立式（shì）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（yě）
1、立式車床電氣控製（zhì）係（xì）統
普通立式車床的電氣控製係統，采用繼電器、接觸器實現對刀架、主軸的控製，並完成相（xiàng）應的保護，為了實（shí）現機（jī）床的自動（dòng）化，可（kě）以利用四門子 S7-300 進行控製。
采用直流伺服電機對車床提供動力，可以提高運轉效率、過載能力大，同時它的運轉平穩，易於控（kòng）製，而對於電動機的控製，采用雙回路控製方式，如圖（tú） 1。
圖 1 速度環與電流環控製回路
在控製回路（lù）中，電流環是作為控製回路的內環，通過接收速度的指令後，在做出反應，電路控製中通（tōng）過電流偏差輸出電動機控製（zhì）電壓。
利用這個回路（lù）的（de）優點有以下（xià）幾點：
（1）該回路是標（biāo）準軟件（jiàn）模塊和控製（zhì）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（yǐ）與計算（suàn）機或者（zhě）傳動裝置建立加工過程控製係統；
（4）采用專用的控製（zhì）模塊，使機（jī）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（kǎo）慮將控製電路與主電路分離（lí）開，將內部的連線簡化，這樣會降低主電（diàn）路的幹擾以及操（cāo）作安全性，同時電樞控製不受相序旋轉的影響，電氣（qì）元件選擇標準化（huà）零件，減少備件的種類（lèi），實現單一性。
2、PLC控製
立（lì）式（shì）車床 PLC 控製係統主要是對機（jī）床進行邏輯控（kòng）製，包括工作台的啟（qǐ）停（tíng）、製動和電動，同時還對電（diàn）動機實現變速（sù），機（jī）床橫梁的上下移動，刀架的相應運動以及照（zhào）明（míng）等。
S7-300PLC 是一個模塊化、無風扇的係統，易於（yú）用戶操作和掌（zhǎng）握，性價比高，組成部分包括導軌、電源、中央處理器（qì）、接（jiē）口、信號（hào）、功能模（mó）塊等。
S7-300 的通信接口有 AS-i 接口、PROFIBUS 和以太網接口。通信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（hé）控製係（xì）統之間的通信。
S7-300PLC 硬件配置如圖（tú） 2 所示。
圖 2 S7-300 硬件配置
它的（de）供電采用 DC24V，這樣對硬（yìng）件和 PLC 可（kě）以起到一個相應的保護，同時硬件配（pèi）置上還帶有負載開關，做好（hǎo）軟件的短路保護。
應用（yòng） STEP 7 作為 S7-300 的軟件，它是 S7-300 的標準配置，是實現組（zǔ）態和編程的軟件（jiàn），功能有設置和（hé）管（guǎn）理（lǐ）、分配（pèi）參數、管理符號、創建程序、編程、測試、運行等，軟件內有（yǒu）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（xù）：
（1）線性程序
這個方法（fǎ）是將用戶編寫完成的程序放置在一個指令快（kuài）內，機（jī）床（chuáng）在執行時候，是通過線性或者（zhě）順序的方式；
（2）分部編程
這個是將程序分離開，將任（rèn）務（wù）分（fèn）解成子任務，每個子任務由一個（gè） FC 完成，這樣在執行時候，不（bú）會數據交換，也沒有重複（fù）代碼；
（3）結構化程（chéng）序
是（shì）指對控製中控製過程和控製要（yào）求相近（jìn）或類似的功能進行分類。
3、刀架位置模糊PID控製
立車（chē）加（jiā）工範圍廣，加工（gōng）材料的性能也不同，有的材料需要粗糙度要好（hǎo），有的材料硬度高，所以對機床刀具的要求也高，進給量也（yě）隨（suí）之而改變，如何實現刀架的位置精度和（hé）控製的準確性，是非常重要的。
模糊控（kòng）製係統通過模糊集合論、語（yǔ）言變量以及推理，再通過計算機智能控（kòng）製，可以準確把控車床的刀架位置，圖 3 為組成框架。
圖 3 模糊控製器組成框架
模糊化接口，是控製（zhì）器輸入與輸出求解的重要接口，作用是將真實的確定量變成一個模（mó）糊矢量。
知識庫，數據庫和規則庫構（gòu）成了知識（shí）庫，數據庫是模糊控製係統存放變量和（hé）模糊子集的知（zhī）識庫，規則庫包含模糊語言變量標（biāo）識一（yī）係列控製（zhì）規則。
推理與解模糊接口，這個是對之前控製係統中模糊（hú）量和變量進行求解的模塊，並最終獲得（dé）模糊控製（zhì）量的部分。
模（mó）糊 PID 控製是（shì）根據專家（jiā）和（hé）操作人的經驗，在根據模糊控製係（xì）統、數（shù）據模型，對機床係統控製的方法，通（tōng）過對係統過程（chéng）模式的識別，利（lì）用（yòng）模糊控製（zhì）規則對 PID 參數進行修改，達（dá）到 PID 參數模糊自整定的目的。
4、結語
立式車（chē）床實現數控可（kě）以大大提高加工精度和加工效率，應用數控技術，從總（zǒng）線到網絡控製設計，在（zài）到最後的（de）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，利用模糊 PID 控製就可以增加使用性能，立車的最終方向是向（xiàng）著高速、實時、可靠的集成（chéng）性自動化方向，PLC 軟件編程是實現控製（zhì）的（de）最好辦法。
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