC 控製軟件 。

     首先，為實現上位機界麵操作控製，我們在數控軋輥專用磨削OEM 軟件的基礎上進行了改動，界麵采用VB 及C++聯合開發，在原有界麵的基礎上增加了尾架頂持力（lì）設定窗口，如圖2 所示，

      
           圖（tú）2 數控軋輥磨床（chuáng）OEM 操作軟件及頂持（chí）控製後（hòu）台程（chéng）序

     其次，下位機PLC 控製（zhì），主要完成液壓缸的驅動工作。該程序主要在OB35 循環中斷組織塊中運行（中斷周（zhōu）期100ms），各參數格式（shì）見表1。

     Block: OB35 "Cyclic Interrupt"
     CALL "CONT_C" , DB255
     COM_RST :=
     MAN_ON :=M255.0
     PVPER_ON:=
     P_SEL :=
     I_SEL :=
     INT_HOLD:=
     I_ITL_ON:=
     D_SEL :=
     CYCLE :=T#100MS
     SP_INT :=MD256
     PV_IN :=MD258
     PV_PER :=
     MAN :=MD260
     GAIN :=MD262
     TI :=MD264
     TD :=
     TM_LAG :=
     DEADB_W :=MD266
     LMN_HLM :=
     LMN_LLM :=
     PV_FAC :=
     PV_OFF :=
     LMN_FAC :=
     LMN_OFF :=
     I_ITLVAL:=
     DISV :=
     LMN :=
     LMN_PER :=
     QLMN_HLM:=
     QLMN_LLM:=
     LMN_P :=
     LMN_I :=
     LMN_D :=
     PV :=
     ER :=

                       表1 OB35 循環中斷組織各參數格式表
 

  
     通過以上（shàng）程序段對各給定控製量以及控製信息的處理，PLC 完成了對電液比（bǐ）例閥的控製工作[4]。其具體程（chéng）序原理如圖3 所（suǒ）示，由壓（yā）力反饋檢測模塊（kuài）、曲線發（fā）生器模塊和PID 運算模塊組成。圖（tú）3中，SP 代表（biǎo）壓力曲線設定值，PV 代表實際壓（yā）力反饋值，V1 表示點運動的速度值，Ts 是控製時間（jiān）間隔，V 是自動運行時速度增量值，PIDOUT 為PID
控製運算輸出值，Pout 為PID 控製運算的比例控製項值，Iout 為PID 控製運算的積分控製項值（zhí），Dout為PID 控（kòng）製（zhì）運算的微分控製項值，Kp 為比例控製參數，Ki 為積分（fèn）控製參數（shù），Kd 為微分控製參數（shù），e(t)為誤差，e(t)= SP-PV。其中，壓力反（fǎn）饋檢測模塊負責將液壓（yā）缸的實時壓力情況反饋給控製器，實現由模擬數據到數字數據的轉換[5]；曲線發生器模塊由（yóu）點動運行曲線發生器和自動運（yùn）行曲線發生器組成，分別給出點（diǎn）動運行（háng）和（hé）自動運行時的液壓缸指令曲線；PID 運算模塊則根（gēn）據指令曲線與實際運行曲線誤差，給出（chū）電液比例閥的（de）控製輸入。

                             圖3 PLC 控製（zhì）軟件原理

     3 、結語

     隨著當前世界經濟的發展和生（shēng）產的提高，人們開始對機床的多功能（néng）和先進性的要求越來越高，高速、高效、智能化、精確化是相當長（zhǎng）一段時間機床行業發（fā）展的方向，數控軋輥磨床作為（wéi）鋼鐵、冶金行（háng）業的主要精加工設備，其頂持機構的好壞（huài）直接關係到（dào）軋輥磨（mó）削質量。根（gēn）據以上方案設計的PLC 和電液比（bǐ）例閥控製數控軋輥磨（mó）床工件頂持機構，經（jīng）試（shì）驗與實際應用測試，達到性能指標，整個係統穩定性高、抗幹擾能力強,響應速（sù）度快,自動化程（chéng）度高。該係（xì）統已在（zài）生產現場運（yùn）行三年,係統運行良好,持續為用戶創造著較好的（de）經濟效益。