設(shè)備中直線模組滑臺(tái)常用的可編程操控器（簡稱PLC）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令體系簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握、體積小、修理作業(yè)少、現(xiàn)場(chǎng)接口裝置方便等一系列長處，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)操控中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的操控及CNC機(jī)床的S、T、M功用操控更顯示出其杰出的性能。PLC操控的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服組織應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的直線模組滑臺(tái)操控，可省去該單元的數(shù)控體系使該單元的操控體系本錢降低70~90%，甚至只占用自動(dòng)線操控單元PLC的3~5個(gè)I/O接口及<1KB的內(nèi)存。特別是大型自動(dòng)線中能夠使操控體系的本錢顯著下降。

1 直線模組滑臺(tái)PLC概述

在組合機(jī)床自動(dòng)線中，一般依據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺(tái):

（1）數(shù)控滑臺(tái)，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。

（2）液壓滑臺(tái)，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；

（3）機(jī)械滑臺(tái)，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；

2 PLC操控的直線模組滑臺(tái)結(jié)構(gòu)

一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺(tái)選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服組織。選用PLC操控的直線模組滑臺(tái)由可編程操控器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)組織等部分組成，見圖1。

圖1

伺服傳動(dòng)組織中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免發(fā)生反向死區(qū)或使加工精度下降；而絲杠傳動(dòng)副則應(yīng)該依據(jù)該單元的加工精度要求，斷定是否選用滾珠絲杠副。選用滾珠絲杠副，具有傳動(dòng)效率高、體系剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長的長處，但本錢較高且不能自鎖。

3 直線模組滑臺(tái)的PLC操控辦法

數(shù)控滑臺(tái)的操控要素主要有三個(gè)：

3.1 直線模組滑臺(tái)行程操控

一般液壓滑臺(tái)和直線模組滑臺(tái)的行程操控是使用位置或壓力傳感器（行程開關(guān)/死擋鐵）來完成；而直線模組滑臺(tái)的行程則選用數(shù)字操控來完成。由直線模組滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因而只要操控步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的作業(yè)原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的操控脈沖個(gè)數(shù)；因而能夠依據(jù)伺服組織的位移量斷定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：

n= DL/d                      （1）

式中 DL——伺服組織的位移量（mm），d ——伺服組織的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）

3.2  PLC進(jìn)給方向操控

進(jìn)給方向操控即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向操控。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向能夠經(jīng)過改動(dòng)步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電次序來改動(dòng)其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電次序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A…時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…次序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)回轉(zhuǎn)。因而能夠經(jīng)過PLC輸出的方向操控信號(hào)改動(dòng)硬件環(huán)行分配器的輸出次序來完成，或經(jīng)編程改動(dòng)輸出脈沖的次序來改動(dòng)步進(jìn)電機(jī)繞組的通電次序完成。

3.3   PLC進(jìn)給速度操控

伺服組織的進(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;因而能夠依據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,斷定其PLC輸出的脈沖頻率:

f=Vf/60d   (Hz)              （2）

式中 Vf——伺服組織的進(jìn)給速度(mm/min)

4 PLC的軟件操控邏輯

由滑臺(tái)的PLC操控辦法可知，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)的操控。因而在操控軟件上設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號(hào)發(fā)生器；關(guān)于頻率較低的操控脈沖，能夠使用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成，如圖2所示。脈沖頻率能夠經(jīng)過定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)操控脈沖周期，脈沖總數(shù)操控則能夠設(shè)置一脈沖計(jì)數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)到達(dá)設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器C10動(dòng)作堵截脈沖發(fā)生器回路，使其停止作業(yè)。伺服組織的步進(jìn)電機(jī)無脈沖輸入時(shí)便停止工作，伺服執(zhí)行組織定位。當(dāng)伺服執(zhí)行組織的位移速度要求較高時(shí)，能夠用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。關(guān)于自動(dòng)線上的一般伺服組織，其速度能夠得到充沛滿意。

圖2

5 伺服操控、驅(qū)動(dòng)及接口

5.1 可編程操控器的接口

直線模組滑臺(tái)如伺服組織選用硬件環(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)。其間I口占用一點(diǎn)，作為發(fā)動(dòng)操控信號(hào)；O口占用2點(diǎn)，一點(diǎn)作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服體系硬環(huán)的時(shí)鐘脈沖輸入端，另一點(diǎn)作為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向操控信號(hào)，接至硬環(huán)的相序分配操控端，如圖3所示；伺服體系選用軟件環(huán)行分配器時(shí)，其接口如圖4。

5.2 步進(jìn)電機(jī)操控體系的組成

步進(jìn)電機(jī)的操控體系由可編程操控器、環(huán)行脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器組成，其結(jié)構(gòu)見圖1。

操控體系中PLC用來發(fā)生操控脈沖；經(jīng)過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，操控步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而操控伺服組織的進(jìn)給量；一起經(jīng)過編程操控脈沖頻率——既伺服組織的進(jìn)給速度；環(huán)行脈沖分配器將可編程操控器輸出的操控脈沖按步進(jìn)電機(jī)的通電次序分配到相應(yīng)的繞組。PLC操控的步進(jìn)電機(jī)能夠選用軟件環(huán)行分配器，也能夠選用如圖1所示的硬件環(huán)行分配器。選用軟環(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(shí)，關(guān)于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以充沛考慮。選用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微雜亂些，但能夠節(jié)省占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)，目前市場(chǎng)有多種專用芯片能夠選用。步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器將PLC輸出的操控脈沖放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動(dòng)才能。一般PLC的輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)才能，而通常的晶體管直流輸出接口的負(fù)載才能僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但關(guān)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(dòng)才能，因而應(yīng)該選用驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出脈沖進(jìn)行放大。

6 應(yīng)用實(shí)例與結(jié)論

將PLC操控的開環(huán)伺服組織用于某大型生產(chǎn)線的直線模組滑臺(tái)，每個(gè)滑臺(tái)僅占用4個(gè)I/O接口，節(jié)省了CNC操控體系，其脈沖當(dāng)量為0.01~0.05mm,進(jìn)給速度為Vf=3~15m/min,徹底滿意工藝要求和加工精度要求。PLC在實(shí)際使用當(dāng)中根據(jù)品牌有差異性，