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立式車床電氣控製係統的研究

2019-11-20 來源：中捷機床有限公司作者：劉野

1、立式車床（chuáng）電氣控製係統

普通（tōng）立式車床的電氣控製係統，采用（yòng）繼電器、接觸器實現對刀架、主軸的控製（zhì），並完成相應的保護，為了實現機床的自（zì）動化，可以利用四門子 S7-300 進行控製。

采用直（zhí）流伺（sì）服電機對車（chē）床提供動力，可以提高運轉效率、過載能力大，同時它的運轉平穩，易於控製，而對（duì）於電動（dòng）機的（de）控（kòng）製，采用雙（shuāng）回路控製方式，如圖 1。

圖 1 速度環與電（diàn）流環控製回路

在控製回路中，電流環是作為控製（zhì）回路的內環，通過接收速度的指令後，在做出反應，電路控製（zhì）中通過（guò）電流偏差（chà）輸出電動（dòng）機控製電壓（yā）。

利用這個回路的優點有（yǒu）以下幾點：

（1）該（gāi）回路是標準軟（ruǎn）件模塊和控（kòng）製回路（lù）的結合體；

（2）具有完善的保護功能和診斷功能；

（3）有串行通信接口，可（kě）以（yǐ）與計算機或者傳動（dòng）裝置建（jiàn）立加工過程控製係統；

（4）采用專用（yòng）的（de）控製模塊，使機床的傳動簡單（dān）可靠。立式車床的電氣控製係統（tǒng）的設計可以考慮將控製電路與主（zhǔ）電路（lù）分離開，將內部的連線簡化，這樣會降低主電路的幹擾以及操作安全性，同時（shí）電（diàn）樞控製不（bú）受（shòu）相序旋轉的影響，電氣元件選擇標（biāo）準化零（líng）件，減少備件的種類，實現單一性。

2、PLC控製

立式車床 PLC 控（kòng）製係統主要是對機床進行邏輯控製，包括工作台（tái）的啟停、製動和電動，同時還對電動機實現變速，機床橫（héng）梁的上下移動，刀架的相應運動以及照明等。

S7-300PLC 是（shì）一（yī）個模（mó）塊化、無風扇（shàn）的係統，易（yì）於用戶操作和掌握，性價比高，組成部分包括導軌、電源、中央處理器、接（jiē）口（kǒu）、信號、功能模塊等。

S7-300 的通信接口有 AS-i 接口、PROFIBUS 和以太網接口。通信（xìn）類型有過程通信和數據通信，過程通信主要是對總線和 I/O，數據通信是人機界麵和控製係（xì）統之間的通信。

S7-300PLC 硬件配（pèi）置如圖 2 所示。

圖（tú） 2 S7-300 硬件配置

它的（de）供電采用 DC24V，這樣對硬件和 PLC 可（kě）以起到（dào）一個相應的保護，同時硬（yìng）件配（pèi）置上還帶有負載開關，做（zuò）好軟件的短路保護（hù）。

應用 STEP 7 作為 S7-300 的軟件，它是 S7-300 的標準配置，是實現組態和編程的軟件，功能有設置和管理（lǐ）、分配參數、管理符號、創建程序、編程、測試、運行等（děng），軟件（jiàn）內有三種編程語言，STEP 7 可以通過以下三程序來編寫 PLC 控製程序：

（1）線性程序

這個方（fāng）法是將用戶（hù）編寫完成的程序放（fàng）置在一個指令快內，機床在執行時候，是通過線性或者順序的方式；

（2）分部編程

這個是將程序分離開，將（jiāng）任務分解成子任（rèn）務，每個子任務（wù）由（yóu）一個 FC 完成，這樣在執行時候，不會數據交換，也沒有重複代（dài）碼（mǎ）；

（3）結構化程序

是指對控製中控製過程和控製要求相近或類似的功（gōng）能進（jìn）行分（fèn）類。

3、刀架位置模糊PID控製

立車加工範圍廣，加工材料的性能也不同，有的材料需要粗糙度要好，有的材料硬度高，所以（yǐ）對機床刀具的要求也高，進（jìn）給（gěi）量也隨之（zhī）而改變（biàn），如何實現刀（dāo）架的位置精度和控製的準確性，是非常（cháng）重要的。

模糊控製係（xì）統通過（guò）模（mó）糊集合論、語言變量（liàng）以及推理（lǐ），再通過計算機智能控製，可以準確把控車床（chuáng）的刀架位置，圖 3 為組成（chéng）框架。

圖 3 模糊控製（zhì）器組成框架

模糊化接口，是控製器輸入與輸出求解的重要接口，作用是將（jiāng）真實的確定量變（biàn）成一個模（mó）糊（hú）矢量。

知識庫，數據庫和規則庫構成（chéng）了知識庫，數據庫（kù）是模糊控製係統存放變量和（hé）模糊子（zǐ）集的知（zhī）識庫，規則庫包含模糊語言變量標識一係列控製規（guī）則。

推理與解模糊接口，這個是對之前控製係統中模糊量和變量進（jìn）行求解的模塊，並（bìng）最（zuì）終獲得模糊控製量的部分。

模糊 PID 控製是根據專家和操作人的（de）經驗，在根據模糊控製係統、數據模型，對（duì）機床係（xì）統控製的方法（fǎ），通過對係統（tǒng）過程模式的識別，利用模糊控（kòng）製規則對 PID 參數進行修（xiū）改，達到 PID 參數模糊自整定的目的。

4、結語

立式車床實現數控（kòng）可以大大提高加（jiā）工精度和加工效率，應用數控技術，從總（zǒng）線到網絡控製設計，在到最（zuì）後的PLC 軟件，實現車床自動化是密不（bú）可分的（de），對於參（cān）數變化範圍較大時候，利用模糊 PID 控製就可以增加使用（yòng）性能（néng），立（lì）車的（de）最終方向是向著高速、實時、可靠（kào）的集成性自動化方向，PLC 軟件編（biān）程是實現控製的最好辦法。

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