在西門子Step7軟件中實(shí)現(xiàn)局部線性控制的方法

陳國(guó)強(qiáng) 方緒壽

（漢川機(jī)床集團(tuán)有限公司，陜西漢中 723003）

大中型數(shù)控機(jī)床的邏輯控制中，有很多需要數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床某個(gè)數(shù)值（A）的變化輸出另一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)值（B）去控制某些元件或更改某些數(shù)據(jù)而去完成某些功能的控制要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，B值我們可以通過若干個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)出來?？墒?，如果通過PLC控制程序制作成階梯型的控制，若檢測(cè)點(diǎn)很多，會(huì)導(dǎo)致PLC程序量增加。若檢測(cè)點(diǎn)不夠多，又會(huì)有臨界點(diǎn)輸出值的突變，導(dǎo)致控制不穩(wěn)定而影響機(jī)床的性能和精度。因此，如果能夠根據(jù)若干個(gè)實(shí)際檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)出來的B值，通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由于A值的局部線性變化而局部線性地更改B值的控制方法就很關(guān)鍵了。

1 線性控制在機(jī)床中的應(yīng)用

在大中型數(shù)控機(jī)床中，這種數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)A值的變化而輸出不同的B值的控制模式應(yīng)用非常廣泛。例如:在落地鏜銑中，根據(jù)方箱（Z軸）的位置變化輸出不同的電壓控制液壓伺服調(diào)節(jié)閥以避免由于Z軸的伸出而導(dǎo)致的下垂變形;根據(jù)Z軸的伸出位置變化輸出不同的主軸電動(dòng)機(jī)扭矩限制值以避免主軸箱由于大扭矩切削而損壞;根據(jù)溫度的變化輸出不同的溫度補(bǔ)償值來避免由于溫度變化影響機(jī)床的加工精度等等。

本文以動(dòng)梁式龍門機(jī)床根據(jù)滑枕的左右移動(dòng)來輸出不同的控制電壓值來控制左右平衡油缸提供的平衡壓力為例來闡述該控制方法。

在數(shù)控機(jī)床中，通過在控制中對(duì)液壓伺服調(diào)節(jié)閥的調(diào)整使液壓系統(tǒng)提供不同的壓力，可以很簡(jiǎn)便地應(yīng)對(duì)機(jī)械由于機(jī)床某些運(yùn)動(dòng)部件的位置變化導(dǎo)致的機(jī)械變形或負(fù)載的改變。從而提高機(jī)床的相關(guān)精度，降低相關(guān)伺服電動(dòng)機(jī)的負(fù)載量，提高數(shù)控機(jī)床的控制性能和品質(zhì)。

在圖1所示的動(dòng)梁式龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)框架圖中，當(dāng)滑枕在橫梁中間部位時(shí)，橫梁部分沿著W方向上下移動(dòng)時(shí)，機(jī)床橫梁平衡，W軸左右兩端伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載基本一致，橫梁可運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)?？墒?，當(dāng)滑枕部分沿Y軸方向左右移動(dòng)時(shí)，會(huì)帶來機(jī)床橫梁部分重心的偏移，左右兩端的平衡油缸受到的重力就會(huì)有很大的變化，W軸左右兩端的伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)負(fù)載就會(huì)不一致。這時(shí)，就需要在數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)滑枕在橫梁上的不同位置（Y坐標(biāo)）輸出不同的控制電壓（QV1，QV2）來控制左右伺服調(diào)節(jié)閥，使左右兩端平衡油缸提供不同的壓力，保證W軸左右兩端伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載基本一致，使橫梁運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。

2 局部線性控制模型

在實(shí)際控制中，我們可以通過Y軸在不同位置點(diǎn)時(shí)，調(diào)整左右伺服調(diào)節(jié)閥的控制電壓使W軸左右伺服電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流基本平衡，得出如圖2所示的左右調(diào)節(jié)閥電壓控制的階梯波形。

如果按圖2所示的液壓伺服調(diào)節(jié)閥電壓波形編制PLC控制程序，邏輯控制雖然很簡(jiǎn)單，但是會(huì)造成局部范圍內(nèi)液壓平衡性不均勻，負(fù)載在臨界點(diǎn)的跳動(dòng)大，控制不平穩(wěn)，壓力自動(dòng)調(diào)整控制不理想。

理論上，重心的偏移導(dǎo)致液壓平衡壓力的變化應(yīng)該基本是線性的，但是實(shí)際上根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)出來的控制電壓值繪制的波形圖，我們只能稱為局部線性特性。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際檢測(cè)中，這種情況廣泛存在。

如果按圖3所示的液壓伺服調(diào)節(jié)閥電壓波形編制PLC控制程序，液壓平衡的波動(dòng)就是局部線性的，避免了臨界點(diǎn)的突變，控制更平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)理想的壓力自動(dòng)調(diào)整控制。

3 Step7中局部線性控制的實(shí)現(xiàn)方法

在Step7軟件中，為了得到圖3所示的液壓伺服調(diào)節(jié)閥的局部線性控制電壓。在PLC控制程序中按以下方法可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)滑枕Y軸位置的變化輸出不同控制電壓的局部線性控制。

首先，需要設(shè)置兩個(gè)DB塊，DB100用于存儲(chǔ)滑枕Y軸的間距點(diǎn)（圖4），DB101用于存儲(chǔ)左調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)的輸出電壓值（圖5）。

其次，新建立一個(gè)功能塊FB100，基本框架內(nèi)容及注釋如下:

然后，在主程序塊OB1中調(diào)用FB100即可實(shí)現(xiàn)根據(jù)滑枕Y軸坐標(biāo)的改變輸出相應(yīng)變化的控制電壓。如圖6所示。

必須注意的是該功能模塊使用時(shí)，創(chuàng)建DB100、DB101數(shù)據(jù)塊時(shí)要求大于或等于0且從小到大創(chuàng)建。其中MD100為Y軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)，MD120為右伺服調(diào)節(jié)閥輸出的控制電壓數(shù)據(jù)。在程序中做相關(guān)處理即可滿足要求，實(shí)現(xiàn)控制功能。

若需要輸出左伺服調(diào)節(jié)閥的控制電壓，則只需要再創(chuàng)建一個(gè)DB103數(shù)據(jù)塊即可。DB103中的數(shù)據(jù)值進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的處理即可滿足創(chuàng)建要求。用此功能塊也可輸出左伺服調(diào)節(jié)閥的控制電壓。在這里就不再敘述。

最后，在程序中對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的判斷，處理好保護(hù)、報(bào)警等內(nèi)容就可以了。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試及論證，該局部線形控制功能在數(shù)控機(jī)床的很多控制領(lǐng)域都可以得到應(yīng)用。它可以大大簡(jiǎn)化PLC的編程，靈活性好，通用性強(qiáng)。

［1］ Step7 V5.1 編程手冊(cè)［Z］.