基于plc的电气自动化.doc

基于plc的电气自动化 基于plc的电气自动化电气自动化在每一个领域都是不可缺少的下面我们就来看看以下为各位整理的基于plc的电气自动化欢迎各位电气自动化毕业的同学借鉴 基于plc的电气自动化 摘要：对数控机床电气控制系统的控制方式、系统功能、主要实现部件进行了选择和分析然后给出一个完整的基于plc的数控机床电气控制系统工作原理方案 关键词：plc数控机床电气控制 目前数控机床相关技术的发展不仅要对各机床各个坐标轴的位置进行连续控制外而且需要对机床主轴停止、转向和进给运动的启动和停止、刀库及换刀机械手控制、切削液开关、夹具定位等动作进行特性次序控制 特定次序的控制信息由输入/输出控制如控制开关、行程开关、压力开关、温度开关等输入元件继电器、接触器和电磁阀等输出元件控制同时还包括主轴驱动和进给伺服驱动的使能控制和机床报警处理等15 随着可编程序控制器(plc)技术的发展上述综合功能是可以由数控机床中的可编程序控制器来完成的12 它是由输入部分逻辑部分和输出部分组成输入部分收集并保存被控制部分实际运行的数据逻辑部分处理输入部分所取得的信息并判断些功能需做出输出反应 输出部分提供正在被控制的许多装置中几个设备需要实时操作处理 笔者基于plc控制来分析对一类数控机床的电气控制设计主要包括对控制方式的选择和分析 对电气控制系统中的主要实现部件进行分析和选用以及提出完整的基于plc的数控机床电气控制系统工作原理方案 1基于plc的数控机床电气控制方式的选择 数控机床电气控制方式优劣决定了控制系统的成败3,5 本文所提及的系统要控制机床实现高速高精度的加工所以系统的性能至关重要：首先要根据预定要求和被控对象的特征、控制精度、系统运行速度等限制进行了综合考虑同时充分考虑系统的性能价格比等因素确定x、y轴采用pc机+运动控制器+电机+光栅尺的方式进行闭环控制 采用此种方式pc机发挥了强大的文件处理功能、人机交互功能以及高速的数据处理功能运动控制器则体现了高可靠性、高速性、高精度等优点光栅尺则为系统提供了高达1m的精度的位置信息 同时运动控制器可以接入机床的各种传感器并及时做出处理提高了整个系统的可靠性和稳定性 运动控制卡只能接入少数几根轴而运动控制器可以大量扩展轴的数目为系统以后的升级带来便利 运动控制器同时还可以通过一个标准接口接入一个plc系统即运动控制器同时可以执行plc功能 2数控机床的功能分析 本文分析的数控机床是一拖四的机床有x、y轴和四个z轴上的伺服电机来进行工作台定位 x、y、z轴可以联动四个z轴可以同时运动也可以分开运动 为了提高加工精度工作台的x、y轴运动利用光栅尺实现全闭环控制对工作台进行精确定位 通过外扩模拟量i/o点对高速变频器进行控制实现四个主轴电机可以进行启停分开控制转速同步控制 x、y轴进行两侧硬限位和软限位双重保护对z轴下侧进行软硬限位 主轴转速高达16万r/min实现较高的加工效率并配备专用的冷却水泵对电机进行冷却同时实时检测电机温度提供温度保护 为每根主轴安装机械手和刀库实现自动换刀和手动换刀可选择 为了提高加工质量机械手换刀后进行刀具深度和位置检测 加工过程中实时检测刀具磨损以及断刀情况出现刀具失效可以自动通过机械手换刀或者提示操作者手动换刀 为了稳定加工系统具有高速的上下位机通讯功能上位机可以随时对下位机进行控制下位机也把各种信息传到上位机 3电气控制系统组成 控制系统由pc机(工控机)simotion电源模块电机模块电机光栅尺smc30(传感器模块)分布式1/0et200m(包括数字量模块和模拟量模块)机械手主轴变频器高速主轴以及多个传感器以及限位开关组成 具体的分析及其选用如下： 3.1上位机 上位机是一台pc机(工控机)主要负责从加工文件中读取需要数控机床加工流程(以钻孔为例)的钻孔的孔位和孔径信息以及为用户提供友好的界面设定加工参数最后通过tcp/ip协议把这些数据传到运动控制器 3.2simotion运动控制器simotiond是整个控制系统地核心所以simotiond的运行速度和可靠性会对整个系统产生决定性影响 本系统选择的simotiond内部结构是由西门子plc5300和西门子的运动控制cpu组合而成所以继承了plc工业运用上的高可靠性优点同时也继承了运动控制系统对运动控制的灵活性 simotion是一个全新的西门子运动控制它是世界上第一款针对生产机械而设计的控制系统 simotion的目的是为实现各种运动控制任务提供一种简单、灵活的控制系统 为了确保成为最佳的控制方案simotion的功能得到了很大程度的扩展 simotion主要有三大功能： (1)运动控制 (2)逻辑控制例如对输入信号的逻辑门处理以及对输出信号的分析与赋值 (3)工艺控制例如压力控制、温度控制等 目前simotion面向的行业主要是运动复杂、速度及精度的要求较高的制造机械、包装机械橡塑机械锻压机械纺织机械以及其他生产机械领域 3.3电源模块 一般变频器的工作方式为先把一定频率的交流电变为直流电再由逆变器把直流电变为指定频率的交流电 simotion运动控制系统采用通过电源模块把工业交流电变为直流电再分配给多个电机模块的方式 电源模块分为可调电源模块和不可调电源模块 可调电源模块可以根据参数把它转化出来的直流电稳定到一个指定的可变值并且具有与simotion通信的功能 不可调电源模块只能输出一个固定的直流电压而且不能同simotion通信 3.4电机模块 电机模块主要是把540v或600v的直流电逆变成指定频率的三相交流电供给电机使用 目前的电机模块有两种类型：书本型和装机装柜型 书本型又分为单轴电机模块和双轴电机模块单轴为3200a 双轴为318a 电机模块和主控单元之间通过drivecliq接口进行快速数据交换 因为要对x、y和四个z轴进行伺服控制所以采用3个书本型双电机控制模块来对6个轴进行控制 3.5伺服电机 伺服电机是数控系统的动力提供者本系统的x、y和4个z轴都采用的是高动态相应的交流伺服电机 电机可以进行矢量控制和伺服控制电机上还带有旋转编码器用来组成一个电机位置闭环系统实现对电机的精确控制 电机本身所带编码器的精度在10m左右 电机也具有drivecliq接口可以实时上传电机的状态参数在系统自动组态时可以上传自己的铭牌数据极大地方便了系统组态 同时电机上边全部用标准安全接口为电机接线时只需把相应的插头插入即可 3.6光栅尺 西门子伺服电机本身带有编码器但是电机编码器的精度只能达到10m离要求的5m差距较大 所以用外部光栅尺检测工作台的位置并把精确的位置信息通过smc30(传感器模块)转换成标准信号传递给simotion进行处理 光栅尺选用业界知名的renishaw公司产品中的rg4系列 3.7变频器 数控机床的主轴速度要求的非常高(12万r/min以上)所以为了对高速主轴进行控制要选择一种高速变频器 台达v系列可以满足高速主轴的频率要求 由于simotion上没有用来同台达变频器进行通信的485串口所以对台达变频器的控制采用模拟量控制方式 方案为simotiond扩展et200m获得模拟量i/o来对台达变频器进行控制 3.8高速主轴 机床的主轴采用西风的f16160000rpm高效率pcb钻孔主轴采用全流道冷却系统是一种高精度、高寿命、高稳定性的全功能pcb钻孔主轴 刀具加紧方式采用启动夹紧方式冷却系统则为干净的水循环利用不能使用去离子水 为了对独一主轴进行保护主轴内置ntc温度控制系统 3.9其他传感器 ()lomron接进开关 本系统对工作台的回零采用外部标志加编码器零位方式回零工作台回零时的外部标记用接近开关来实现同时4个z轴限位也是通过接进开关来实现的 本控制系统的限位回零采用此接近开关 (2)深度检测系统 本系统可以采用机械手自动换刀或者手动换刀由于换刀过程中会出现刀具的夹装位置不同造成钻孔深度不同也会出现刀具安装倾斜等情况 ncpcbtoolsettingdevice(刀具检测系统)可以在自动换刀或者手动换刀后进行检测刀具深度以及方向是否正确 4电气控制系统总体工作方案设计 如图1所示为该电气控制系统总体工作方案原理图 该电气控制系统总体工作方案是：pc机读取文件信息把数据传递给simotiond simotiond再根据这些收到的数据控制电机模块驱动电机带动工作台进行位置控制 光栅尺实时检测工作台的位置信息并传递给simotiond实现对工作台进行位置调整满足对位置的精度要求 由于光栅尺信号不能由simotiond直接识别所以通过传感器模块smc30转换为标准的信号传递给simotiond被et200m从simotiond接收到主轴的转速信息通过模拟量模块输出一个相应的电压控制变频器驱动主轴转动 工作台的工作状态可以通过多个传感器(如接近开关、断刀检测传感器、深度检测传感器等)检测到并传入系统 这些传感器的信号先送到simotion的扩展模块et200中再送入simotion中运用simotion强大的工艺处理、逻辑处理能力对这些信号进行处理从而完成整个的加工任务 5结束语 数控设备在我国已广泛生产和应用但水平还不高这严重制约着我国生产加工工艺的提高 究其原因主要体现在电气控制部分 本文给出的数控机床电气控制思想和方法经过长期运行证明其设计合理控制精度高性能可靠能大大提高生产效率和质量不失为一种优秀的数控电气控制方案 参考文献： 1李华.pl