基于PLC的数控机床电气控制系统的设计
2017-10-26李超
摘要:文章主要对数控机床进行研究,并剖析了它的工作原理,以其系统功能、控制原理以及主要硬件三个部分为切入点进行阐述,同时还对控制软件这一块进行了叙述,然后基于以上模块,设计一套基于PLC的数控机床电气控制系统。
关键词:PLC;数控机床;电气控制;设计
1 前言
现代科技的迅猛发展,带动了制造业的再次复苏,数控机床对于实现自动化来讲不可或缺,因此其对于机械行业的重要性不言而喻。近年来市场对于工件精密度的要求不断提高,相应的对其加工设备也就是数控机床而言,也是提出了一定的要求。在整个数控机床内,控制系统实现的基本功能就是控制各个坐标轴的移动,除此之外,还控制着机床主轴的启停和转向,当然,还有对进给量的把控,更进一步来讲,还有进行换刀和夹具定位等,而这些操作没有很高的精确度是不能够实现的。
在计算机技术的辅助下,可编程逻辑控制器(以下统称为PLC)技术发展到了一个全新的阶段,数控机床的作用就是能够自动的完成一些加工动作,而实现这个自动化的核心就是PLC系统。本课题就是以PLC控制技术为中心进行研讨的,旨在达成以PLC为基础而展开的电气控制方面的设计,重点在于介绍数控机床的工作原理,并且对电气控制系统中的关键部件进行分析,最后总结一套以PLC为基础的数控机床电气控制系统的设计方案。
2 数控机床工作原理概述
数控机床的控制系统不仅包含软件,还有一部分硬件成分,其中最为关键的就是机械装置、电气电路还有上位机与下位机的软件,对于一个数控机床而言,它的控制系统就是整个设备的中枢神经,在工作原理上,以数字控制的形式发出指令,让设备的执行部分从而开始工作。
由PLC的定义可以看出,逻辑分析部分是一定不可或缺的,当然,作为一套完整的系统就一定会有输入与输出部分。接下来对这三个部分进行分析,输入部分就是采集一些实际运动参数,参数来源就是需要被控制的部分,此外,输入部分还必须要有信息存储功能;逻辑分析部分主要充当大脑的作用,对输入的数据进行分析,而且还要判定由哪个部分进行执行;输出部分的动作就比较单一,即将处理后的信息发送到相关执行装置,由执行装置做出设定的行为动作。
3 数控机床电气控制系统硬件设计
接下来将会以硬件与软件的角度,对机床控制系统进行剖析。
(1)控制系统硬件部分
上位机:在这个系统中工控机就是上位机,工作人员在人机交互界面进行操作,操作内容就是将数据输入到系统的加工流程之中,并使其进行读取,界面的人性化设计支持人工修改加工参数,这些改动将快速被处理系统识别,然后根据相关行业协议,把这部分参数数据输入运动控制器,继而实现原定的操作动作。
SIMOTION运动控制器:如果说控制系统是数控机床的大脑,那么SIMOTION就是整个控制系统的神经中枢,有鉴于此,SIMOTION具有良好的稳定性,整个系统也就能够平稳的运行。对于研究对象所配置的SIMOTION来源于德国西门子公司,它的组成部分为PLC5300和运动控制器。在控制方面它具有PLC一贯具有的稳定性,不仅如此,其还兼具运动控制方面的灵活性。
电源模块:电源模块运用变换频率的形式,实现常用交流电向直流电的转换,之后使用一种称之为逆变器的元件,再将直流电变成工程所需的特定频率的交流电。借助电源模块SIMOTION控制系统将工业供电变成直流,再输送至各个电机模块。电源模块进行细分还有两类,其一是可调电源模块,之所以称之为可调,是因为其可以按要求将转换过的直流电控制在特定范围,并能够进行调节使其在该范围内线性变化;与之对应的是一种不可调电源块,其只可控制固定电压的直流电,不过这种电源块有其独特的应用领域。
电机模块:这部分实现的作用就是将六百伏的直流电,通过转换变成特定频率的三相交流电,然后将能源供给电机使用。
光栅尺:电机自身装配有编译工具,然而这种编码器有一定的精度限制,基本上控制在十微米,不过这还是不能满足我们五微米的要求。基于此种考虑,需要使用光栅尺定位工作台,之后把测得的位置传递给控制器。
主轴:数控机床的主轴由于要求较多,因此经过比较选定了西风公司的产品。它的型号为PCB钻孔主轴,这种主轴不但精度极高,而且十分稳定,同时能够工作很长时间具有较高的寿命。它的冷却系统性能优良,循环的工质为干净的水,在装夹上使用启动夹紧道具,这种方法极其稳定,效果优良。
变频器
眾所周知,作为主轴经常需要进行高速运转,故而必须要保证精密性,这就必然要使用到一种高速变频器。就功能上来看,常用的V系列变频器是可以实现的。然而,由于不能匹配串行接口,将导致信息流通不顺畅,为了解决这个问题,研究人员尝试使用模拟量进行控制,成效斐然。
4 数控机床电气控制系统的软件设计
电气控制系统的固有特性就决定了数控机床的工作能力,换句话说,电气控制系统对数控机床的性能起着至关重要的作用,因此,研发相关电气控制软件是十分有必要的。相比于人机交互软件,SIMOTION中的执行软件是在下位机软件范畴内的,它的数据是由上位机输入,然后借助执行部件开始运作的。
5 结束语
工业制造能力的提升带动了数控技术的蓬勃发展,再加上计算机信息技术的飞跃性进展,极大地提高了可编程逻辑控制器PLC的逻辑处理能力,这使得其能够处理更加复杂的工序。与此同时,以PLC为基础的数控技术在国内得到了极大地推广,但是遗憾的是,数控机床仍达不到较高水平,这显然限制了我国加工工艺的进步。究其原因,在于作为系统核心的电气控制部分没有成熟的技术。这也由此引出了本篇文章的相关理论解析,并且基于此还构建出一套基于PLC的数控机床的电气控制系统,这不仅优化了数控机床的稳定性和灵活性,而且使得数控技术能更多的造福国民。
参考文献:
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作者简介:李超(1987.03)男,民族:汉,籍贯:江苏扬州,职务:电气研发工程师,职称:助理工程师,学历:本科,单位:江苏亚威机床股份有限公司。endprint