基于PLC 控制的往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究

唐惠龍 牟宏均

(寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，陜西 寶雞 721013)

工作臺(tái)的自動(dòng)往復(fù)循環(huán)控制是現(xiàn)代金屬切削機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)方式之一，目前的控制方式主要有以下幾種方式:

液壓控制方式:如平面磨床M7130，外圓磨床M6140 等;

電氣控制方式:如龍門刨床B1020、龍門銑床等;

但以上幾種控制方式都有一些缺點(diǎn)，如控制精度不高，不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、維修不便等。

在加工過程中為了獲得精確的進(jìn)給量，工作臺(tái)的進(jìn)給速度和進(jìn)給量的檢測(cè)是控制的關(guān)鍵所在。為了便于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取工作臺(tái)的具體信息，本文采用了編碼器對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用變頻器對(duì)工作臺(tái)的進(jìn)給電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。

1 控制系統(tǒng)組成

工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由變頻器驅(qū)動(dòng)的三相交流電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)來完成，在蝸輪蝸桿減速機(jī)的蝸輪上安裝編碼器，如圖1 所示。用來檢測(cè)工作臺(tái)的進(jìn)給速度和進(jìn)給量。系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)功能，手動(dòng)功能用于參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整，自動(dòng)用于完成工作臺(tái)的高精度控制循環(huán)往復(fù)進(jìn)給過程。

2 電氣系統(tǒng)連接與工作原理

電氣系統(tǒng)中PLC 采用西門子S7—200，CPU 為224 系列，具有14 個(gè)輸入和10 個(gè)輸出共24 個(gè)I/O 點(diǎn)，變頻器采用西門子MM440，編碼器采用LGZ 系列，1 000脈沖/r，分辨率1 000，采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y160M2 -6，功率2.2 kW，減速機(jī)采用蝸輪蝸桿減速機(jī)，蝸輪上連接編碼器。

2.1 電氣系統(tǒng)連接

電氣系統(tǒng)的具體連接如圖2 所示:

2.2 I/O 分配

I/O 分配具體如表1 所示。

表1 I/O 分配

編碼器具有A、B 相相間差為90°的旋轉(zhuǎn)編碼器，用來檢測(cè)進(jìn)給位移和進(jìn)給量。編碼器與減速機(jī)的蝸輪相連接，編碼器的三相脈沖采用NPN 型集電極開路輸出，分辨率為1 000 線，工作電源為DC24V。A、B 兩相輸出端直接連接到PLC 的高速計(jì)數(shù)器的輸入端。

連接到減速機(jī)中蝸輪的直徑為D=43 mm，則減速機(jī)每旋轉(zhuǎn)1 周，進(jìn)給的位移為L(zhǎng)=π ×D=3.14 ×43=135.09 mm。所以脈沖當(dāng)量為μ==0.135 mm，即加工過程中，每進(jìn)給0.135 mm，編碼器就輸出1 個(gè)脈沖。

如果在加工過程中需要進(jìn)給164 mm，則旋轉(zhuǎn)編碼器就要發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)為=1 215。根據(jù)加工工藝的要求，利用PLC 編制相應(yīng)的程序，就可根據(jù)加工工藝的需要來完成高精度的進(jìn)給控制和換向控制。

3 PLC 程序編制

利用S7 -200CPU224XP型主機(jī)單元中所具有的6 路30 kHz 的高速計(jì)算器，來對(duì)加工過程中的位移進(jìn)行計(jì)數(shù)和控制。

在控制過程中，如果進(jìn)給的位移量為500 mm，由于該控制系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.135 mm，則在設(shè)置左、右進(jìn)給量時(shí)可將初始值設(shè)置為3 704，當(dāng)在向右進(jìn)給時(shí)，每來1 個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器的值減1，進(jìn)給到位后，計(jì)數(shù)器的值減為零;系統(tǒng)馬上換向，進(jìn)給變成向左，此時(shí)計(jì)數(shù)器加1 計(jì)數(shù)，每來1 個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器的值加1，當(dāng)加到設(shè)置的初始值時(shí)，又馬上實(shí)現(xiàn)換向。這樣就實(shí)現(xiàn)了高精度的自動(dòng)換向控制。系統(tǒng)的控制流程如圖3。

4 結(jié)語

經(jīng)過在M6140 外圓磨床的應(yīng)用，不但達(dá)到了自動(dòng)換向的控制過程，而且系統(tǒng)的控制精度得到了很大的提高。

［1］李偉.PLC 與變頻器［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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