杜云飛

摘 要：隨著電子工業(yè)的逐漸興盛，同時(shí)也促進(jìn)了世界各個(gè)工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速，同時(shí)也影響了人們的生活節(jié)奏和生活的步伐。電路板是各種電子器械的重要元件，其作用是通過(guò)集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)各種電子設(shè)備之間的連接。在本論文中，主要研究的問(wèn)題是基于PLC的PCB數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的研制，研究目的是為后期數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的研究提供一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC；PCB；數(shù)控機(jī)床；電氣設(shè)備；控制系統(tǒng)

一、緒論

（一）課題研究

隨著社會(huì)的快速向前發(fā)展，電子工業(yè)新興的快速發(fā)展，使得電子工業(yè)技術(shù)的產(chǎn)品也越來(lái)越多，人們的生活方式也受到了很大的影響。作為電子行業(yè)來(lái)說(shuō)，電子工業(yè)的發(fā)展同時(shí)也給電子行業(yè)帶來(lái)了很大的發(fā)展空間。

隨著世界各地的企業(yè)來(lái)到中國(guó)，并進(jìn)入到中國(guó)的市場(chǎng)中，并且把最初的定位也更換到中國(guó)的市場(chǎng)，這些企業(yè)在中國(guó)市場(chǎng)上的發(fā)展已經(jīng)逐漸成為了各個(gè)行業(yè)的發(fā)展模式。新技術(shù)在不斷更新，很多專(zhuān)業(yè)預(yù)測(cè)家在世界電子電路會(huì)議上預(yù)言中國(guó)將成為一個(gè)未來(lái)工業(yè)的發(fā)展大國(guó)。

（二）國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

在二十世紀(jì)中葉之前，打孔和銑板的方法通常是依靠非全自動(dòng)金屬、鉆、沖、壓以及人工純手動(dòng)作坊等一些設(shè)備來(lái)進(jìn)行。而從年代初開(kāi)始，在許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家里，人們對(duì)于這些工藝的要求更高，因此，不少生產(chǎn)或設(shè)計(jì)設(shè)備的廠家為此不斷提升了加工設(shè)備的嚴(yán)密性，不斷地完善，最終，于芝加哥開(kāi)展的機(jī)床博覽會(huì)上，工業(yè)機(jī)床專(zhuān)用機(jī)誕生，這是世界上的第一臺(tái)。

二、PCB數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)

采用X，Y軸分立式結(jié)構(gòu)作為總體布局，這種結(jié)構(gòu)方式的優(yōu)點(diǎn)是：裝配比其他結(jié)構(gòu)方式要簡(jiǎn)單，而質(zhì)量卻跟其他方式所產(chǎn)生的基本一致。X，Y軸利用電機(jī)先帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，然后利用副螺母帶動(dòng)工作臺(tái)，在兩條軸方向移動(dòng)。對(duì)高速鉆孔而言，Z軸結(jié)構(gòu)作用巨大——是鉆孔主軸和驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸保證在同一水平線不可或缺的力量，在設(shè)計(jì)制造中地位顯著。

（二）選擇控制部分方案

1.數(shù)控機(jī)床的控制方式

但從現(xiàn)在的控制方式來(lái)看，可以將數(shù)控機(jī)床分為以下四大種形式。

第一種封閉型：在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中，它是專(zhuān)用的封閉結(jié)構(gòu)。由現(xiàn)在的市場(chǎng)情況來(lái)看，封閉型數(shù)控機(jī)床基本已占領(lǐng)了制造業(yè)的半壁江山。不過(guò)，開(kāi)放式數(shù)控機(jī)床已經(jīng)逐漸普及，在這種趨勢(shì)下，封閉型數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用將會(huì)慢慢被弱化，直至退出市場(chǎng)。

第二種PC嵌入NC式：這是典型的具有較強(qiáng)開(kāi)放性的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)。

不過(guò)，在NC處，它依然沿用了傳統(tǒng)的數(shù)控控制系統(tǒng)，這使得其核心用戶不會(huì)有方法介入。

第三種NC嵌入PC式：PC機(jī)和開(kāi)放型運(yùn)動(dòng)控制卡是這種系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。主要通過(guò)PC插件插入到PC機(jī)擴(kuò)展槽中，在Windows平臺(tái)下開(kāi)發(fā)構(gòu)造中，用戶所需是由運(yùn)動(dòng)控制卡提供——開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)，這就是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理。

在數(shù)控系統(tǒng)中，雖然全軟件型數(shù)控系統(tǒng)是最開(kāi)放的一種，但在系統(tǒng)操作中卻存在一系列問(wèn)題：系統(tǒng)穩(wěn)定性及標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性實(shí)時(shí)性很可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，并且其是否能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)也有待考究。

2.PC+運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)控系統(tǒng)

通過(guò)利用PC開(kāi)放性信息處理能力和運(yùn)動(dòng)控制器的控制能力進(jìn)行組合，就構(gòu)建成了PC+運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)控系統(tǒng)。因此，這種組合而成的數(shù)控系統(tǒng)通常有很強(qiáng)的信息處理能力、準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡、極高的開(kāi)放性并且適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。

3.選擇監(jiān)控的方式

通常情況下，控制系統(tǒng)的關(guān)鍵就在于設(shè)計(jì)的方案。在系統(tǒng)控制的運(yùn)動(dòng)軸中必須通過(guò)控制機(jī)床來(lái)對(duì)其的精度和速度來(lái)進(jìn)行依靠，因此，系統(tǒng)性能的好壞直接決定了系統(tǒng)控制器的壽命和使用的時(shí)間?；谶@樣的前提條件，必須綜合考慮所有運(yùn)行要求和用戶需求來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

（三）電氣控制系統(tǒng)

1.上位機(jī)的組成和功能

上位機(jī)在整個(gè)電氣控制系統(tǒng)中，主要就是起到讀取數(shù)據(jù)的作用，在文件加工的過(guò)程中，對(duì)鉆孔的孔徑信息進(jìn)行讀取，從而為用戶對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)起到一定的作用，并且把所有數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制器。

2.SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器

為實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)，產(chǎn)生了一套靈活簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，它就是控制系統(tǒng)的核心SIMOTION。為了使控制方案最佳，現(xiàn)在它的功能得到了許多的延伸。SIMOTION適用的范圍主要有：復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、對(duì)精度和速度具有一定要求的機(jī)械制造行業(yè)、紡織機(jī)械和其他類(lèi)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)。

3.電機(jī)模塊的類(lèi)型

電機(jī)的功能主要就是把540V和600V的電流首先轉(zhuǎn)化為三相交流電之后，將電流最后供給電機(jī)進(jìn)行有效的使用。電機(jī)主要可以分為兩種，即為書(shū)本型和裝機(jī)裝柜型，書(shū)本型根據(jù)軸數(shù)可以分為單軸和雙軸電機(jī)。

三、電氣控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

（一）環(huán)境條件的考慮

在本系統(tǒng)中，SIMOTIOND的工作溫度范圍在55攝氏度以下，0攝氏度以上。安裝時(shí)要注意通風(fēng)散熱，開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)在打開(kāi)內(nèi)部散熱風(fēng)扇時(shí)也開(kāi)啟散熱功能。為了達(dá)到更好的散熱效果，在安裝臺(tái)達(dá)變頻器的煞車(chē)電阻時(shí)，應(yīng)該充分利用金屬的良好導(dǎo)熱性，緊貼金屬外壁。電機(jī)與電源模塊同樣有自己的散熱風(fēng)扇，它們則有自動(dòng)開(kāi)啟散熱功能。

（二）硬件抗干擾設(shè)計(jì)

影響系統(tǒng)可靠性的因素之一是現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾，主要源頭有三個(gè)。

一是強(qiáng)電干擾，一般情況下由電網(wǎng)正常供電給控制系統(tǒng)，但是電網(wǎng)的覆蓋率很大，因而受到電磁干擾的概率也大，表現(xiàn)為線路上也能感應(yīng)到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)干擾。此外，考慮到電網(wǎng)本身內(nèi)部的頻繁的一些干擾因素變化，比如說(shuō)電網(wǎng)短路的情況，交直流傳動(dòng)裝置諧波的影響，各種大型電力設(shè)備的啟動(dòng)和停止，以及閘刀開(kāi)光的閉合和斷開(kāi)等，都會(huì)通過(guò)輸電線路將變化傳到到電源原邊。

二是變頻器本身來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)實(shí)際上的強(qiáng)干擾源，不管是變頻器加速時(shí)，還是停止時(shí)，都會(huì)引起對(duì)應(yīng)的電壓波動(dòng)，從而形成干擾。

三是柜內(nèi)干擾，大到柜內(nèi)的高壓電器小至布線的混亂都會(huì)干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（三）利用CRC校驗(yàn)通信

在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若是相關(guān)環(huán)境有一些干擾因素出現(xiàn)，那么就會(huì)影響通信，就會(huì)有很大的概率出現(xiàn)誤差?；诖?，在具體通信中合理運(yùn)用校驗(yàn)方式，也就可以有效的消除因干擾而導(dǎo)致的誤差。這種校驗(yàn)方式簡(jiǎn)稱(chēng)CRC（CyclicalRedundancyCheck），該方法通過(guò)將除法和余數(shù)原理融合來(lái)偵測(cè)錯(cuò)誤。在工業(yè)的應(yīng)用中，發(fā)送裝置首先會(huì)計(jì)算出校驗(yàn)值，然后傳遞到接收裝置，受到重新計(jì)算后與前一數(shù)值進(jìn)行比較，如果前后數(shù)值不相同，通常就是出現(xiàn)了偏差。

本文就針對(duì)于PLC的PCB數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，針對(duì)于數(shù)控機(jī)床電氣中使用的零件進(jìn)行了分析和參考。在對(duì)電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)各個(gè)部分零件的選擇和相互之間的兼容性進(jìn)行綜合的考慮，保證其發(fā)揮到最大程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]李常輝.基于PLC的PCB數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)研制[D].西南交通大學(xué)，2008.

[2]王玲.基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)研究[J].新技術(shù)新工藝，2013，12：125-127.

[3]齊寧寧.基于PLC的開(kāi)放式數(shù)控車(chē)控制系統(tǒng)研制[D].西南交通大學(xué)，2006.