立（lì）式車床電氣控製係統的研究
2019-11-20 來（lái）源：中捷機床有限公司 作者：劉野
1、立（lì）式車床電氣控製係統
普通立式車床的電氣（qì）控製係統，采用繼電（diàn）器、接觸器實現對刀（dāo）架、主軸的控製（zhì），並完（wán）成相（xiàng）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（zhì）。
采用（yòng）直流伺服電機對（duì）車床提供動力（lì），可以提高運轉效率、過載能（néng）力大，同時它的運轉平穩，易於控製，而對（duì）於電動機的控製，采（cǎi）用雙回路控製方（fāng）式，如圖 1。
圖 1 速度環與電流環控製回路
在控製回路中，電（diàn）流環是作為控製回路的（de）內環，通過（guò）接收速度的指令後，在做出反應，電路控製中通過電流偏差輸出電動（dòng）機控製電壓。
利用這（zhè）個回路的優點有以下幾點：
（1）該回路是標準軟件模（mó）塊和控製回（huí）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（tōng）信接口，可以與計算機或者傳動裝置建立加工過（guò）程控製係統；
（4）采（cǎi）用專用的控製模塊，使機床的傳動簡單可靠。立式車床的電氣控製係統的設計可以考慮將（jiāng）控製（zhì）電路與主電路分離開（kāi），將內部的連線簡化，這（zhè）樣會降低主電路的幹擾以及操作安全（quán）性，同（tóng）時電樞控製不受相（xiàng）序（xù）旋轉（zhuǎn）的影（yǐng）響，電氣元件選擇標（biāo）準化零件，減（jiǎn）少（shǎo）備件的種類，實（shí）現單一性。
2、PLC控製（zhì）
立（lì）式車床 PLC 控製係統主要是對機床進（jìn）行邏輯控製，包括工作台（tái）的啟停、製動和電動，同時還（hái）對電動機實（shí）現變速（sù），機床橫梁的上下移動，刀架的相應運動以及照明等。
S7-300PLC 是一個模塊化、無風扇的係統，易於用戶操（cāo）作（zuò）和掌（zhǎng）握，性價比高，組成（chéng）部分包括導軌、電（diàn）源、中央處理（lǐ）器、接口、信號、功能模塊等。
S7-300 的通信（xìn）接口有 AS-i 接口、PROFIBUS 和以太網接（jiē）口。通信類型有過程通信和（hé）數據（jù）通信，過程（chéng）通信主要是對總線和 I/O，數據通信是人機界麵和控製係統之間的通信。
S7-300PLC 硬件（jiàn）配置如圖 2 所（suǒ）示。
圖 2 S7-300 硬件配置
它的供（gòng）電采用 DC24V，這樣對硬件和 PLC 可以起到一個相應的保護，同時硬件配置上還帶有（yǒu）負載開關，做好（hǎo）軟件的（de）短（duǎn）路保護。
應用 STEP 7 作為 S7-300 的軟件，它是 S7-300 的（de）標準配置，是實現（xiàn）組態和編程的軟件，功能有設置（zhì）和管理、分配參數、管理符號、創建（jiàn）程序、編程、測試、運行等，軟件內有三種編程語言，STEP 7 可以通過以下三程序來編寫 PLC 控製程序：
（1）線性程序
這個方法是將用戶編寫完成的程序放（fàng）置在一個指令（lìng）快內，機床在執行時候，是通過線性或者順序的方式（shì）；
（2）分部編程
這個是將程序分離開，將任務分解成子任務，每個子任務由一個 FC 完成，這樣在執行時候，不會數據交（jiāo）換，也（yě）沒有重複代碼；
（3）結構化程序
是指對控（kòng）製（zhì）中控製過（guò）程和控製要求相近或類似的功能進行分類。
3、刀架位（wèi）置模糊PID控製（zhì）
立車加工範圍廣，加工材料的（de）性（xìng）能也不同，有的材料需要粗糙（cāo）度要（yào）好，有的（de）材料硬度高，所以對機床刀具的要求也高，進給（gěi）量（liàng）也（yě）隨（suí）之而改變，如何實現刀架的位置精度和控製的準確性，是非常重要的。
模糊（hú）控製係統通過模（mó）糊集合論、語言變量以（yǐ）及（jí）推理，再通過計算機智能控製，可以準確（què）把控車床的刀架（jià）位置，圖 3 為組成框架。
圖 3 模糊控製器組成（chéng）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（liàng）變成一（yī）個模糊矢量（liàng）。
知識庫，數（shù）據庫和規則（zé）庫（kù）構成了知識庫，數據庫是模糊控製係統存放變量和模糊子集的知識庫，規（guī）則庫包含模糊語言（yán）變量標識一係（xì）列控製規則。
推（tuī）理與解（jiě）模糊接口，這（zhè）個是對之前控製係統中模糊量和變（biàn）量進行（háng）求解（jiě）的模塊，並最終獲（huò）得模糊控製量的部分。
模糊 PID 控製是根據專家（jiā）和操作人的（de）經驗，在根據模糊控（kòng）製係統、數據模型，對機床係統控製的方（fāng）法，通過對係統過程模式的識別，利用模糊控製（zhì）規則對 PID 參數進行修改，達到 PID 參數模糊自整定的目的（de）。
4、結語
立式車床實（shí）現數控（kòng）可以大（dà）大提高加工精度和加工效率，應用數控技術，從（cóng）總線到網絡控製設計，在到最後的PLC 軟件，實現車床自動化是密不可分的，對於參數變化範圍較大時候，利（lì）用模糊（hú） PID 控製就可以增加使用性能，立車的最終方向是向著高速、實時、可靠的集（jí）成性自動化方向，PLC 軟件編（biān）程是實（shí）現控製的最好（hǎo）辦法。
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