立式車床電氣控制系統(tǒng)的研究

劉 野

（中捷機床有限公司 遼寧 沈陽 110142）

1 立式車床電氣控制系統(tǒng)

普通立式車床的電氣控制系統(tǒng)，采用繼電器、接觸器實現(xiàn)對刀架、主軸的控制，并完成相應的保護，為了實現(xiàn)機床的自動化，可以利用四門子S7-300進行控制。

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(wěn)，易于控制，而對于電動機的控制，采用雙回路控制方式，如圖1。

圖1 速度環(huán)與電流環(huán)控制回路

在控制回路中，電流環(huán)是作為控制回路的內環(huán)，通過接收速度的指令后，在做出反應，電路控制中通過電流偏差輸出電動機控制電壓。

利用這個回路的優(yōu)點有以下幾點：

（1）該回路是標準軟件模塊和控制回路的結合體；（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裝置建立加工過程控制系統(tǒng)；

（4）采用專用的控制模塊，使機床的傳動簡單可靠。

立式車床的電氣控制系統(tǒng)的設計可以考慮將控制電路與主電路分離開，將內部的連線簡化，這樣會降低主電路的干擾以及操作安全性，同時電樞控制不受相序旋轉的影響，電氣元件選擇標準化零件，減少備件的種類，實現(xiàn)單一性。

2 PLC控制

立式車床PLC控制系統(tǒng)主要是對機床進行邏輯控制，包括工作臺的啟停、制動和電動，同時還對電動機實現(xiàn)變速，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、無風扇的系統(tǒng)，易于用戶操作和掌握，性價比高，組成部分包括導軌、電源、中央處理器、接口、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。通信類型有過程通信和數(shù)據(jù)通信，過程通信主要是對總線和I/O，數(shù)據(jù)通信是人機界面和控制系統(tǒng)之間的通信。

S7-300PLC硬件配置如圖2所示。

圖2 S7-300硬件配置

它的供電采用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負載開關，做好軟件的短路保護。

應用STEP 7作為S7-300的軟件，它是S7-300的標準配置，是實現(xiàn)組態(tài)和編程的軟件，功能有設置和管理、分配參數(shù)、管理符號、創(chuàng)建程序、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控制程序：

（1）線性程序

這個方法是將用戶編寫完成的程序放置在一個指令快內，機床在執(zhí)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，將任務分解成子任務，每個子任務由一個FC完成，這樣在執(zhí)行時候，不會數(shù)據(jù)交換，也沒有重復代碼。

（3）結構化程序

是指對控制中控制過程和控制要求相近或類似的功能進行分類。

3 刀架位置模糊PID控制

立車加工范圍廣，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，所以對機床刀具的要求也高，進給量也隨之而改變，如何實現(xiàn)刀架的位置精度和控制的準確性，是非常重要的。

模糊控制系統(tǒng)通過模糊集合論、語言變量以及推理，再通過計算機智能控制，可以準確把控車床的刀架位置，圖3為組成框架。

圖3 模糊控制器組成框架

模糊化接口，是控制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糊矢量。

知識庫，數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫構成了知識庫，數(shù)據(jù)庫是模糊控制系統(tǒng)存放變量和模糊子集的知識庫，規(guī)則庫包含模糊語言變量標識一系列控制規(guī)則。

推理與解模糊接口，這個是對之前控制系統(tǒng)中模糊量和變量進行求解的模塊，并最終獲得模糊控制量的部分。

模糊PID控制是根據(jù)專家和操作人的經驗，在根據(jù)模糊控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型，對機床系統(tǒng)控制的方法，通過對系統(tǒng)過程模式的識別，利用模糊控制規(guī)則對PID參數(shù)進行修改，達到PID參數(shù)模糊自整定的目的。

4 結語

立式車床實現(xiàn)數(shù)控可以大大提高加工精度和加工效率，應用數(shù)控技術，從總線到網絡控制設計，在到最后的PLC軟件，實現(xiàn)車床自動化是密不可分的，對于參數(shù)變化范圍較大時候，利用模糊PID控制就可以增加使用性能，立車的最終方向是向著高速、實時、可靠的集成性自動化方向，PLC軟件編程是實現(xiàn)控制的最好辦法。

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