立式車床電氣控制系統的研究

劉 野

（中捷機床有限公司 遼寧 沈陽 110142）

1 立式車床電氣控制系統

普通立式車床的電氣控制系統，采用繼電器、接觸器實現對刀架、主軸的控制，并完成相應的保護，為了實現機床的自動化，可以利用四門子S7-300進行控制。

采用直流伺服電機對車床提供動力，可以提高運轉效率、過載能力大，同時它的運轉平穩，易于控制，而對于電動機的控制，采用雙回路控制方式，如圖1。

圖1 速度環與電流環控制回路

在控制回路中，電流環是作為控制回路的內環，通過接收速度的指令后，在做出反應，電路控制中通過電流偏差輸出電動機控制電壓。

利用這個回路的優點有以下幾點：

（1）該回路是標準軟件模塊和控制回路的結合體；（2）具有完善的保護功能和診斷功能；

（3）有串行通信接口，可以與計算機或者傳動裝置建立加工過程控制系統；

（4）采用專用的控制模塊，使機床的傳動簡單可靠。

立式車床的電氣控制系統的設計可以考慮將控制電路與主電路分離開，將內部的連線簡化，這樣會降低主電路的干擾以及操作安全性，同時電樞控制不受相序旋轉的影響，電氣元件選擇標準化零件，減少備件的種類，實現單一性。

2 PLC控制

立式車床PLC控制系統主要是對機床進行邏輯控制，包括工作臺的啟停、制動和電動，同時還對電動機實現變速，機床橫梁的上下移動，刀架的相應運動以及照明等。

S7-300PLC是一個模塊化、無風扇的系統，易于用戶操作和掌握，性價比高，組成部分包括導軌、電源、中央處理器、接口、信號、功能模塊等。

S7-300的通信接口有AS-i接口、PROFIBUS和以太網接口。通信類型有過程通信和數據通信，過程通信主要是對總線和I/O，數據通信是人機界面和控制系統之間的通信。

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，這樣對硬件和PLC可以起到一個相應的保護，同時硬件配置上還帶有負載開關，做好軟件的短路保護。

應用STEP 7作為S7-300的軟件，它是S7-300的標準配置，是實現組態和編程的軟件，功能有設置和管理、分配參數、管理符號、創建程序、編程、測試、運行等，軟件內有三種編程語言，STEP 7可以通過以下三程序來編寫PLC控制程序：

（1）線性程序

這個方法是將用戶編寫完成的程序放置在一個指令快內，機床在執行時候，是通過線性或者順序的方式；

（2）分部編程

這個是將程序分離開，將任務分解成子任務，每個子任務由一個FC完成，這樣在執行時候，不會數據交換，也沒有重復代碼。

（3）結構化程序

是指對控制中控制過程和控制要求相近或類似的功能進行分類。

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，所以對機床刀具的要求也高，進給量也隨之而改變，如何實現刀架的位置精度和控制的準確性，是非常重要的。

模糊控制系統通過模糊集合論、語言變量以及推理，再通過計算機智能控制，可以準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，作用是將真實的確定量變成一個模糊矢量。

知識庫，數據庫和規則庫構成了知識庫，數據庫是模糊控制系統存放變量和模糊子集的知識庫，規則庫包含模糊語言變量標識一系列控制規則。

推理與解模糊接口，這個是對之前控制系統中模糊量和變量進行求解的模塊，并最終獲得模糊控制量的部分。

模糊PID控制是根據專家和操作人的經驗，在根據模糊控制系統、數據模型，對機床系統控制的方法，通過對系統過程模式的識別，利用模糊控制規則對PID參數進行修改，達到PID參數模糊自整定的目的。

4 結語

立式車床實現數控可以大大提高加工精度和加工效率，應用數控技術，從總線到網絡控制設計，在到最后的PLC軟件，實現車床自動化是密不可分的，對于參數變化范圍較大時候，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、實時、可靠的集成性自動化方向，PLC軟件編程是實現控制的最好辦法。

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