简易自动钻床电气控制系统

代玉杰

摘 要：本文重点阐述了自动钻床电气控制系统以可编程控制器（PLC）、步进电动机、触摸屏、变频器为核心元件的控制系统的特点及运用。

关键词：可编程控制器 步进电动机 电动机控制 人机界面 变频器

一、选用电器元件简介

可编程序控制器（PLC）是以微处理器为核心，具有模块化结构、配置灵活、高速处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等，集计算机技术、自动控制技术于一体的一种新型的工业控制装置。

步进电动机是一种将电脉冲信号转变为角位移或直线位移的执行元件。步进电动机的转速与单位时间内输入的脉冲数（即脉冲频率）成正比，其输出位移与输入脉冲个数成正比，其转向与脉冲分配到步进电动机的各相绕组的相序有关。

触摸屏又称为“触控屏”“触控面板”，是一种新型的人机界面。人机界面可以使机器的配线标准化、简单化，可以取代机械式的按钮面板，减少PLC控制器所需的I/O点数。此外，人机界面还具有简单的编程、数据处理、数据登录及配方等智能化控制功能。

变频调速能够提供精确的速度控制，可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行。变频应用可以比原来的定速运行电动机更加节能。

二、自动钻床结构原理

1.电动机运行控制

电动机M1为主轴电动机，带动钻夹头做旋转运动；M2电动机是工作台横向进给电动机，通过丝杠带动工作台左右运动；M3电动机是工作台纵向进给电动机，通过丝杠带动工作台前后运动；M4电动机为钻夹头升降电动机，向下运动时钻孔，向上运动时抬起钻头。

2.控制要求

（1）M1电动机要无级调速，正反转，变频调速。

（2）M2电动机要无级调速，正反转，步进电动机控制。

（3）M3电动机要无级调速，正反转，步进电动机控制。

（4）M4动机不调速，正反转动作。

（5）SQl、SQ2分别是钻夹头的上限位和下限位，S03、SQ4分别是工作台的左限位和右限位，SQ5、S06分别是工作台的前限位和后限位。

三、系统总体构成

1.电源部分

交流380V作为主电路电源，向电动机M1～M4供电；交流220V做控制电路电源，提供给PLC、步进电动机驱动器、变频器；直流24V作为人机界面的电源。

2.控制部分

由PLC发出控制信号，对变频器、步进电动机、人机界面进行控制，对各种信息做出快速、准确的反应，处理随时变化的信号。

3.执行部分

由执行电动机拖动机械设备进行工作，电动机工作情况由自身编码器反馈给步进电动机驱动器进行闭环控制，机械部分可由传感器反馈给PLC进行闭环控制，钻孔数量在人机界面显示，钻孔速度在人机界面上设定。

四、系统硬件选用

1.电动机的选用

电动机M1功率为2kW，电动机M2功率为0.75kW，电动机M3功率为0.75 kW，电动机M4功率为1kW。

2.步进电动机的选用

三菱公司三相反应式步进电动MR-J3。

3.PLC的选用

三菱公司FX2N-48MR。

4.人机界面的选用

昆仑通态触摸屏。

五、PLC对步进电动机的控制

用软件代替硬件实现脉冲的环形分配，是PLC直接控制步进电动机的关键技术之一。

采用可调速脉冲输出指令“DPLSR”，通过PLC的Y1输出端产生脉冲给步进电动机驱动器，驱动步进电动机M按升降速方式运行，而步进电动机则驱动蜗轮蜗杆。

可调速脉冲输出指令“DPLSR”可控制步进电动机按升降速方式运行，其使用方法如下图所。

图

其中：S1的设定范围为10～20000Hz；S2的设定范围为110～2，147，483，647PLS（因为DPLSR为32位运算指令）；S3的设定范围为500ms以下；D的规定为：一是只能为Y0或Y1，二是一定为晶体管输出。

PLC可方便地实现对步进电动机的速度和位置进行控制；PLC控制变频器，可以比原来的定速运行电动机更加节能；人机界面可以取代机械式的按钮面板，同时具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。

参考文献：

[1]王海，李洪奎，刘晓.基于PLC的多轴控制研究[J].机械工程学报，2008.

（作者单位：山东省高密市技工学校）