机械网--V80系列PLC在数控系统中的应用

1、引 言数控技术是综合利用了电子技术、计算技术、自动控制与自动检测等现代科学技术成绩而发展起来的，目前在许多领域特别是在机械加工行业中的利用日益广泛。数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工时，数控系统的点位控制1般用在孔加工机床上（例如钻孔、铰孔、镗孔的数控机床），其特点是，机床移动部件能实现由1个位置到另外1个位置的精确移动，即准确控制移动部件的终点位置，但其实不考虑其运动轨迹，在移动进程中刀具不切削工件。实现数控系统点位控制的通常方法可以有两种：1是采取全功能的数控装置，这类装置功能10分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的；2是采取单板机或单片机控制，这类方法除要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路，特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。由于可编程控制器（PLC）是专为在工业环境下利用而设计的1种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小、是实现机电1体化的理想控制装置等显著优点，因此通过实践与深入研究，本文提出了利用V80系列PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的有关见解与方法，介绍了控制系统研制中需要认识与解决的若干问题，给出了控制系统方案及软硬件结构的设计思路，对工矿企业实现相干机床改造具有较高的利用与参考价值。2、控制系统研制中需要认识与解决的若干问题1. 避免步进电机运行时出现失步和误差步进电机是1种性能良好的数字化实行元件，在数控系统的点位控制中，可利用步进电机作为驱动电机。在开环控制中，步进电机由1定频率的脉冲控制。由V80系列PLC直接产生脉冲来控制步进电机可以有效地简化系统的硬件电路，进1步提高可靠性。由于V80系列PLC是以循环扫描方式工作，其扫描周期1般在几毫秒至几10毫秒之间，因此遭到V80系列PLC工作方式的限制和扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作。例如，若控制步进电机的脉冲频率为4000HZ，则脉冲周期为0.25毫秒，这样脉冲周期的数量级就比扫描周期小很多，如采取此频率来控制步进电机光伏电站遇到拆迁怎么办。则V80系列PLC在还未完成输出刷新任务时就已发出许多个控制脉冲，但步进电机仍1动不动，出现了严重的失步现象。若控制步进电机的脉冲频率为100HZ，则脉冲周期为10毫秒，与V80系列PLC的扫描周期约处于同1数量级，步进电机运行时亦可能会产生较大的误差。因此用V80系列PLC驱动步进电机时，为避免步进电机运行时出现失步与误差非法强拆诉讼期限过可以补偿吗，步进电机应在低频下运行，脉冲信号频率选为10至几10赫兹左右，这可以利用程序设计加以实现。2. 保证定位精度与提高定位速度之间的矛盾步进电机的转速与其控制脉冲的频率成正比，当步进电机在极低频下运行时，其转速一定很低。而为了保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转1个步距角时刀具或工作台移动的距离又不能太大，这两个因素合在1起带来了1个突出问题：定位时间太长。例如若步进电机的工作频率为20HZ，即50ms走1步，取脉冲当量为δ＝0.01mm/步，则1秒钟刀具或工作台移动的距离为20x0.01＝0.2mm，1分钟移动的距离为60x0.2＝12mm，如果定位距离为120mm，则定位时间需要10分钟，如此慢的定位速度在实际运行中是难以忍受的。为了保证定位精度，脉冲当量不能太大，但却影响了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同时又能保证定位精度是1项需要认真考虑并切实加以解决的问题。3. 可变控制参数的在线修改V80系列PLC利用于点位控制时，用户明显希望当现场条件产生变化时，系统的某些控制参数能作相应的修改，例如步进电机步数的改变，速度的调解等。为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。虽然使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器1般不能交现场操作人员使用；虽然利用V80系列PLC的输入按键并配合软件设计也能实现控制参数的在线修改，但由于PLC没有提供数码显示单元，因此需要为此单独设计数码输入显示电路，这又将极大地占用V80系列PLC的输入点，导致硬件本钱增加，而且操作不便，数据输入速度慢。所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现V80系列PLC的可变控制参数的在线修改。4. 其他问题为了实现点位控制进程中数字变化的显示及故障输出代码的显示等要求，另外还得单独设计V80系列PLC的数码输出显示电路。由于目前PLC I/O点的价格仍较高，因此应侧重考虑选用能紧缩显示输出点的合适方法拆迁项目什么资质可以实施。另外，为保证控制系统的安全与稳定运行，还应解决控制系统的安全保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。3、控制系统方案1. 将定位进程划分为脉冲当量不同的两个阶段要获得高的定位速度，同时又要保证定位精度，可以把全部定位进程划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。这两个阶段均采取相同频率的脉冲控制步进电机，但采取不同的脉冲当量。粗定位阶段：由于在点位进程中，刀具不切削工件，因此在这1阶段，可采取较大的脉冲当量，如0.1mm/步或1mm/步，乃至更高。例如步进电机控制脉冲频率为20HZ，脉冲当量为0.1mm/步，定位距离为120mm，则走完全程所需时间为1分钟，这样为速度明显已能满足要求。精定位阶段：当使用较大的脉冲当量使刀具或工作台快速移动至接近定位点时，（即完成粗定位阶段），为了保证定位精度，再换用较小的脉冲当量进入精定位阶段，让刀具或工作台渐渐趋近于定位点，例如取脉冲当量为0.01mm/步。虽然脉冲当量变小，但由于精定位行程很短（可定为全行程的510分之1左右），因此其实不会影响到定位速度。为了实现上述目的，在机械方面，应采取两套变速机构。在粗定位阶段，由步进电机直接驱动刀具或工作台传动，在精定位阶段，则采取降速传动。这两套变速机构使用哪1套，由电磁离合器控制。2. 利用功能指令实现BCD码拨盘数据输入目前较为先进的V80系列PLC不但具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令，而且还提供了丰富的功能指令。如果说基本逻辑指令是对继电器控制原理的1种抽象提高的话，那么功能指令就象是对汇编语言的1种抽象提高。BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常常使用到的10进制拨盘数据输入装置。拨盘共有0~9+个位置，每位置都有相应的数字唆使。1个拨盘可代表1位10进制数据，若需输入多位数据，可以用多片BCD码拨盘并联使用。笔者选用BCD码拨盘装置利用于V80系列PLC控制的系统，这样无需再设计数码输入显示电路，有效地节省了V80系列PLC的输入点，简化了硬件电路，并利用先进的功能指令实现数据的存储和传输，因此能极方便地实现数据的在线输入或修改（如计数器设定值的修改等），若配合简单的硬件译码电路，即可显示有关参数的动态变化（如电机步数的递减变化等）。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统酿成的波动，最好设置1输入键，当确认各片拨盘都拨到位后再按该键，这时候候数据才被V80系列PLC读入并处理。3. “软件编码、硬件解码”为满足紧缩输出点这1条件条件，采取“软件编码、硬件解码”的方法设计V80系列PLC的数码输出显示电路。例如，对9种及其以下的故障状态显示，可采取8⑷软件编码，4⑻硬件解码，使显示故障的输出点紧缩为4个，硬件电路包括74LS04、74LS48、共阴数码管等器件。4. PLC外部元件故障的自动检测由于PLC具有极高的可靠性，因此V80系列PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引发的，例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统1旦自动检测到元件故障，应不但具有声光报警功能，而且能立即显示故障代码，以便用户据此迅速判断出故障缘由。4、控制系统的软件结构软件结构根据控制要求而设计，主要划分为5大模块：即步进电机控制模块、定位控制模块、数据拨盘输入及数据传输模块、数码输出显示模块、元件故障的自动检测与报警模块。由于全部软件结构较为庞大，脉冲控制器产生0.1秒的控制脉冲，使移位寄存器移位，提供6拍时序脉冲，通过3相6拍环形分配器使3个输出继电器Y430、Y431、Y432依照单双6拍的通电方式控制步进电机。为实现定位控制，采取不同的计数器分别控制粗定位行程和精定位行程，计数器的设定值根据行程而定。例如，设刀具或工作台欲从A点移至C点，已知AC＝200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段为粗定位行程，采取0.1mm/步的脉冲当量快速移动，利用了6位计数器（C660/C661），而BC段为精定位行程，采取0.01mm/步的脉冲当量精肯定位，利用了3位计数器C460，在粗定位结束进入精定位的同时，PLC自动接通电磁离合器输出点Y433以实现变速机构的更换。5、结束语系统实验表明，本文提出的利用V80系列PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的方法能满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。所研制的控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可利用于工矿企业的相干机床改造。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章