在西門子Step7軟件中實現局部線性控制的方法

陳國強 方緒壽

（漢川機床集團有限公司，陜西漢中 723003）

大中型數控機床的邏輯控制中，有很多需要數控系統根據機床某個數值（A）的變化輸出另一個對應的數值（B）去控制某些元件或更改某些數據而去完成某些功能的控制要求。在實際生產中，B值我們可以通過若干個檢測點檢測出來?？墒?，如果通過PLC控制程序制作成階梯型的控制，若檢測點很多，會導致PLC程序量增加。若檢測點不夠多，又會有臨界點輸出值的突變，導致控制不穩定而影響機床的性能和精度。因此，如果能夠根據若干個實際檢測點檢測出來的B值，通過數控系統實現由于A值的局部線性變化而局部線性地更改B值的控制方法就很關鍵了。

1 線性控制在機床中的應用

在大中型數控機床中，這種數控系統根據A值的變化而輸出不同的B值的控制模式應用非常廣泛。例如:在落地鏜銑中，根據方箱（Z軸）的位置變化輸出不同的電壓控制液壓伺服調節閥以避免由于Z軸的伸出而導致的下垂變形;根據Z軸的伸出位置變化輸出不同的主軸電動機扭矩限制值以避免主軸箱由于大扭矩切削而損壞;根據溫度的變化輸出不同的溫度補償值來避免由于溫度變化影響機床的加工精度等等。

本文以動梁式龍門機床根據滑枕的左右移動來輸出不同的控制電壓值來控制左右平衡油缸提供的平衡壓力為例來闡述該控制方法。

在數控機床中，通過在控制中對液壓伺服調節閥的調整使液壓系統提供不同的壓力，可以很簡便地應對機械由于機床某些運動部件的位置變化導致的機械變形或負載的改變。從而提高機床的相關精度，降低相關伺服電動機的負載量，提高數控機床的控制性能和品質。

在圖1所示的動梁式龍門機床結構框架圖中，當滑枕在橫梁中間部位時，橫梁部分沿著W方向上下移動時，機床橫梁平衡，W軸左右兩端伺服電動機拖動的負載基本一致，橫梁可運動平穩。可是，當滑枕部分沿Y軸方向左右移動時，會帶來機床橫梁部分重心的偏移，左右兩端的平衡油缸受到的重力就會有很大的變化，W軸左右兩端的伺服電動機拖動時負載就會不一致。這時，就需要在數控系統中根據滑枕在橫梁上的不同位置（Y坐標）輸出不同的控制電壓（QV1，QV2）來控制左右伺服調節閥，使左右兩端平衡油缸提供不同的壓力，保證W軸左右兩端伺服電動機拖動的負載基本一致，使橫梁運動平穩。

2 局部線性控制模型

在實際控制中，我們可以通過Y軸在不同位置點時，調整左右伺服調節閥的控制電壓使W軸左右伺服電動機的負載電流基本平衡，得出如圖2所示的左右調節閥電壓控制的階梯波形。

如果按圖2所示的液壓伺服調節閥電壓波形編制PLC控制程序，邏輯控制雖然很簡單，但是會造成局部范圍內液壓平衡性不均勻，負載在臨界點的跳動大，控制不平穩，壓力自動調整控制不理想。

理論上，重心的偏移導致液壓平衡壓力的變化應該基本是線性的，但是實際上根據檢測點檢測出來的控制電壓值繪制的波形圖，我們只能稱為局部線性特性。在生產現場的實際檢測中，這種情況廣泛存在。

如果按圖3所示的液壓伺服調節閥電壓波形編制PLC控制程序，液壓平衡的波動就是局部線性的，避免了臨界點的突變，控制更平穩，實現理想的壓力自動調整控制。

3 Step7中局部線性控制的實現方法

在Step7軟件中，為了得到圖3所示的液壓伺服調節閥的局部線性控制電壓。在PLC控制程序中按以下方法可以實現根據滑枕Y軸位置的變化輸出不同控制電壓的局部線性控制。

首先，需要設置兩個DB塊，DB100用于存儲滑枕Y軸的間距點（圖4），DB101用于存儲左調節閥對應的輸出電壓值（圖5）。

其次，新建立一個功能塊FB100，基本框架內容及注釋如下:

然后，在主程序塊OB1中調用FB100即可實現根據滑枕Y軸坐標的改變輸出相應變化的控制電壓。如圖6所示。

必須注意的是該功能模塊使用時，創建DB100、DB101數據塊時要求大于或等于0且從小到大創建。其中MD100為Y軸坐標數據，MD120為右伺服調節閥輸出的控制電壓數據。在程序中做相關處理即可滿足要求，實現控制功能。

若需要輸出左伺服調節閥的控制電壓，則只需要再創建一個DB103數據塊即可。DB103中的數據值進行一些簡單的處理即可滿足創建要求。用此功能塊也可輸出左伺服調節閥的控制電壓。在這里就不再敘述。

最后，在程序中對輸出數據進行相關的判斷，處理好保護、報警等內容就可以了。

4 結語

通過現場的調試及論證，該局部線形控制功能在數控機床的很多控制領域都可以得到應用。它可以大大簡化PLC的編程，靈活性好，通用性強。

［1］ Step7 V5.1 編程手冊［Z］.