CC BY
109
Оригинальная статья / Original article
УДК: 681.5:621.924
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-85-92
ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОДОЛЬНО-ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА ЗЛ 722В-70
Л О о л
© И.Г. Майзель1, В.В. Платонов2, Е.Я. Глушкин3, А.В. Коловский4
12
, Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
3,4Хакасский технический институт - филиал ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 655017, Россия, Республика Хакасия, г. Абакан, ул. Щетинкина, 27.
Резюме. Цель. В работе представлены предварительные результаты модернизации системы управления продольно-шлифовального станка ЗЛ 722В-70. Методы. Показано, что использование современных средств автоматизации способно значительно расширить технологические возможности модернизируемого оборудования. Обоснована целесообразность замены устаревшей системы автоматики современными системами ЧПУ (числового программного управления) на базе программируемых логических контроллеров, что позволяет рационально использовать основные базовые детали станка, которые обладают значительным эксплуатационным ресурсом и могут длительное время выполнять свои функции. Результаты. Тестирование новой системы управления показало значительное повышение точности обработки и снижение энергопотребления станка. Вывод. Представленный подход позволил не только восстановить работоспособность станка, но и расширить его технологические и эксплуатационные характеристики.
Ключевые слова: продольно-шлифовальный станок, модернизация, числовое программное управление, программируемый логический контроллер, сенсорный программируемый логический контроллер, CodeSys.
Формат цитирования: Майзель И.Г., Платонов В.В., Глушкин Е.Я., Коловский А.В. Пример использования системы цифрового управления при решении задачи модернизации продольно-шлифовального станка ЗЛ 722В-70 // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 8 (115). С. 85-92. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-85-92
AN EXAMPLE OF USING A DIGITAL CONTROL SYSTEM IN SOLVING THE PROBLEM OF ЗL 722V-70 SURFACE
GRINDING MACHINE MODERNIZATION
I.G. Maizel, V.V. Platonov, E.Y. Glushkin, A.V. Kolovskiy
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Khakass Technical Institute, branch of the Siberian Federal University,
27 Schetinkin St., Abakan, Republic of Khakassia, 655017, Russia.
Abstract. Purpose. The paper presents the preliminary results of the modernization of 3L 722V-70 surface grinding machine control system. Methods. It is shown that the use of modern means of automation can significantly expand the technological capabilities of upgraded equipment. The advisability of replacing an outdated automation system with modern CNC systems based on programmable logic controllers is substantiated. This allows an efficient use of the machinetool basic parts. The latter are characterized with considerable service life. The results of testing a new control system
1Майзель Игорь Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации в машиностроении, e-mail: [email protected]
Maizel Igor, Candidate of Engineering, Associate Professor of the Department of Equipment and Automation in Mechanical Engineering, e-mail: [email protected]
2Платонов Владимир Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта и машиностроения, e-mail: [email protected]
Platonov Vladimir, Candidate of Engineering, Associate Professor of the Department of Road Transport and Engineering, e-mail: [email protected]
3Глушкин Евгений Яковлевич, кандидат технических наук, доцент кафедры электроэнергетики, e-mail: [email protected]
Glushkin Evgeniy, Candidate of Engineering, Associate Professor of the Department of Electrical Power Engineering, e-mail: [email protected]
4Коловский Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроэнергетики, e-mail: [email protected]
Kolovskiy Aleksei, Candidate of Engineering, Associate Professor of the Department of Electrical Power Engineering, e-mail: [email protected]
have showed a significant improvement in machining accuracy and reduced power consumption of the machine-tool. Conclusions. The presented approach has allowed to restore the operating efficiency of the machine-tool as well as to expand its technological and operational characteristics.
Keywords: surface grinding machine, modernization, computer numerical control, programmable logic controller, touch screen programmable logic controller, CodeSys
For citation: Maizel I.G., Platonov V.V., Glushkin E.Y., Kolovskiy A.V. An example of using a digital control system in solving the problem of 3L 722V-70 surface grinding machine modernization. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, no. 8 (115), pp. 85-92. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-85-92
Введение
В настоящее время на российских предприятиях многие металлообрабатывающие станки вследствие длительной эксплуатации физически и морально устарели: требуют выполнения большого количества ручных приемов и не всегда обеспечивают точность обрабатываемых изделий. Однако нехватка средств и неполная загруженность станков делают их замену новыми невозможной или нерентабельной. Следует отметить, что любой станок имеет в своем составе литые базовые узлы, такие как станина и стойка, которые за весь срок эксплуатации практически не подвергаются серьезным механическим повреждениям и
могут еще много лет выполнять свои функции. В результате многие российские предприятия производят восстановление и модернизацию имеющихся станков с внедрением новых систем управления, приближая их по техническим характеристикам к современным станкам. Поэтому неудивительно появление в последнее время множества публикаций, посвященных этой тематике [1-3].
Целью данной работы является модернизация продольно-шлифовального станка ЗЛ 722В-70 (рис. 1), электронная часть которого была реализована на элементах серии «Логика-Т».
Рис. 1. Продольно-шлифовальный станок ЗЛ 722В-70 Fig. 1. ЗЬ 722V-70 surface grinding machine
Методика модернизации
Данное оборудование давно морально и физически устарело и пришло в такое состояние, что его производительная работа стала невозможной. Таким образом, при модернизации системы управления станка потребовалась разработка и изготовление новой панели управления (рис. 2), в результате чего без изменения осталась только механическая часть.
В процессе модернизации для контроля вертикальной подачи была установлена оптическая линейка и частотный преобразователь ДШуаг 31 для управления приводом поперечной подачи. Та часть ре-лейно-контакторной аппаратуры, где имеют место частые коммутации, например, клапаны гидравлики реверса стола, была заменена на твердотельные реле фирмы К!РРШБ(Ж
Промышленностью выпускаются и предлагаются новые стойки ЧПУ, в том
числе и ориентированные на работу со станками данного типа. Например, в работе [4] при создании шкафа электроавтоматики станка использовался встроенный в ЧПУ интерфейс PLC. В данной разработке авторы остановились на использовании программируемых логических контроллеров (ПЛК) фирмы ОВЕН, как наиболее бюджетном варианте, а использование сенсорной панели придало дополнительную элегантность техническому решению.
Основой управляющей системы был использован контроллер ПЛК 110-30 [5] с модулем расширения дискретных входов МВ 110-32ДН, МВ 110-16ДН и двумя модулями расширения релейных выходов МУ 110-Р. В качестве сенсорной панели выбран контроллер СПК 107 [6]. Все перечисленные модули объединены в локальную сеть с протоколом Mod Bas.
Рис. 2. Внешний вид панели управления шлифовальным станком Fig. 2. External view of the grinding machine control panel
Выбор данного варианта контроллера обусловлен, прежде всего, тем, что это первый контроллер в линейке ОВЕН, имеющий скоростной вход, который был использован для подключения оптической линейки, а также наличием четырехбитного скоростного порта, что позволило создать программный драйвер для управления шаговым двигателем электропривода подачи.
Кроме изначально заложенных функций ранее используемой системы автоматики, таких как режимы ручного управления, режим правки круга, автоматическая работа по циклам, авторы при разработке программного обеспечения существенно
увеличили возможности системы автоматики. Благодаря системе цифрового управления, реализованной в виде программы для ПЛК (рис. 3), расширены алгоритмы управления технологическим процессом, которые обеспечивают любое количество вариантов вида подачи вместо двух используемых ранее; также разработана система «рецептов» - заранее созданных вариантов алгоритмов с определенным набором параметров режимов работы, обеспечивающая возможность легкого процесса настройки на заданный технологический режим.
Рис. 3. Листинг программы на ПЛК, реализованной в системе CodeSys Fig. 3. Program listing on the programmable logic controller implemented in CodeSys system
Рис. 3. Листинг программы на ПЛК, реализованной в системе CodeSys (окончание) Fig. 3. Program listing on the programmable logic controller implemented in CodeSys system (ending)
Используя широкие возможности ПЛК, авторы уделили большое внимание системе диагностики практически 90% оборудования станка. Например, контролю срабатывания или залипания пускателей для всех электродвигателей, контролю состояния тепловой защиты, исправности преобразователя частоты, контролю исправности датчиков с выводом соответствующих сообщений на экран панели с возможностью архивации и детализации
всех аварийных событий, имеющих место. Программа реализована на языке СоЬеЭуБ версии 2.3 для ПЛК 110 и версии 3.5 для СПК 107 [7, 8].
Помимо этого авторы посчитали не менее важным улучшение эргономических характеристик системы управления. Благодаря использованию сенсорной панели СПК 107 авторы разработали систему экранов (рис. 4), содержащих наборы кнопок, индикаторов, заменивших полностью
старый кнопочный пульт. Всплывающие надписи на кнопках, подсказки, сообщения позволяют не только облегчить работу для
станочника и избежать ошибок, обусловленных человеческим фактором, но значительно быстрее освоить работу на станке.
Сравнение характеристик исходной и модернизированной систем автоматики
Произведенная замена штатного шагового двигателя с шагом позиционирования 1,8о на шаговый двигатель 90БУ0350С с шагом позиционирования 0,18о с управляющим драйвером, реализованным в виде программного модуля ПЛК 110-30, и замена сельсинной системой контроля вертикального перемещения на оптический инкремен-
тальный энкодер ЛИР 158 позволили повысить точность позиционирования вертикальной подачи с 0,002 мм до 0,0002 мм. Программная реализация автоматики позволила снизить нижнюю границу величины автоматической вертикальной подачи с 0,002 мм до 0,0002 мм, а верхнюю - с 0,128 мм до произвольного, задаваемого
б
а
в
г
д
Рис. 4. Окна панели оператора: а - главное окно с индикацией вертикальной подачи; б - окно управления работой стола и гидравлики; в - окно управления работой стойки; г - окно управления модуля вертикальной подачи; д - окно настроек параметров датчиков и электроприводов
Fig. 4. Operator panel windows: а - main window with vertical feed indication; б - control window of table and hydraulics operation; в - control window of column operation; г - control window of the vertical feed module; д -sensor
and electric actuator parameter setup window
значения, вводимого с сенсорной панели оператора. При модернизации дополнительно добавлена возможность регулировки скорости перемещения вертикальной подачи, в том числе и в режиме «ползучей скорости».
При модернизации аппаратной части системы поперечной подачи произведена замена тиристорного коммутатора на частотный привод. Это позволило расширить возможности регулировки шага перемещения и повысить точность фиксации положения. В результате был устранен выход шлифовального круга за пределы зоны об-
Результат тестирования
Методика тестирования, выполненного с целью сравнения показателей качества функционирования станков с модернизированной и штатной (исходной) системой управления, была основана на сравнении процесса и результатов обработки одинаковой пары деталей на станке с модернизированной системой управления и на аналогичном станке со штатной системой управления. Размеры поверхности обрабатываемой детали - 350х500 мм.
При обработке был задан шаг подачи 0,002 мм и величина обработки 0,032 мм. По результатам испытания выявлено, что вре-
рабатываемой поверхности детали и снижена до минимума ширина пересечения зон обрабатываемых поверхностей в соседних циклах обработки. Результатом чего явилось снижение времени на шлифование единицы площади обрабатываемой поверхности.
Полученная система обладает свойством универсальности, поскольку может быть использована для аналогичных станков путем адаптации, основанной на изменении нужных параметров путем их задания через сенсорную панель.
¡рнизированного станка
мя обработки на один полный цикл поперечной подачи при одинаковых заданных скоростях подачи составило 112 с, а на модернизированном станке - 97 с. Погрешность обработки на штатном станке составила +0,0025 мм, а на станке с модернизированной системой управления +0,0006 мм.
Исследования электроэнергетического характера, путем прямого измерения электропотребления системы управления, показали снижение потребляемой электрической мощности у модернизированной системы управления до 70 Вт по сравнению с 600 Вт для штатной системы.
Выводы
1. В результате проведенной глубокой модернизации была полностью восстановлена работоспособность продольно-шлифовального станка.
2. Благодаря системе цифрового управления существенно расширены технологические и эксплуатационные характери-
стики станка до уровня современных аналогов.
3. Модернизация системы управления металлорежущего оборудования является одним из наиболее рациональных путей повышения эффективности его использования в современных условиях.
Библиографический список
1. Петрешин Д.И., Суслов А.Г., Федонин О.Н. Модернизация станков с ЧПУ и автоматизированная система сбора данных их функционирования // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. № 4 (58). С. 42-48.
2. Федонин О.Н., Петрешин Д.И., Агеенко А.В., Хандожко В.А. Модернизация приводов подач токарных станков с ЧПУ на базе микропроцессорного электропривода серии CSD // Вестник Брянского
государственного технического университета. 2014. № 4 (44). С. 86-91.
3. Кутин А.А., Стрекалов А.Ф., Литвинов А.В. Модернизация станков с ЧПУ на основе комплектных систем управления // Ремонт, восстановление, модернизация. 2007. № 4. С. 6-10.
4. Майзель И.Г., Платонов В.В., Глушкин Е.Я. Модернизация продольно-фрезерного станка 6м610ф11-23 для современной технологии изготов-
ления крупногабаритной литейной оснастки // Вестник ИрГТУ. 2015. № 4 (99). С. 27-32.
5. Программирование ОВЕН ПЛК 110 и ПЛК 160. Руководство пользователя [Электронный ресурс] // ОВЕН. Оборудование для автоматизации. 2010. URL: http://www.owen.ru/uploads/rp_plk110.160_1.pdf (20.02.2016).
6. Панельный программируемый логический контроллер ОВЕН СПК107 - краткое описание [Электронный ресурс] // ОВЕН. Оборудование для автоматизации. 2010. URL: http://www.owen.ru (20.02.2016).
7. Руководство пользователя по программированию ПЛК в CodeSys 2.3 [Электронный ресурс] / 3S -Smart Software Solutions GmbH; русская редакция: ПК Пролог // ПК Пролог. URL: http://codesys.ru (20.02.2016).
8. Руководство пользователя по программированию ПЛК в CodeSys 3.5 [Электронный ресурс] / 3S -Smart Software Solutions GmbH; русская редакция: ПК Пролог // ПК Пролог. URL: http://codesys.ru (20.02.2016).
1. Petreshin D.I., Suslov A.G., Fedonin O.N. Moderni-zatsiya stankov s ChPU i avtoma-tizirovannaya sistema sbora dannykh ikh funktsionirovaniya [Modernization of CNC machine tools and an automated data collection system of their operation].Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii [Science intensive technologies in mechanical engineering]. 2016, no. 4 (58), pp. 42-48. (In Russian)
2. Fedonin O.N., Petreshin D.I., Ageenko A.V., Khandozhko V.A. Modernizatsiya privodov podach tokarnykh stankov s ChPU na baze mikroprotsessor-nogo elektroprivoda serii CSD [Modernization of feed drives of CNC lathes based on a CSD series microprocessor electric actuator]. Vestnik Bryanskogo gosudar-stvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Bryansk state technical university]. 2014, no. 4 (44), pp. 86-91. (In Russian)
3. Kutin A.A., Strekalov A.F., Litvinov A.V. Modernizatsiya stankov s ChPU na osnove komplektnykh sis-tem upravleniya [Modernization of CNC machine tools based on complex control systems]. Remont, voss-tanovlenie, modernizatsiya [Repair, reconditioning, modernization]. 2007, no. 4, pp. 6-10. (In Russian)
4. Maizel' I.G., Platonov V.V., Glushkin E.Ya. Modernizatsiya prodol'no-frezernogo stanka 6m610f11-23 dlya
sovremennoi tekhnologii izgotovleniya krupnogabaritnoi liteinoi osnastki [Modernization of 6M610F11-23 bed-type milling machine for modern technology of large size casting mold production]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 4 (99), pp. 27-32. (In Russian)
5. Programmirovanie OVEN PLK 110 i PLK 160. Rukovodstvo pol'zovatelya [Programming of OWEN PLC 110 and PLC 160. User guide]. Available at: http://www.owen.ru/uploads/rp_plk110.160_1.pdf (accessed 20 February 2016).
6. Panel'nyi programmiruemyi logicheskii kontroller OVEN SPK107 - kratkoe opisanie [Panel programmable logical controller OWEN SPC 107 - Brief description]. Available at: http://www.owen.ru (accessed 20 February 2016).
7. Rukovodstvo pol'zovatelya po programmirovaniyu PLK v CodeSys 2.3 [User guide for PLC programming in CodeSys 2.3]. Available at: http://codesys.ru (accessed 20 February 2016).
8. Rukovodstvo pol'zovatelya po programmirovaniyu PLK v CodeSys 3.5 [User guide for PLC programming in CodeSys 3.5]. Available at: http://codesys.ru (accessed 20 February 2016).
Критерии авторства
Майзель И.Г, Платонов В.В., Глушкин Е.Я., Колов-ский А.В. рассмотрели вопросы модернизации продольно-шлифовального станка ЗЛ 722В-70, электронная часть которого была реализована на элементах серии «Логика-Т», провели обобщение и написали рукопись. Майзель И.Г. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 31.05.2016 г.
Authorship criteria
Maizel I.G., Platonov V.V., Glushkin E.Y., Kolovskiy A.V. considered the modernization issues of 3L 722V-70 surface grinding machine whose electronic part was implemented on the elements of "Logika-T" series, made generalizations and wrote the article. Maizel I.G. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received on 31 May 2016
