基于PLC的PCB数控机床电气控制系统研制

杜云飞

摘 要：随着电子工业的逐渐兴盛，同时也促进了世界各个工业现代化进程的加速，同时也影响了人们的生活节奏和生活的步伐。电路板是各种电子器械的重要元件，其作用是通过集成电路来实现各种电子设备之间的连接。在本论文中，主要研究的问题是基于PLC的PCB数控机床电气控制系统的研制，研究目的是为后期数控机床电气控制系统的研究提供一定的基础。

关键词：PLC；PCB；数控机床；电气设备；控制系统

一、绪论

（一）课题研究

随着社会的快速向前发展，电子工业新兴的快速发展，使得电子工业技术的产品也越来越多，人们的生活方式也受到了很大的影响。作为电子行业来说，电子工业的发展同时也给电子行业带来了很大的发展空间。

随着世界各地的企业来到中国，并进入到中国的市场中，并且把最初的定位也更换到中国的市场，这些企业在中国市场上的发展已经逐渐成为了各个行业的发展模式。新技术在不断更新，很多专业预测家在世界电子电路会议上预言中国将成为一个未来工业的发展大国。

（二）国内外现状

在二十世纪中叶之前，打孔和铣板的方法通常是依靠非全自动金属、钻、冲、压以及人工纯手动作坊等一些设备来进行。而从年代初开始，在许多工业发达的国家里，人们对于这些工艺的要求更高，因此，不少生产或设计设备的厂家为此不断提升了加工设备的严密性，不断地完善，最终，于芝加哥开展的机床博览会上，工业机床专用机诞生，这是世界上的第一台。

二、PCB数控机床电气控制系统总体设计

（一）机械部分总体设计

采用X，Y轴分立式结构作为总体布局，这种结构方式的优点是：装配比其他结构方式要简单，而质量却跟其他方式所产生的基本一致。X，Y轴利用电机先带动滚珠丝杠旋转而转动，然后利用副螺母带动工作台，在两条轴方向移动。对高速钻孔而言，Z轴结构作用巨大——是钻孔主轴和驱动电机主轴保证在同一水平线不可或缺的力量，在设计制造中地位显著。

（二）选择控制部分方案

1.数控机床的控制方式

但从现在的控制方式来看，可以将数控机床分为以下四大种形式。

第一种封闭型：在数控机床结构中，它是专用的封闭结构。由现在的市场情况来看，封闭型数控机床基本已占领了制造业的半壁江山。不过，开放式数控机床已经逐渐普及，在这种趋势下，封闭型数控机床的运用将会慢慢被弱化，直至退出市场。

第二种PC嵌入NC式：这是典型的具有较强开放性的数控机床控制系统。

不过，在NC处，它依然沿用了传统的数控控制系统，这使得其核心用户不会有方法介入。

第三种NC嵌入PC式：PC机和开放型运动控制卡是这种系统的主要构成部分。主要通过PC插件插入到PC机扩展槽中，在Windows平台下开发构造中，用户所需是由运动控制卡提供——开放的函数库，这就是运动控制系统的工作原理。

在数控系统中，虽然全软件型数控系统是最开放的一种，但在系统操作中却存在一系列问题：系统稳定性及标准统一性实时性很可能会出现问题，并且其是否能实现系统技术也有待考究。

2.PC+运动控制器的数控系统

通过利用PC开放性信息处理能力和运动控制器的控制能力进行组合，就构建成了PC+运动控制器的数控系统。因此，这种组合而成的数控系统通常有很强的信息处理能力、准确的运动轨迹、极高的开放性并且适用性广等优点。

3.选择监控的方式

通常情况下，控制系统的关键就在于设计的方案。在系统控制的运动轴中必须通过控制机床来对其的精度和速度来进行依靠，因此，系统性能的好坏直接决定了系统控制器的寿命和使用的时间。基于这样的前提条件，必须综合考虑所有运行要求和用户需求来设计系统。

（三）电气控制系统

1.上位机的组成和功能

上位机在整个电气控制系统中，主要就是起到读取数据的作用，在文件加工的过程中，对钻孔的孔径信息进行读取，从而为用户对运动控制器的数据起到一定的作用，并且把所有数据经网关传输到运动控制器。

2.SIMOTION运动控制器

为实现各种运动控制任务，产生了一套灵活简单的控制系统，它就是控制系统的核心SIMOTION。为了使控制方案最佳，现在它的功能得到了许多的延伸。SIMOTION适用的范围主要有：复杂的运动控制系统、对精度和速度具有一定要求的机械制造行业、纺织机械和其他类机械生产行业。

3.电机模块的类型

电机的功能主要就是把540V和600V的电流首先转化为三相交流电之后，将电流最后供给电机进行有效的使用。电机主要可以分为两种，即为书本型和装机装柜型，书本型根据轴数可以分为单轴和双轴电机。

三、电气控制系统可靠性设计

（一）环境条件的考虑

在本系统中，SIMOTIOND的工作温度范围在55摄氏度以下，0摄氏度以上。安装时要注意通风散热，开机时应在打开内部散热风扇时也开启散热功能。为了达到更好的散热效果，在安装台达变频器的煞车电阻时，应该充分利用金属的良好导热性，紧贴金属外壁。电机与电源模块同样有自己的散热风扇，它们则有自动开启散热功能。

（二）硬件抗干扰设计

影响系统可靠性的因素之一是现场电磁干扰，主要源头有三个。

一是强电干扰，一般情况下由电网正常供电给控制系统，但是电网的覆盖率很大，因而受到电磁干扰的概率也大，表现为线路上也能感应到电网电压的波动干扰。此外，考虑到电网本身内部的频繁的一些干扰因素变化，比如说电网短路的情况，交直流传动装置谐波的影响，各种大型电力设备的启动和停止，以及闸刀开光的闭合和断开等，都会通过输电线路将变化传到到电源原边。

二是变频器本身来说，就是一个实际上的强干扰源，不管是变频器加速时，还是停止时，都会引起对应的电压波动，从而形成干扰。

三是柜内干扰，大到柜内的高压电器小至布线的混乱都会干扰系统的正常运转。

（三）利用CRC校验通信

在运转时，若是相关环境有一些干扰因素出现，那么就会影响通信，就会有很大的概率出现误差。基于此，在具体通信中合理运用校验方式，也就可以有效的消除因干扰而导致的误差。这种校验方式简称CRC（CyclicalRedundancyCheck），该方法通过将除法和余数原理融合来侦测错误。在工业的应用中，发送装置首先会计算出校验值，然后传递到接收装置，受到重新计算后与前一数值进行比较，如果前后数值不相同，通常就是出现了偏差。

本文就针对于PLC的PCB数控机床电气控制系统进行了研究，针对于数控机床电气中使用的零件进行了分析和参考。在对电气进行设计的过程中，应该对各个部分零件的选择和相互之间的兼容性进行综合的考虑，保证其发挥到最大程度。

参考文献：

[1]李常辉.基于PLC的PCB数控机床电气控制系统研制[D].西南交通大学，2008.

[2]王玲.基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].新技术新工艺，2013，12：125-127.

[3]齐宁宁.基于PLC的开放式数控车控制系统研制[D].西南交通大学，2006.