数控机床开环伺服进给系统的PLC控制.pdf

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1、中南论坛2010年第3期数控机床开环伺服进给系统的PLC控制杨可(武汉科技大学中南分校信息工程学院，湖北武汉430223)摘要：本文介绍了利用PLC控制数控机床开环伺服进给系统的结构和软硬件设计特点，改善了传统步进电机低速振动大和噪声大的缺点，使开环伺服进给系统在较大速度范围内转矩保持恒定，提高了控制精度，减小了发生共振的几率，具有很好的稳定性、可靠性和通用性，且结构简单。关键词：PLC；伺服进给系统；步进电机；额定电流细分驱动中图分类号：TP311文献标识码：A1数控机床伺服系统分类与特点撂数控机床伺服系

2、统是以机床移动部件(如工作台)的位置和速度为控制量的系统，又称随动系统，简称伺服系统。它接收接受数控装置的脉冲指令，图3半闭环控制并将其变换为机床工作台的位移。作为数控机床的重要组成部分的伺服系统，其本身的性能直接影响捂着整个数控机床的加工精度和速度等技术指标。按有无检测反馈装置，伺服系统可分为开环和一煳闭环两大类；按检测元件安装的位置和检测方式的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。图4全闭环控制撸执行元件的工作特性要求。执行元件的作用是将驱动线路输出的电信号转换成位移信号，带动机床工一作台移动。开

3、环控制系统中常用的执行元件为步进图1开环控制电动机，它将指令脉冲变换为机械转角，再经过齿轮副和丝杠螺母带动机床工作台移动。不检测工作番台的实际位移，无位置检测元件。一1．2闭环控制系统图2一图4所示为闭环控制系统原理图。它主要工作台枝置霸接厦馕图2半闭环控制由位置检测器、比较线路、伺服放大线路利执行元1．1开环控制系统件四部分组成。图l所示为开环控制系统原理图，主要由驱动将位置检测元件(如旋转编码器)安装在伺服线路和执行元件两部分组成。驱动线路的作用是将电动机轴或数控机床的传动丝杠止，即把工作台实指令脉冲信

4、号转换为执行元件所需的信号，并满足际位移相应的转角测出来进行反馈比较，间接出检收稿日期：2010—03—01作者简介：杨可(1"965一)，男，湖南省长沙市人，武汉科技大学中南分校信息工程学院教师，高级工程师。2010年第3期科学与技术测工作台的实际直线位移，为半闭环控制系统。改变步进电机的转向即可控制进给方向。步进将位置检测元件(如直线光栅)安装在机床工电机的转向是通过改变步进电机各绕组的通电顺序作台上，直接检测工作台的实际直线位移，为全闭来改变的，设三相步进电机通电顺序为A—AB—B环控制系统。—BC—

5、C—CA—A⋯时步进电机正转，当把绕组的1．3特点通电顺序改变为A—AC—C—CB—B—BA—A⋯时，全闭环控制系统要求检测元件的测量范围与工步进电机将反转。因此可以通过PLC输出的方向控作台移动范围相等。而制造较长的位置检测元件很制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现通电困难，须用有限长度的位置检测元件拼接安装，不顺序的改变，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变仅价格高，而且安装后调整比较复杂。相比之下，步进电机绕组的通电顺序。测量转角要容易得多。因此大部分数控机床使用半2．2PLC控制的方法闭环控制伺服系

6、统，但这种伺服系统由于丝杠和工2．2．1结构作台存在的传动误差得不到补偿，所以半闭环控制利用德国西门子公司的s7—200PLC，产生脉冲系统要比闭环控制系统的精度低。实现步进电机控制，由控制电路、驱动电路、步进开环控制系统对移动部件的实际位移量不进行电机三部分构成，如图5所示。检测，也不能进行误差校正，虽然精度较低，但由步避驱动器步进电机⋯⋯曼l机塑⋯⋯⋯宿动I于系统结构简单，成本较低。目前，在加工精度要停止I求不很高的中小型数控机床，如经济型数控机床中方向I得以广泛应用。选辑嘲蝌工作台2开环伺服系统的PL

7、C控制2．2．2PLC2．1步进电机开环控制系统控制参数用于产生脉冲，控制电机的速度和转向。如s7使用PLC控制步进电机伺服机构，关键是控制—200PLC的CPU214有两个脉冲输出，可以用来产步进电机的输入脉冲数、输入脉冲频率、输出脉冲生控制步进电机驱动器的脉冲。S7—200CPU本体已的顺序这三个参数，达到控制移动部件的行程小、含有高速脉冲输出功能，CPU脉冲输出频率达进给速度、进给方向。20KHz一100KHz，可以用来驱动步进电机或伺服电2．1．1行程控制机，完成控制要求。工作台的行程控制是利用直线

8、光栅尺采用数字2．2．3驱动电路控制来实现。工作台的行程正比于步进电机的总转由脉冲信号分配和功率细分驱动电路组成，根角，只要控制步进电机的总转角就可控制工作台的据控制器输入的脉冲和方向信号，为步进电机各绕行程。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机组提供正确的通电顺序，以及电机需要的高电压、的总转角正比于所输入的控制脉冲个数，因此，应大电流，同时提供各种保护措施，如过流、过热等由伺服机构的位移量确定PLC输出的脉