可编程序控制器在机床数控系统中应用探讨


参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数,但编程器一般不能交现场操作人员使用;所以,应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外为了防止电压过高损坏PLC,电源输入端加上压敏电阻。为了防止过热, PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方,变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当的空隙,以便散热,并且在配电箱上安装风扇降温。此外,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。
  
  4 永宏FBs系列PLC的NC机床定位伺服控制系统分析
   数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备,提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一,其定义为:产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的概率。对数控机床来说,这里的功能主要指数控机床的使用功能,例如数控机床的各种机能,伺服性能等。数控机床的功能部件对机床的功能扩展和性能的提升起着极为重要的作用,因此,它不同于一般配套件和附件的选用,不仅须与数控机床的整体结构谐和协调,融入整机系统具有最佳的匹配性能,而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。用于高速化的数控系统不能仅是提高数据处理能力,而是应具备热误差补偿单元以及能实现速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制等先进控制技术的功能。所以必须选择稳定可靠的控制单元才能保证数控机床正常高效运行。
   鉴于以上各项要求,笔者采用台湾永宏电机股份有限公司的FBs-44MN PLC作为该机床控制主单元,该型机具有较高的性价比,体积小,使用起来非常方便,接线简捷。其编程软件WinProladder有梯形图大师之称,易学易用且功能强大,编辑、监视、除错等操作非常顺手,按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引,使编辑、输入效率倍增。同时配以人机界面进行程序参数修改、设定以及运行状态显示监控,可编程设置人机界面的内容。该控制系统具有可靠性高,价格便宜,结构紧凑等特点,非常适合机床的控制要求,具体控制思路如图3所示。
  

可编程序控制器在机床数控系统中应用探讨


  图3 采用永宏PLC FBs-44MN 的NC 机床定位电气控制系统图
   可编程逻辑控制器是该机床各项功能的逻辑控制中心,集成于数控系统中,主要是指控制软件的集成化,而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。由图3可以看出,系统控制中心采用永宏PLC FBs-44MN控制,并配以人机界面进行程序参数修改、设定,以及运行状态显示监控,可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统,各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠,以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头,其定位准确,速度快。主轴铣头由变频器控制,根据刀具及工件和进给量,来设置主轴合理的转速,并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器,冷却和润滑也都有异常检测,在报警灯和人机界面处显示报警信息由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号,随时与给定值进行比较,将两者的差值放大和变换,驱动执行机构,以给定的速度向着消除偏差的方向运动,直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂,成本也高,对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度,更快的速度,驱动功率更大的特性指标。早期使用一般电机作为定位控制,由于速度不快、或者精度要求不高,所以足够应对所需场合;当机械运转为了获取效率而将速度加快时,当产品质量、精度要求越来越高时,电机停止位置的控制就不是一般电机所能达到的了。解决这一问题的最佳方法是采用NC定位控制配合步进或伺服电机作定位控制。但在过去,由于它的价格很高,而限制了它使用的普遍性,近年来由于技术的发展及成本的降低,其价位已被用户所接受,使用数量也越来越多。为配合这一趋势,永宏PLC FBs系列将目前市面上专用的NC定位控制器功能整合在PLC内部SoC芯片内,除了免掉PLC与专用NC 定位控制器之间复杂的数据交换与连结程序外,更大幅降低整体成本,为用户提供一种价廉物美、简单方便的PLC整合NC定位控制的方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片含有多轴高速脉冲输出以及高速硬件计数器,并且提供简易使用和设计的定位程序编辑,对于这方面的应用,更是如虎添翼、如鱼得水、得心应手了。PLC结合伺服驱动器所构成的NC闭环回路控制系统中,PLC负责发送高速脉冲命令给伺服驱动器,除了装在伺服电机的位移检测信号直接反馈到伺服驱动器外,外加位移检测器装在传动机构之后,真正反映实际位移量,并将此信号反馈到PLC 内部的高速硬件计数器,这样就可作更精确的控制,并且可避免上述半闭环回路的缺

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