劉 野

（中捷機(jī)床有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110142）

1 立式車床電氣控制系統(tǒng)

普通立式車床的電氣控制系統(tǒng)，采用繼電器、接觸器實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架、主軸的控制，并完成相應(yīng)的保護(hù)，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化，可以利用四門(mén)子S7-300進(jìn)行控制。

采用直流伺服電機(jī)對(duì)車床提供動(dòng)力，可以提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率、過(guò)載能力大，同時(shí)它的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，易于控制，而對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制，采用雙回路控制方式，如圖1。

圖1 速度環(huán)與電流環(huán)控制回路

在控制回路中，電流環(huán)是作為控制回路的內(nèi)環(huán)，通過(guò)接收速度的指令后，在做出反應(yīng)，電路控制中通過(guò)電流偏差輸出電動(dòng)機(jī)控制電壓。

利用這個(gè)回路的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

（1）該回路是標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊和控制回路的結(jié)合體；（2）具有完善的保護(hù)功能和診斷功能；

（3）有串行通信接口，可以與計(jì)算機(jī)或者傳動(dòng)裝置建立加工過(guò)程控制系統(tǒng)；

（4）采用專用的控制模塊，使機(jī)床的傳動(dòng)簡(jiǎn)單可靠。

立式車床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以考慮將控制電路與主電路分離開(kāi)，將內(nèi)部的連線簡(jiǎn)化，這樣會(huì)降低主電路的干擾以及操作安全性，同時(shí)電樞控制不受相序旋轉(zhuǎn)的影響，電氣元件選擇標(biāo)準(zhǔn)化零件，減少備件的種類，實(shí)現(xiàn)單一性。

2 PLC控制

立式車床PLC控制系統(tǒng)主要是對(duì)機(jī)床進(jìn)行邏輯控制，包括工作臺(tái)的啟停、制動(dòng)和電動(dòng)，同時(shí)還對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變速，機(jī)床橫梁的上下移動(dòng)，刀架的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)以及照明等。

S7-300PLC是一個(gè)模塊化、無(wú)風(fēng)扇的系統(tǒng)，易于用戶操作和掌握，性價(jià)比高，組成部分包括導(dǎo)軌、電源、中央處理器、接口、信號(hào)、功能模塊等。

S7-300的通信接口有AS-i接口、PROFIBUS和以太網(wǎng)接口。通信類型有過(guò)程通信和數(shù)據(jù)通信，過(guò)程通信主要是對(duì)總線和I/O，數(shù)據(jù)通信是人機(jī)界面和控制系統(tǒng)之間的通信。

S7-300PLC硬件配置如圖2所示。

圖2 S7-300硬件配置

它的供電采用DC24V，這樣對(duì)硬件和PLC可以起到一個(gè)相應(yīng)的保護(hù)，同時(shí)硬件配置上還帶有負(fù)載開(kāi)關(guān)，做好軟件的短路保護(hù)。

應(yīng)用STEP 7作為S7-300的軟件，它是S7-300的標(biāo)準(zhǔn)配置，是實(shí)現(xiàn)組態(tài)和編程的軟件，功能有設(shè)置和管理、分配參數(shù)、管理符號(hào)、創(chuàng)建程序、編程、測(cè)試、運(yùn)行等，軟件內(nèi)有三種編程語(yǔ)言，STEP 7可以通過(guò)以下三程序來(lái)編寫(xiě)PLC控制程序：

（1）線性程序

這個(gè)方法是將用戶編寫(xiě)完成的程序放置在一個(gè)指令快內(nèi)，機(jī)床在執(zhí)行時(shí)候，是通過(guò)線性或者順序的方式；

（2）分部編程

這個(gè)是將程序分離開(kāi)，將任務(wù)分解成子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)由一個(gè)FC完成，這樣在執(zhí)行時(shí)候，不會(huì)數(shù)據(jù)交換，也沒(méi)有重復(fù)代碼。

（3）結(jié)構(gòu)化程序

是指對(duì)控制中控制過(guò)程和控制要求相近或類似的功能進(jìn)行分類。

3 刀架位置模糊PID控制

立車加工范圍廣，加工材料的性能也不同，有的材料需要粗糙度要好，有的材料硬度高，所以對(duì)機(jī)床刀具的要求也高，進(jìn)給量也隨之而改變，如何實(shí)現(xiàn)刀架的位置精度和控制的準(zhǔn)確性，是非常重要的。

模糊控制系統(tǒng)通過(guò)模糊集合論、語(yǔ)言變量以及推理，再通過(guò)計(jì)算機(jī)智能控制，可以準(zhǔn)確把控車床的刀架位置，圖3為組成框架。

圖3 模糊控制器組成框架

模糊化接口，是控制器輸入與輸出求解的重要接口，作用是將真實(shí)的確定量變成一個(gè)模糊矢量。

知識(shí)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)構(gòu)成了知識(shí)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)是模糊控制系統(tǒng)存放變量和模糊子集的知識(shí)庫(kù)，規(guī)則庫(kù)包含模糊語(yǔ)言變量標(biāo)識(shí)一系列控制規(guī)則。

推理與解模糊接口，這個(gè)是對(duì)之前控制系統(tǒng)中模糊量和變量進(jìn)行求解的模塊，并最終獲得模糊控制量的部分。

模糊PID控制是根據(jù)專家和操作人的經(jīng)驗(yàn)，在根據(jù)模糊控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型，對(duì)機(jī)床系統(tǒng)控制的方法，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)過(guò)程模式的識(shí)別，利用模糊控制規(guī)則對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，達(dá)到PID參數(shù)模糊自整定的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

立式車床實(shí)現(xiàn)數(shù)控可以大大提高加工精度和加工效率，應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，從總線到網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)，在到最后的PLC軟件，實(shí)現(xiàn)車床自動(dòng)化是密不可分的，對(duì)于參數(shù)變化范圍較大時(shí)候，利用模糊PID控制就可以增加使用性能，立車的最終方向是向著高速、實(shí)時(shí)、可靠的集成性自動(dòng)化方向，PLC軟件編程是實(shí)現(xiàn)控制的最好辦法。

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