数控机床电气控制系统的优化设计 本文关键词：控制系统，数控机床，优化设计，电气
数控机床电气控制系统的优化设计 本文简介：摘要：数控机床在解决精密或者复杂零件的过程中具有重要的作用，机电一体化系统数控机床数据具有典型性。以ＰＬＣ为基础的数控机床电气控制系统属于数控机床发展的主要结果。ＰＬＣ数控机床在使用过程中具备多种优点，比如电气控制系统利用工件断刀检测、自动夹紧及机械手自动换刀等，能够有效实现数控机床自动化。基于此，
数控机床电气控制系统的优化设计 本文内容：
摘要：数控机床在解决精密或者复杂零件的过程中具有重要的作用，机电一体化系统数控机床数据具有典型性。以ＰＬＣ为基础的数控机床电气控制系统属于数控机床发展的主要结果。ＰＬＣ数控机床在使用过程中具备多种优点，比如电气控制系统利用工件断刀检测、自动夹紧及机械手自动换刀等，能够有效实现数控机床自动化。基于此，本文就对电气控制系统研究价值进行分析，并且完成数控机床电气控制系统的优化设计。
关键词：电气控制系统；研究价值；数控机床；优化
煤矿机械在生产过程中进行完善与数控机床电气控制系统发展具有密切的联系，传统机床设计过程中都是通过继电器控制，其设备独立性较低，在煤矿机械数控机床生产设备中出现控制及机械故障的可能性较大。在科学技术不断发展的过程中，ＰＬＣ设计也逐渐引入到数控机床电气控制系统中，从而有效提高了数控机床的系统配置，在日常生产过程中利用平面定位实现微孔加工钻床。数控机床电气系统革新使用模块化基础进行设计，不管是机械生产，还是电气控制都有了进一步的提高，有效实现了高精度闭环状态的控制，也提高了加工的效率，以此为数控机床电气控制系统中的ＰＬＣ设计使用打下了良好的基础。
１电气控制系统的研究价值
厂用电源、发电机、变压器等一系列的电气系统控制都能够根据电气控制、单元机组的特点融入到电气自动化控制系统范畴，其和热工控制量进行对比，电气控制系统在运行过程中和控制要求具有一定的差别。电气特点为：其一，电气控制系统对热机控制设备控制信息性收集数量较少，并且操作频率较低；其二，对电机设备保护自动装置可靠性较高，具有较高的抗干扰能力。在今后发展过程中，电气控制系统会朝着信息化、分布式、开放化的方向发展。开放化系统结构包括外部设备提供接口，从而使系统能够成功连接到外部网络中。分布式结构能够保证网络中各个智能模块工作网络是相互独立的，从而能够有效分离系统危险［１］。信息化能够实现系统信息的综合处理能力，根据网络技术有效实现网络自动化及管控的相互结合。在产品价格方面具备一定的竞争能力，并且还要不断开拓更加科学的发展道路。基于电机技术和计算机技术的电气自动化控制系统被广泛应用到众多行业中，并且在生产过程中具有重要的作用。互联网与以太网技术能够有效促进电气自动化的主要变革，这主要是因为多方面需求，网络和多媒体技术在电气自动化领域具有重要的发展前景。以此表示，电气控制系统对行业领域发展的自动化水平具有明显的提高，尤其是在运行管理中。电气控制系统能够使企业成本得到降低，并且提高设备可靠性。所以，电气化自动控制系统被广泛应用到多行业中，对于电气控制系统进行研究也具有重要的价值意义。
２数控机床电气控制系统的总体设计方案
数控机床电气控制的总体优化方案，使用ＡＲＭ作为控制系统，使用ＰＬＣ为电气辅助系统控制的中心，使用ＤＳＰ作为伺服驱动核心及运动控制器，如图１所示。本文所设计的电气控制系统要求能够实现以下控制及运动：其一，实现主轴电机的启动、变速、停止、调速，并且要求主轴平稳转速；其二，实现自动对刀、液压泵、润滑电机、冷却泵电机的控制；其三，实现机床运行状态过程中信号灯的控制；其四，实现系统紧急停止和工作台的限位保护［３］。
３数控机床电气控制系统的供配电设计
３．１３８０Ｖ电源供配电的设计３８０Ｖ交流电源主要是对伺服电机、冷却油泵电机、主轴电机、刀库电机等进行供电，图２为交流３８０Ｖ供电的电源图，通过图２可以看出来，引入机床三相五线交流电源相线通过漏电开关进行接入。漏电开关属于机床电源总体开关，其具有线路及对地保护的作用。使用熔断器进行热保护，分为两路电源。一路通过变压器变压之后转变成为２２０３．２直流电源供配电设计使用两个２４Ｖ的开关电源，其中一个开关电源为运动控制器提供工作电压，也就是为各个模块芯片提供电压。其中一个为ＩＯ、ＰＬＣ、ＤＳＰ等模块共用，其他的信号电压不能够和此开关共同使用。电源开关２４Ｖ转接端子使用线码进行标识，另外开关电源为模块ＩＯ信号提供电源电压，包括ＩＯ板和ＤＳＰ板，外部信号与中间继电器共同使用。３．３计算电气负荷在设计电气控制系统的过程中，计算电气负荷尤为重要，如果选择过大，就会导致出现浪费，并且不容易对设备进行保护。如果选择过小，就无法使电能满足对设备的要求，并且容易将设备烧坏。所以就要精准计算电气负荷，对电气负荷进行合理的选择。本文使用超过三台数控机床用电设备，并且用电功率基本相同，所以可以使用系数法实现计算。需要系数法是以用电设备功率对电气负荷进行计算的方法，首先要全面调查运行系统，方法要根据相应的规则实现用电Ｖ，其属于伺服系统电管；一路为刀库电机、油泵电机、刀臂电机及主轴电机供电［４］。设备的分组，寻找各个组的设备功率和计算负荷关系并且提供一定的参数。之后使用参数区推测待建系统计算负荷，需要系数法适用的设备台数比较多，并且功率相差较小进行计算［５］，计算式为式（１）。其中Ｐｃ、Ｑｃ和Ｓｃ指的是用电设备组的总体计算有功、无功及视在功率。
４数控机床电气控制系统的软件设计
基于ＰＬＣ的数控机床电气控制系统属于全闭环系统，主要包括变频器、电动机和光栅尺，电气控制系统的主要优势就是具有较高的控制精度。４．１电气控制系统的构成电子控制系统的软件构成，其中主要包括光栅尺、电动机模块、电源模块、传感器及变频器等，如图３所示。图３电子控制系统的软件构成４．１．１电源模块先利用变频器将一定频率交流点变成为直流电，之后利用逆变器使直流点变成为预定频率交流电，电源模块主要包括可调与不可调两种。其中可调电源模块指的是根据参数将转化的直流电稳定成为预定可变值，使其具备和ＳＩＭＯ－ＴＩＯＮ的通信功能。不可提高电源模块只能实现一个固定直流电压值的输出，并且不能够和ＳＩＭＯＴＩＯＮ进行通信。４．１．２电动机模块利用电动机模块能够使直流电逆变成为预定频率交流电，从而在电动机中使用。电动机模块主要包括书本型和装机装柜型［６］。４．１．３ＳＩＭＯＴＩＯＮ运动控制器ＳＩＭＯＴＩＯＮ属于电气控制系统的主要核心部分，其可靠性和运行速度影响着电气控制系统的使用，其主要功能为逻辑控制、运动控制及工艺控制。４．１．４断刀检测断刀检测的示意图，断刀检测系统核心主要包括一个ＯＣ门光纤传感器，ＯＣ门三根接入线直接和２４Ｖ电源中连接，以此信号线就能够和２４Ｖ电阻构成一个电平输出，如图４所示。在进行加工的过程中，刀具可能会受到磨损或者断裂。那么为了能够对其加工质量进行保证，就要对刀具是否正常进行检测，假如刀具受到磨损，机床能够使自动换刀并且对上级位进行通知，断刀检测主要是利用光纤传感器实现检测［７］。４．１．５深度检测因为换刀过程中主轴夹紧位置是通过机械手及人工对刀具插入深度进行决定，那么就要使用深度检测器实现刀具深度的检测。４．１．６数据存储在实现ＳＩＭＯＴＩＯＮ加工过程中要实现大量孔位信息的存储，本文通过数组的形式实现孔位信息的存储，并且为数据区设置指针，分别为孔位信息存储指针和孔位加工指针。在接收上位机下传到孔位信息的时候，要以孔位信息的存储指针位置实现存储。在每次接收到加工命令的时候，就表示此次数据已经传送完成，孔位信息的存储指针就会为０，并且孔位加工指针会对数据区中的第一数据进行加工。因为部分数据包数据量较大，所以在传输过程中就会出现误差，以此导致加工错误以此使产品不能够使用。所以就要对数据精准性进行严格的保证，基于通信过程实现ＣＲＣ的校验。４．１．７批量加工在批量加工的过程中，机床主要工作模式为接收孔实现加工，在收到开始批量加工指令之后，就能够实现批量加工。首先，要能够通过上位机所发送的加工参数对主轴进行判断，对于需要进行启动的主轴，ＳＩＭＯＴＩＯＮ能够将开关量进行输入，从而对主轴继电器和主轴电源的接通进行控制。为了能够对主轴安全性进行有效的保证，ＳＩＭＯＴＩＯＮ要能够不停的主轴转速是否达到设置的转速进行判断，假如满足加工需求，就可以实现加工。在加工过程中要从数据存储区中取出第一孔位置信息，工作台运动到指定位置中实现高电平的输出，工作台在运行过程中Ｚ轴不能够运动［８］。
５总结
在工业不断发展的过程中，ＰＬＣ可编程控制器也在持续发展，并且被广泛应用到煤矿机械自动控制生产系统中，其在生产控制方面的性能是其他产品不能够相比的。数控机床电气控制系统术我国机械行业的主要信息化工程设置尤为重要的内容。本文将数控机床改进为基础，输入设计之后的程序，利用合理处理及计算，以此实现不同运动部件的安装。
参考文献
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［２］许晓东，雷福祥，王伟，等．基于ＰＬＣ的数控机床电气控制系统研究［Ｊ］．农业科技与装备，２０１６（１０）：２６－２８．
［３］李泽霞．基于ＰＬＣ的数控机床电气控制系统研究［Ｊ］．工程技术（引文版），２０１６（８）：２７３．
［４］梁爱菊，陈少杰．基于ＰＬＣ的数控机床电气控制系统研究［Ｊ］．建筑工程技术与设计，２０１６（２０）：８６－８８．
［５］王锋．基于ＰＬＣ的数控机床电气控制研究［Ｊ］．工程技术（引文版），２０１６（５９）：５．
［６］孙献铖．基于ＰＬＣ的ＰＣＢ数控机床电气控制系统研制［Ｊ］．科学家，２０１６，４（２）：８２－８３．
［７］邓桂彪．数控机床电气控制系统的故障诊断与维护［Ｊ］．中国新技术新产品，２０１７（１）：６４－６５．
［８］彭雪峰，张敏．电气自动化数控车床电气控制设计［Ｊ］．山东工业技术，２０１６（２０）：３．
作者：王丽君 单位：西安航空职业技术学院
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