簡易自動鉆床電氣控制系統

代玉杰

摘 要：本文重點闡述了自動鉆床電氣控制系統以可編程控制器（PLC）、步進電動機、觸摸屏、變頻器為核心元件的控制系統的特點及運用。

關鍵詞：可編程控制器 步進電動機 電動機控制 人機界面 變頻器

一、選用電器元件簡介

可編程序控制器（PLC）是以微處理器為核心，具有模塊化結構、配置靈活、高速處理速度、精確的數據處理能力、多種控制功能、網絡技術和優越的性價比等，集計算機技術、自動控制技術于一體的一種新型的工業控制裝置。

步進電動機是一種將電脈沖信號轉變為角位移或直線位移的執行元件。步進電動機的轉速與單位時間內輸入的脈沖數（即脈沖頻率）成正比，其輸出位移與輸入脈沖個數成正比，其轉向與脈沖分配到步進電動機的各相繞組的相序有關。

觸摸屏又稱為“觸控屏”“觸控面板”，是一種新型的人機界面。人機界面可以使機器的配線標準化、簡單化，可以取代機械式的按鈕面板，減少PLC控制器所需的I/O點數。此外，人機界面還具有簡單的編程、數據處理、數據登錄及配方等智能化控制功能。

變頻調速能夠提供精確的速度控制，可以方便地控制機械傳動的上升、下降和變速運行。變頻應用可以比原來的定速運行電動機更加節能。

二、自動鉆床結構原理

1.電動機運行控制

電動機M1為主軸電動機，帶動鉆夾頭做旋轉運動；M2電動機是工作臺橫向進給電動機，通過絲杠帶動工作臺左右運動；M3電動機是工作臺縱向進給電動機，通過絲杠帶動工作臺前后運動；M4電動機為鉆夾頭升降電動機，向下運動時鉆孔，向上運動時抬起鉆頭。

2.控制要求

（1）M1電動機要無級調速，正反轉，變頻調速。

（2）M2電動機要無級調速，正反轉，步進電動機控制。

（3）M3電動機要無級調速，正反轉，步進電動機控制。

（4）M4動機不調速，正反轉動作。

（5）SQl、SQ2分別是鉆夾頭的上限位和下限位，S03、SQ4分別是工作臺的左限位和右限位，SQ5、S06分別是工作臺的前限位和后限位。

三、系統總體構成

1.電源部分

交流380V作為主電路電源，向電動機M1～M4供電；交流220V做控制電路電源，提供給PLC、步進電動機驅動器、變頻器；直流24V作為人機界面的電源。

2.控制部分

由PLC發出控制信號，對變頻器、步進電動機、人機界面進行控制，對各種信息做出快速、準確的反應，處理隨時變化的信號。

3.執行部分

由執行電動機拖動機械設備進行工作，電動機工作情況由自身編碼器反饋給步進電動機驅動器進行閉環控制，機械部分可由傳感器反饋給PLC進行閉環控制，鉆孔數量在人機界面顯示，鉆孔速度在人機界面上設定。

四、系統硬件選用

1.電動機的選用

電動機M1功率為2kW，電動機M2功率為0.75kW，電動機M3功率為0.75 kW，電動機M4功率為1kW。

2.步進電動機的選用

三菱公司三相反應式步進電動MR-J3。

3.PLC的選用

三菱公司FX2N-48MR。

4.人機界面的選用

昆侖通態觸摸屏。

五、PLC對步進電動機的控制

用軟件代替硬件實現脈沖的環形分配，是PLC直接控制步進電動機的關鍵技術之一。

采用可調速脈沖輸出指令“DPLSR”，通過PLC的Y1輸出端產生脈沖給步進電動機驅動器，驅動步進電動機M按升降速方式運行，而步進電動機則驅動蝸輪蝸桿。

可調速脈沖輸出指令“DPLSR”可控制步進電動機按升降速方式運行，其使用方法如下圖所。

圖

其中：S1的設定范圍為10～20000Hz；S2的設定范圍為110～2，147，483，647PLS（因為DPLSR為32位運算指令）；S3的設定范圍為500ms以下；D的規定為：一是只能為Y0或Y1，二是一定為晶體管輸出。

PLC可方便地實現對步進電動機的速度和位置進行控制；PLC控制變頻器，可以比原來的定速運行電動機更加節能；人機界面可以取代機械式的按鈕面板，同時具有簡單的編程、對輸入的數據進行處理、數據登錄及配方等智能化控制功能。

參考文獻：

[1]王海，李洪奎，劉曉.基于PLC的多軸控制研究[J].機械工程學報，2008.

（作者單位：山東省高密市技工學校）