西門子KTP1200面板6AV2123-2MB03-0AX0

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1  概  述

在組合機(jī)床自動線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺（1）液壓滑臺，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；（2）機(jī)械滑臺，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）數(shù)控滑臺，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中?？删幊炭刂破鳎ê喎QPLC）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制中。特別是在組合機(jī)床自動生產(chǎn)線的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制更顯示出其的性能。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低70~90%，甚至只占用自動線控制單元PLC的3~5個I/O接口及<1KB的內(nèi)存。特別是大型自動線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。

2  PLC控制的數(shù)控滑臺結(jié)構(gòu)

一般組合機(jī)床自動線中的數(shù)控滑臺采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動機(jī)構(gòu)等部分組成，伺服傳動機(jī)構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高且不能自鎖。   

3  數(shù)控滑臺的PLC控制方法

數(shù)控滑臺的控制因素主要有三個：

3.1  行程控制

一般液壓滑臺和機(jī)械滑臺的行程控制是利用位置或壓力傳感器（行程開關(guān)/死擋鐵）來實(shí)現(xiàn)；而數(shù)控滑臺的行程則采用數(shù)字控制來實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)可知，滑臺的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個數(shù)；因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個數(shù)：

                      n= DL/d                      （1）

式中 DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量（mm）

d ——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）

3.2  進(jìn)給速度控制

伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:

f=Vf/60d   (Hz)                  (2) 

式中 Vf——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min)

3.3  進(jìn)給方向控制

進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)?/span>A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。

4  PLC的軟件控制邏輯

由滑臺的PLC控制方法可知，應(yīng)使步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。因此在控制軟件上設(shè)置一個脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號發(fā)生器；對于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時器構(gòu)成，如圖2所示。脈沖頻率可以通過定時器的定時常數(shù)控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時，計數(shù)器C10動作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止工作。伺服機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)無脈沖輸入時便停止運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位。當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移速度要求較高時，可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達(dá)4000~6000Hz。對于自動線上的一般伺服機(jī)構(gòu)，其速度可以得到充分滿足。

5  伺服控制、驅(qū)動及接口

5.1  步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成

步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動器組成，控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量；同時通過編程控制脈沖頻率——既伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度；環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)可以采用軟件環(huán)行分配器，也可以采用如圖1所示的硬件環(huán)行分配器。采用軟環(huán)占用的PLC資源較多，特別是步進(jìn)電機(jī)繞組相數(shù)M>4時，對于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以充分考慮。采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)，目前市場有多種專用芯片可以選用。步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動器將PLC輸出的控制脈沖放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動能力。一般PLC的輸出接口具有一定的驅(qū)動能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負(fù)載能力僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但對于功率步進(jìn)電機(jī)則要求幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動器對輸出脈沖進(jìn)行放大。

5.2  可編程控制器的接口

如伺服機(jī)構(gòu)采用硬件環(huán)行分配器，則占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)少于5點(diǎn)，一般僅為3點(diǎn)。其中I口占用一點(diǎn)，作為啟動控制信號；O口占用2點(diǎn)，一點(diǎn)作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服系統(tǒng)硬環(huán)的時鐘脈沖輸入端，另一點(diǎn)作為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向控制信號，接至硬環(huán)的相序分配控制端，如圖3所示；伺服系統(tǒng)采用軟件環(huán)行分配器時，

6  應(yīng)用實(shí)例與結(jié)論

將PLC控制的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)用于某大型生產(chǎn)線的數(shù)控滑臺，每個滑臺僅占用4個I/O接口，節(jié)省了CNC控制系統(tǒng)，其脈沖當(dāng)量為0.01~0.05mm,進(jìn)給速度為Vf=3~15m/min,工藝要求和加工精度要求

西門子KTP1200面板6AV2123-2MB03-0AX0

強(qiáng)制風(fēng)冷

安裝強(qiáng)制風(fēng)冷的電機(jī)時必須注意電機(jī)要有良好的通風(fēng)。采用封裝安裝時，良好的通風(fēng)尤為重要。避免再次吸入排出的熱氣。冷卻風(fēng)必須能自由出入，請采取措施，防止風(fēng)道中堆積的雜質(zhì)使冷卻風(fēng)流量降低。

表中列出的所有數(shù)據(jù)針對的是環(huán)境溫度為 40 °C、安裝海拔高度 1000 m 以下的應(yīng)用場合。

環(huán)境溫度/冷卻液溫度

運(yùn)行：T = -15 °C 到 +40 °C（無限制）
條件不滿足時（環(huán)境溫度 > 40 °C 或者安裝海拔高度 > 1000 m），必須根據(jù)下表確定允許的扭矩/功率降容。環(huán)境溫度和安裝高度以 5 °C 或 500 m 為單位進(jìn)行取整。

列表: 扭矩/功率降容系數(shù)符合 EN 60034-6

1)只允許在通風(fēng)方向?yàn)椤胺球?qū)動端 ? 驅(qū)動端"時

風(fēng)扇和到用戶自備件的小距離

列表: 風(fēng)扇

列表: 進(jìn)風(fēng)口/出風(fēng)口與相鄰部件之間的小間距 S

冷卻數(shù)據(jù)與聲壓等級

列表: 冷卻數(shù)據(jù)與聲壓等級

風(fēng)道的清理

使用風(fēng)冷電機(jī)時，必須定期清潔外界空氣流經(jīng)的冷卻空氣通道。污染程度取決于使用現(xiàn)場。用烘干機(jī)或無油壓縮空氣清潔冷卻空氣通道。

帶有水管接頭的電機(jī)

1PH8 電機(jī)為“強(qiáng)制風(fēng)冷型"電機(jī)，可選擇訂購“管道接口"。此型號中不包括加裝的外部風(fēng)扇。管道接口成型件可代替外部風(fēng)扇。

管道接口的直徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) DIN EN 1506 或 DIN EN 13180 進(jìn)行設(shè)計，這樣就可以直接使用通風(fēng)和空調(diào)行業(yè)的通用部件（管道及成型件）。