三、控制系统方案 (西门子S7-1500系列PLC产品信息)
1、将定位过程划分为脉冲当量不同的两个阶段
要获得高的定位速度,同时又要保证定位精度,可以把整个定位过程划分为两个阶段:粗定位阶段和精定位阶段。这两个阶段均采用相同频率的脉冲控制步进电机,但采用不同的脉冲当量。粗定位阶段:由于在点位过程中,刀具不切削工件,因此在这一阶段,可采用较大的脉冲当量,如0.1mm/步或1mm/步,甚至更高。例如步进电机控制脉冲频率为20HZ,脉冲当量为0.1mm/步,定位距离为120mm,则走完全程所需时间为1分钟,这样为速度显然已能满足要求。精定位阶段:当使用较大的脉冲当量使刀具或工作台快速移动至接近定位点时,(即完成粗定位阶段),为了保证定位精度,再换用较小的脉冲当量进入精定位阶段,让刀具或工作台慢慢趋近于定位点,例如取脉冲当量为0.01mm/步。尽管脉冲当量变小,但由于精定位行程很短(可定为全行程的五十分之一左右),因此并不会影响到定位速度。
为了实现上述目的,在机械方面,应采用两套变速机构。在粗定位阶段,由步进电机直接驱动刀具或工作台传动,在精定位阶段,则采用降速传动。这两套变速机构使用哪一套,由电磁离合器控制。
2、应用功能指令实现BCD码拨盘数据输入
目前较为先进的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令,而且还提供了丰富的功能指令。如果说基本逻辑指令是对继电器控制原理的一种抽象提高的话,那么功能指令就象是对汇编语言的一种抽象提高。BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常用到的十进制拨盘数据输入装置。拨盘共有0~9+个位置,每一位置都有相应的数字指示。一个拨盘可代表一位十进制数据,若需输入多位数据,可以用多片BCD码拨盘并联使用。
笔者选用BCD码拨盘装置应用于PLC控制的系统,这样无需再设计数码输入显示电路,有效地节省了PLC的输入点,简化了硬件电路,并利用先进的功能指令实现数据的存储和传输,因此能极方便地实现数据的在线输入或修改(如计数器设定值的修改等),若配合简单的硬件译码电路,就可显示有关参数的动态变化(如电机步数的递减变化等)。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动,***好设置一输入键,当确认各片拨盘都拨到位后再按该键,这时数据才被PLC读入并处理。
3、“软件编码、硬件解码”
为满足压缩输出点这一前提条件,采用“软件编码、硬件解码”的方法设计PLC的数码输出显示电路。例如,对于9种及其以下的故障状态显示,可采用8-4软件编码,4-8硬件解码,使显示故障的输出点压缩为4个,硬件电路包含74LS04、74LS48、共阴数码管等器件。
4、PLC外部元件故障的自动检测
由于PLC具有极高的可靠性,因此PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身,而是由于外部元件故障引起的,例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统一旦自动检测到元件故障,应不仅具有声光报警功能,而且能立即显示故障代码,以便用户据此迅速判断出故障原因。
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