机床数控滑台的PLC控制方法

第１期　孙明慧　郑俊杰机床数控滑台的ＰＬＣ控制方法　机床数控滑台的ＰＬＣ控制方法　孙明慧　，郑俊杰　＇。　（１．中国矿业大学（北京），北京１０００８３；２．郑州煤炭高级技工学校，河南新郑５７８１０１）　４５１１５０；　３．洋浦技工学校，海南洋浦摘要：介绍了用ＰＬＣ控制机床数控滑台的基本方法，伺服控制、驱动、接口及ＰＬＣ控制的软件方　法。可编程控制器（ＰＬＣ）直接控制步进电机，能使组合机床自动生产线控制系统成本显著下降。　关键词：数控滑台；ＰＬＣ；步进电机；伺服控制　中图分类号：ＴＰ２７１．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—７４９Ｘ（２０１０）０１—００９７—０２　系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成　Ｏ　引言　在组合机床自动线中，可根据不同的加工精度　要求设置三种滑台：液压滑台，机械滑台和数控滑　台。可编程控制器（简称ＰＬＣ）以其通用性强、可靠　性高、指令系统简单、编程简便易学、现场接口安装　方便等优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别　是在组合机床自动生产线的控制及ＣＮＣ机床的Ｓ、　Ｔ、Ｍ功能控制更显示出其卓越的性能。ＰＬＣ控制　的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产　线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统，使　其成本降低７０％～９０％，特别是大型自动线中可以　使控制系统的成本显著下降。　本较高且不能自锁。　图１传动机构组成　１．２数控滑台的ＰＬＣ控制方法　行程控制：一般液压滑台和机械滑台的行程控　制是利用位置或压力传感器（行程开关／死挡铁）来　实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。　由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电　机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。　ｌ　数控滑台的结构及ＰＬＣ控制方法　１．１数控滑台的结构　一由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转　角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺　服机构的位移量确定ＰＬＣ输出的脉冲个数。　进给速度控制：伺服机构的进给速度取决于步　般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电　机驱动的开环伺服机构。采用ＰＬＣ控制的数控滑　台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动　器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，见图１。　进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉　冲频率；因此可以根据该工序要求的进给速度，确定　其ＰＬＣ输出的脉冲频率。　进给方向控制：进给方向控制即步进电机的转　伺服传动机构中的齿轮ｚ　、ｚ　应该采取消隙措　施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传　动副则应根据该单元的加工精度要求，确定是否选　向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各　绕组的通电顺序来改变其转向；如三相步进电机通　电顺序为Ａ—ＡＢ—Ｂ—ＢＣ—Ｃ—ＣＡ—Ａ…时步进电　机正转；当绕组按Ａ—ＡＣ—Ｃ—ＣＢ—Ｂ—ＢＡ—Ａ…　顺序通电时步进电机反转。因此可以通过ＰＬＣ输　出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序　用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、　收稿日期：２００９—０８—１８　作者简介：孙明慧（１９７３一），女，河南原阳人，，１９９７年毕业于河南理　工大学自动化专业，讲师，现中国矿业大学（北京）工程硕士，研究方　向：电气工程。　来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进　９８　陕西煤炭　２０１０正　电机绕组的通电顺序实现。　专用芯片可以选用。步进电机功率驱动器将ＰＬＣ　输出的控制脉冲放大到几十至上百伏特、几安至十　几安的驱动能力。一般ＰＬＣ的输出接口具有一定　２　ＰＬＣ软件控制逻辑伺服控制驱动及接口　２．１　ＰＬＣ的软件控制逻辑　由滑台的ＰＬＣ控制方法可知，应使步进电机的　的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载　能力仅为十几至几十伏特、几十至几百毫安。但对　于功率步进电机则要求几十至上百伏特、几安至十　几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲　输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。因此在　控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉　冲信号发生器；对于频率较低的控制脉冲，可以利用　ＰＬＣ中的定时器构成，如图２所示。脉冲频率可以　通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲总数控　制则可以设置一脉冲计数器Ｃ１０。当脉冲数达到设　定值时，计数器Ｃ１０动作切断脉冲发生器回路，使　其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲输入时便　停止运转，伺服执行机构定位。当伺服执行机构的　位移速度要求较高时，可以用ＰＬＣ中的高速脉冲发　生器。不同的ＰＬＣ其高速脉冲的频率可达４　０００～　６　０００　Ｈｚ。对于自动线上的一般伺服机构，其速度　可以得到充分满足。　ｎ　Ｍ０＿１　１３３　Ｉ　ｆ　Ｊ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｕ　Ｊ　Ｊ　Ｊ　ｌ　ｍ　Ｃ１０　Ｉ　Ｉ　Ｒ　／＿＿、、　图２滑台ＰＩ　Ｃ控制程序　２．２伺服控制驱动及接口　步进电机控制系统的组成：步进电机的控制系　统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功　率驱动器组成，其结构见图１。控制系统中ＰＬＣ用　来产生控制脉冲；通过ＰＬＣ编程输出一定数量的方　波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的　进给量；同时通过编程控制脉冲频率，即伺服机构的　进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的　控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕　组。ＰＬＣ控制的步进电机可以采用软件环行分配　器，也可以采用如图１所示的硬件环行分配器。采　用软环占用的ＰＬＣ资源较多，特别是步进电机绕组　相数Ｍ＞４时，对于大型生产线应该予以充分考虑。　采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但　可以节省占用ＰＬＣ的Ｉ／０口点数，目前市场有多种　进行放大。　可编程控制器的接口：如伺服机构采用硬件环　行分配器，则占用ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ口点数少于５点，一　般仅为３点。其中Ｉ口占用一点，作为启动控制信　号；Ｏ口占用２点，一点作为ＰＬＣ的脉冲输出接口，　接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为　步进电机转向控制信号，接至硬件环的相序分配控　制端，如图３所示；伺服系统采用软件环行分配器　时，其接口如图４。　船　Ｉ１　ＰＬｃ　图３硬件环相序分配　图４软件环相序分配　３　结论　将ＰＬＣ控制的开环伺服机构用于某大型生产　线的数控滑台，每个滑台仅占用４个Ｉ／Ｏ接口，节省　了ＣＮＣ控制系统，其脉冲当量为０．０ｌ～０．０５　ｍｍ，　进给速度为３～１５　ｍ／ｒａｉｎ，完全满足工艺要求和加　工精度要求。　参考文献：　［１］　机电一体化技术手册编委会．机电一体化技术手　册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９．　［２］　李仁定．电机的微机控制［Ｍ］．北京：机械工业出　版社，１９９９．　［３］　杨长能，等．可编程序控制器基础及应用［Ｍ］．重　庆：重庆大学出版社，１９９２．