姜廣政

可編程控制器是工業(yè)環(huán)境下專門應(yīng)用的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制裝置。通過實(shí)踐與深入研究，筆者提出了利用編程控制器控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點(diǎn)位控制功能的方法。

一、數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的基本原理是，當(dāng)加工程序被送入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置后，數(shù)控裝置對其進(jìn)行譯碼、寄存和運(yùn)算處理，然后以脈沖的形式向伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號。伺服系統(tǒng)接到控制控制信號后，驅(qū)動機(jī)床工作臺嚴(yán)格按照指令的要求進(jìn)行移動，從而控制刀具與零件的相對運(yùn)動。數(shù)控系統(tǒng)按其控制的運(yùn)動軌跡劃分有點(diǎn)位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、輪廓控制系統(tǒng)。在進(jìn)行機(jī)械加工時，數(shù)控系統(tǒng)的點(diǎn)位控制一般用在孔加工機(jī)床上(例如鉆孔、鉸孔、鏜孔的數(shù)控機(jī)床)，其特點(diǎn)是，機(jī)床移動部件能準(zhǔn)確控制移動部件的終點(diǎn)位置，但不用考慮其運(yùn)動軌跡，在移動過程中刀具不切削工件。

二、電力線通信（PLC）在數(shù)控機(jī)床中的功能

1．機(jī)床操作面板控制

將機(jī)床操作面板上的控制信號直接送入PLC，以控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。

2．開關(guān)控制信號控制

將開關(guān)控制信號送入PLC，經(jīng)邏輯運(yùn)算后，輸出給控制對象。

3．輸出信號控制

PLC輸出的信號經(jīng)電氣柜中的繼電器、接觸器，通過機(jī)床側(cè)的液壓或氣動電磁閥，對刀庫、機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺等裝置進(jìn)行控制，另外對冷卻泵電動機(jī)、潤滑泵電動機(jī)及電磁制動器等進(jìn)行控制。

4．伺服控制

控制主軸和伺服進(jìn)給驅(qū)動裝置的使能信號，以滿足伺服驅(qū)動的條件，通過驅(qū)動裝置，驅(qū)動主軸電動機(jī)、伺服進(jìn)給電動機(jī)和刀庫電動機(jī)等。

三、控制系統(tǒng)研制中需要認(rèn)識與解決的問題

1．處理好保證定位精度與提高定位速度之間的矛盾

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其控制脈沖的頻率成正比，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在極低頻下運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速必然很低。同時為了保證系統(tǒng)的定位精度，脈沖當(dāng)量即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一個步距角時刀具或工作臺移動的距離又不能太大，這兩個因素合在一起帶來了一個突出問題：定位時間太長。因此，如何既能提高定位速度，同時又能保證定位精度是一項(xiàng)亟待解決的問題。

2. 防止步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時出現(xiàn)失步和誤差

步進(jìn)電機(jī)是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元件，在數(shù)控系統(tǒng)的點(diǎn)位控制中，可利用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。在開環(huán)控制中，步進(jìn)電機(jī)由一定頻率的脈沖控制。由PLC直接產(chǎn)生脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)可以有效地簡化系統(tǒng)的硬件電路，進(jìn)一步提高可靠性。但由于PLC是以循環(huán)掃描方式工作，掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間，受此影響，步進(jìn)電機(jī)不能在高頻下工作。

四、控制系統(tǒng)方案

要獲得高的定位速度，同時又要保證定位精度，可以把整個定位過程調(diào)整為兩個階段：粗定位階段和精定位階段。這兩個階段均采用相同頻率的脈沖控制步進(jìn)電機(jī)，但采用不同的脈沖當(dāng)量。粗定位階段：由于在點(diǎn)位過程中，刀具不切削工件，因此在這一階段，可采用較大的脈沖當(dāng)量，如0.1mm/步或1mm/步，甚至更高。精定位階段：當(dāng)使用較大的脈沖當(dāng)量使刀具或工作臺快速移動至接近定位點(diǎn)時（即完成粗定位階段），為了保證定位精度，再換用較小的脈沖當(dāng)量進(jìn)入精定位階段，讓刀具或工作臺慢慢趨近于定位點(diǎn)，例如取脈沖當(dāng)量為0.01mm/步。盡管脈沖當(dāng)量變小，但由于精定位行程很短（可定為全行程的五十分之一左右），因此不會影響定位速度。

應(yīng)用功能指令實(shí)現(xiàn)BCD碼撥盤數(shù)據(jù)輸入 ，目前較為先進(jìn)的PLC不僅滿足順序控制要求的基本邏輯指令，而且還提供了豐富的功能指令。 選用BCD碼撥盤裝置應(yīng)用于PLC控制的系統(tǒng)，這樣無需再設(shè)計(jì)數(shù)碼輸入顯示電路，有效地節(jié)省了PLC的輸入點(diǎn)，簡化了硬件電路，并利用先進(jìn)的功能指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和傳輸，因此能極方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線輸入或修改（如計(jì)數(shù)器設(shè)定值的修改等），若配合簡單的硬件譯碼電路，就可顯示有關(guān)參數(shù)的動態(tài)變化（如電機(jī)步數(shù)的遞減變化等）。為避免在系統(tǒng)運(yùn)行中撥動撥盤可能給系統(tǒng)造成的波動，最好設(shè)置一輸入鍵，當(dāng)確認(rèn)各片撥盤都撥到位后再按該鍵，這時數(shù)據(jù)才被PLC讀入并處理。

應(yīng)用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點(diǎn)位控制功能的方法能滿足控制要求，在實(shí)際運(yùn)行中切實(shí)可做。該控制系統(tǒng)具有程序設(shè)計(jì)思路清晰、硬件電路簡單實(shí)用、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，具有良好的性能價(jià)格比等優(yōu)點(diǎn)。

(作者單位：山東省濟(jì)寧市技術(shù)學(xué)院)