基于PLC的PCB數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)研制

杜云飛

摘 要：隨著電子工業(yè)的逐漸興盛，同時也促進了世界各個工業(yè)現(xiàn)代化進程的加速，同時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，其作用是通過集成電路來實現(xiàn)各種電子設備之間的連接。在本論文中，主要研究的問題是基于PLC的PCB數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的研制，研究目的是為后期數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的研究提供一定的基礎。

關鍵詞：PLC；PCB；數(shù)控機床；電氣設備；控制系統(tǒng)

一、緒論

（一）課題研究

隨著社會的快速向前發(fā)展，電子工業(yè)新興的快速發(fā)展，使得電子工業(yè)技術的產品也越來越多，人們的生活方式也受到了很大的影響。作為電子行業(yè)來說，電子工業(yè)的發(fā)展同時也給電子行業(yè)帶來了很大的發(fā)展空間。

隨著世界各地的企業(yè)來到中國，并進入到中國的市場中，并且把最初的定位也更換到中國的市場，這些企業(yè)在中國市場上的發(fā)展已經逐漸成為了各個行業(yè)的發(fā)展模式。新技術在不斷更新，很多專業(yè)預測家在世界電子電路會議上預言中國將成為一個未來工業(yè)的發(fā)展大國。

（二）國內外現(xiàn)狀

在二十世紀中葉之前，打孔和銑板的方法通常是依靠非全自動金屬、鉆、沖、壓以及人工純手動作坊等一些設備來進行。而從年代初開始，在許多工業(yè)發(fā)達的國家里，人們對于這些工藝的要求更高，因此，不少生產或設計設備的廠家為此不斷提升了加工設備的嚴密性，不斷地完善，最終，于芝加哥開展的機床博覽會上，工業(yè)機床專用機誕生，這是世界上的第一臺。

二、PCB數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)總體設計

（一）機械部分總體設計

采用X，Y軸分立式結構作為總體布局，這種結構方式的優(yōu)點是：裝配比其他結構方式要簡單，而質量卻跟其他方式所產生的基本一致。X，Y軸利用電機先帶動滾珠絲杠旋轉而轉動，然后利用副螺母帶動工作臺，在兩條軸方向移動。對高速鉆孔而言，Z軸結構作用巨大——是鉆孔主軸和驅動電機主軸保證在同一水平線不可或缺的力量，在設計制造中地位顯著。

（二）選擇控制部分方案

1.數(shù)控機床的控制方式

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

第一種封閉型：在數(shù)控機床結構中，它是專用的封閉結構。由現(xiàn)在的市場情況來看，封閉型數(shù)控機床基本已占領了制造業(yè)的半壁江山。不過，開放式數(shù)控機床已經逐漸普及，在這種趨勢下，封閉型數(shù)控機床的運用將會慢慢被弱化，直至退出市場。

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

不過，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有方法介入。

第三種NC嵌入PC式：PC機和開放型運動控制卡是這種系統(tǒng)的主要構成部分。主要通過PC插件插入到PC機擴展槽中，在Windows平臺下開發(fā)構造中，用戶所需是由運動控制卡提供——開放的函數(shù)庫，這就是運動控制系統(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)是最開放的一種，但在系統(tǒng)操作中卻存在一系列問題：系統(tǒng)穩(wěn)定性及標準統(tǒng)一性實時性很可能會出現(xiàn)問題，并且其是否能實現(xiàn)系統(tǒng)技術也有待考究。

2.PC+運動控制器的數(shù)控系統(tǒng)

通過利用PC開放性信息處理能力和運動控制器的控制能力進行組合，就構建成了PC+運動控制器的數(shù)控系統(tǒng)。因此，這種組合而成的數(shù)控系統(tǒng)通常有很強的信息處理能力、準確的運動軌跡、極高的開放性并且適用性廣等優(yōu)點。

3.選擇監(jiān)控的方式

通常情況下，控制系統(tǒng)的關鍵就在于設計的方案。在系統(tǒng)控制的運動軸中必須通過控制機床來對其的精度和速度來進行依靠，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間。基于這樣的前提條件，必須綜合考慮所有運行要求和用戶需求來設計系統(tǒng)。

（三）電氣控制系統(tǒng)

1.上位機的組成和功能

上位機在整個電氣控制系統(tǒng)中，主要就是起到讀取數(shù)據(jù)的作用，在文件加工的過程中，對鉆孔的孔徑信息進行讀取，從而為用戶對運動控制器的數(shù)據(jù)起到一定的作用，并且把所有數(shù)據(jù)經網關傳輸?shù)竭\動控制器。

2.SIMOTION運動控制器

為實現(xiàn)各種運動控制任務，產生了一套靈活簡單的控制系統(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：復雜的運動控制系統(tǒng)、對精度和速度具有一定要求的機械制造行業(yè)、紡織機械和其他類機械生產行業(yè)。

3.電機模塊的類型

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

三、電氣控制系統(tǒng)可靠性設計

（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。安裝時要注意通風散熱，開機時應在打開內部散熱風扇時也開啟散熱功能。為了達到更好的散熱效果，在安裝臺達變頻器的煞車電阻時，應該充分利用金屬的良好導熱性，緊貼金屬外壁。電機與電源模塊同樣有自己的散熱風扇，它們則有自動開啟散熱功能。

（二）硬件抗干擾設計

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

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

二是變頻器本身來說，就是一個實際上的強干擾源，不管是變頻器加速時，還是停止時，都會引起對應的電壓波動，從而形成干擾。

三是柜內干擾，大到柜內的高壓電器小至布線的混亂都會干擾系統(tǒng)的正常運轉。

（三）利用CRC校驗通信

在運轉時，若是相關環(huán)境有一些干擾因素出現(xiàn)，那么就會影響通信，就會有很大的概率出現(xiàn)誤差。基于此，在具體通信中合理運用校驗方式，也就可以有效的消除因干擾而導致的誤差。這種校驗方式簡稱CRC（CyclicalRedundancyCheck），該方法通過將除法和余數(shù)原理融合來偵測錯誤。在工業(yè)的應用中，發(fā)送裝置首先會計算出校驗值，然后傳遞到接收裝置，受到重新計算后與前一數(shù)值進行比較，如果前后數(shù)值不相同，通常就是出現(xiàn)了偏差。

本文就針對于PLC的PCB數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)進行了研究，針對于數(shù)控機床電氣中使用的零件進行了分析和參考。在對電氣進行設計的過程中，應該對各個部分零件的選擇和相互之間的兼容性進行綜合的考慮，保證其發(fā)揮到最大程度。

參考文獻：

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