簡(jiǎn)易自動(dòng)鉆床電氣控制系統(tǒng)

代玉杰

摘 要：本文重點(diǎn)闡述了自動(dòng)鉆床電氣控制系統(tǒng)以可編程控制器（PLC）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、觸摸屏、變頻器為核心元件的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：可編程控制器 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)控制 人機(jī)界面 變頻器

一、選用電器元件簡(jiǎn)介

可編程序控制器（PLC）是以微處理器為核心，具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活、高速處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)越的性價(jià)比等，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)于一體的一種新型的工業(yè)控制裝置。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)（即脈沖頻率）成正比，其輸出位移與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。

觸摸屏又稱為“觸控屏”“觸控面板”，是一種新型的人機(jī)界面。人機(jī)界面可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化，可以取代機(jī)械式的按鈕面板，減少PLC控制器所需的I/O點(diǎn)數(shù)。此外，人機(jī)界面還具有簡(jiǎn)單的編程、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能。

變頻調(diào)速能夠提供精確的速度控制，可以方便地控制機(jī)械傳動(dòng)的上升、下降和變速運(yùn)行。變頻應(yīng)用可以比原來(lái)的定速運(yùn)行電動(dòng)機(jī)更加節(jié)能。

二、自動(dòng)鉆床結(jié)構(gòu)原理

1.電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制

電動(dòng)機(jī)M1為主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)鉆夾頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；M2電動(dòng)機(jī)是工作臺(tái)橫向進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，通過(guò)絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)；M3電動(dòng)機(jī)是工作臺(tái)縱向進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，通過(guò)絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)；M4電動(dòng)機(jī)為鉆夾頭升降電動(dòng)機(jī)，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)鉆孔，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)抬起鉆頭。

2.控制要求

（1）M1電動(dòng)機(jī)要無(wú)級(jí)調(diào)速，正反轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速。

（2）M2電動(dòng)機(jī)要無(wú)級(jí)調(diào)速，正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制。

（3）M3電動(dòng)機(jī)要無(wú)級(jí)調(diào)速，正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制。

（4）M4動(dòng)機(jī)不調(diào)速，正反轉(zhuǎn)動(dòng)作。

（5）SQl、SQ2分別是鉆夾頭的上限位和下限位，S03、SQ4分別是工作臺(tái)的左限位和右限位，SQ5、S06分別是工作臺(tái)的前限位和后限位。

三、系統(tǒng)總體構(gòu)成

1.電源部分

交流380V作為主電路電源，向電動(dòng)機(jī)M1～M4供電；交流220V做控制電路電源，提供給PLC、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、變頻器；直流24V作為人機(jī)界面的電源。

2.控制部分

由PLC發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)變頻器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、人機(jī)界面進(jìn)行控制，對(duì)各種信息做出快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)，處理隨時(shí)變化的信號(hào)。

3.執(zhí)行部分

由執(zhí)行電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行工作，電動(dòng)機(jī)工作情況由自身編碼器反饋給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行閉環(huán)控制，機(jī)械部分可由傳感器反饋給PLC進(jìn)行閉環(huán)控制，鉆孔數(shù)量在人機(jī)界面顯示，鉆孔速度在人機(jī)界面上設(shè)定。

四、系統(tǒng)硬件選用

1.電動(dòng)機(jī)的選用

電動(dòng)機(jī)M1功率為2kW，電動(dòng)機(jī)M2功率為0.75kW，電動(dòng)機(jī)M3功率為0.75 kW，電動(dòng)機(jī)M4功率為1kW。

2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用

三菱公司三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)MR-J3。

3.PLC的選用

三菱公司FX2N-48MR。

4.人機(jī)界面的選用

昆侖通態(tài)觸摸屏。

五、PLC對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制

用軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)脈沖的環(huán)形分配，是PLC直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

采用可調(diào)速脈沖輸出指令“DPLSR”，通過(guò)PLC的Y1輸出端產(chǎn)生脈沖給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)M按升降速方式運(yùn)行，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿。

可調(diào)速脈沖輸出指令“DPLSR”可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按升降速方式運(yùn)行，其使用方法如下圖所。

圖

其中：S1的設(shè)定范圍為10～20000Hz；S2的設(shè)定范圍為110～2，147，483，647PLS（因?yàn)镈PLSR為32位運(yùn)算指令）；S3的設(shè)定范圍為500ms以下；D的規(guī)定為：一是只能為Y0或Y1，二是一定為晶體管輸出。

PLC可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度和位置進(jìn)行控制；PLC控制變頻器，可以比原來(lái)的定速運(yùn)行電動(dòng)機(jī)更加節(jié)能；人機(jī)界面可以取代機(jī)械式的按鈕面板，同時(shí)具有簡(jiǎn)單的編程、對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海，李洪奎，劉曉.基于PLC的多軸控制研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008.

（作者單位：山東省高密市技工學(xué)校）