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立式車（chē）床電氣控製（zhì）係統的研究

2019-11-20 來源：中捷（jié）機床有限公司作者：劉（liú）野

1、立（lì）式車床（chuáng）電氣控製係統

普通立式車（chē）床的電氣控製係統，采用繼電器、接觸器實現對刀（dāo）架、主軸的控製，並完成相應的保護，為了實現機床的自動（dòng）化，可以利用四門子 S7-300 進行控製。

采用直（zhí）流伺服電機（jī）對車（chē）床提供動力，可以提（tí）高運轉效率、過（guò）載能力大，同時它（tā）的運轉平穩，易於控製，而對（duì）於電動機（jī）的控製，采用雙回路控製方式，如圖 1。

圖 1 速度環與電流環（huán）控製（zhì）回（huí）路

在控製回路中，電流環是作為控製回路的內環，通過接收速（sù）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機控製電壓。

利用這個回路的（de）優點有以下幾點：

（1）該回路是標準軟件模塊和控製回路的結合體；

（2）具有完善的保護功能和診斷功能；

（3）有串行通信接口，可以與計算機或者傳動（dòng）裝置建立加工過程控製係統；

（4）采用專用的（de）控製模塊，使機床的傳動簡單可靠。立式車（chē）床的電氣控製係統的設計可以考慮將控（kòng）製電路（lù）與主電（diàn）路（lù）分離開，將內部的連線（xiàn）簡化，這樣會降低主電路的幹擾以及操作安全性，同（tóng）時電樞控（kòng）製不受相序旋轉（zhuǎn）的影響，電氣元件選擇標準化零件，減少備件的種類，實現單一性。

2、PLC控製（zhì）

立式車床 PLC 控製係統（tǒng）主要是（shì）對機床進行邏（luó）輯（jí）控製，包括工作台的啟停、製動和電（diàn）動，同時還對電動機實（shí）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 是一個模塊化、無風扇的係統，易於用戶操作和掌（zhǎng）握，性價（jià）比高，組成部分包括導軌、電源、中（zhōng）央處理（lǐ）器（qì）、接（jiē）口、信號、功能模塊等。

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

S7-300PLC 硬件配置如圖 2 所示。

圖 2 S7-300 硬件（jiàn）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（yīng）的保護，同時硬件配置上還帶有負（fù）載開關，做好軟件的短路保護。

應用 STEP 7 作為 S7-300 的軟件，它是 S7-300 的（de）標（biāo）準配置，是實現組態和編程的軟件，功能有（yǒu）設置和管（guǎn）理、分配參數、管（guǎn）理（lǐ）符號、創建程序、編程、測試（shì）、運行等，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（zhè）個（gè）方法是將用戶編寫完成的程序放置在一個指令快內，機床在（zài）執行時候，是通過線性或者（zhě）順序的（de）方式；

（2）分部編程

這個是將（jiāng）程序分離開，將任務分解成子任務，每個子任務由（yóu）一個 FC 完成，這（zhè）樣在執行時候，不會數據交換，也沒有重複代碼；

（3）結構化程序

是指對控製（zhì）中控製過（guò）程和控製要求相近或（huò）類似的功能進行分類（lèi）。

3、刀架位置模糊PID控製

立車加工範圍廣（guǎng），加（jiā）工材料的性能也不同，有的材料需要粗（cū）糙度要好，有的材料硬度高，所以對機床刀具的要求也（yě）高，進給量（liàng）也隨之而改變，如何實現（xiàn）刀架的位置精度和控製的（de）準確性，是非常重要的。

模糊控製係統通過模糊集合論、語言變量以及（jí）推理，再通過計算機智能控製，可以（yǐ）準確把控車床（chuáng）的刀架位置，圖 3 為組成（chéng）框（kuàng）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（shū）出求解的重要接口，作用是將真實的確定量變成一個模糊（hú）矢量。

知識庫，數據庫和規則庫構成了知識庫，數據（jù）庫是模糊控製係統存（cún）放變量和模糊子集的（de）知識庫，規則庫包含（hán）模糊語言變量標識一係列控製規則。

推理（lǐ）與解（jiě）模糊接口，這個是對之前控製（zhì）係統中模糊量和變量進行求解的模塊，並最終獲得模糊控製量（liàng）的（de）部分。

模糊 PID 控（kòng）製是根（gēn）據專家和操作（zuò）人的經驗，在根據（jù）模糊控製係統、數據（jù）模型，對機床係統控製的方法，通過對係統過程模式的識別（bié），利用模糊控製規則對 PID 參數進行（háng）修改，達到 PID 參數模糊自整定的目的。

4、結（jié）語

立式車床實現數控可以大（dà）大提高加工（gōng）精度和加工效率，應用數控技術，從總線到網絡（luò）控製設（shè）計，在到最後的PLC 軟件，實現車床自（zì）動化是密不可分的，對於參數變化範圍較大時候，利用（yòng）模糊 PID 控製就可以增加使用性能，立車的最終方向是（shì）向著高速、實時、可靠的集成性自（zì）動化方向，PLC 軟件編程（chéng）是實現控製的最好辦法。

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