西门子S7-200在钻床精度控制系统中的应用

1 引言

　　传统的普通钻床钻孔的精度和效率受到人工的熟练程度、疲劳程度等人为因素影响较大，要想达到高精度和高效率就十分不容易。基于此问题，我们开发了数控钻床，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，钻孔精度可达0.01mm．采用PLC定时器编程可定时自动循环加工，以提高工作效率。本系统是为岫岩玉器加工厂原有钻床的改造而设计，造价不高，精度远远满足加工需求，具有很高的性价比。

2 系统控制要求及原理

　　钻床主要由进给电机M1、切削电机M2、进给丝杠、上限位行程开关SQ1、下限位行程开关SQ2、旋转编码器MD、光电开关SPH组成。钻床结构示意图如图1所示。M 1转动，通过进给丝杠转动，使M2和钻头产生位移，M1正传为进刀，反转为退刀。SQ1、SQ2之间的距离即为钻头的移动范围，并且SQ2提供下限位的超行程保护。旋转编码器MD将进给丝杠的进给转数转换成电脉冲个数，可对钻头进给量进行精确控制。光电开关SPH是钻头的检测元件，从SPH光轴线(图中虚线所示)至工件表面的距离称为位移值，工件上的钻孔深度与位移值之和就是脉冲数的控制值。如进给丝杠的螺距是10mm，MD的转盘每转一周产生1000脉冲，可知对应一个脉冲的进给量是10／1000=0.01mm。如果要求孔深15.751mm，又已知工件表面到SPH光轴线的距离为10mm，那么将控制值设为(15.75+10)/0.01=2575个脉冲数就可以了。可见该钻床钻孔深度的精度可达0.01mm。该钻床的工作方式为自动控制并设置手动控制环节，手动控制为点动，以便调整或PLC故障时手动操作。电源的引入使用电源接触器KM1。在紧急情况下，按紧急停车按钮就可以将PL C控制系统切除电源。

图1 钻床结构示意图 

3 确定输入／输出设备及分配表

　　在此系统中，手动控制只是要求点动，且只是在PL C故障时使用，所以将手动控制按钮SB2、SB3、SB4直接与负载相连，不在PLC输人端接人。需接人PLC的输入／输出设备如表1。其中输入信号7个，输出信号4个。

4 选定PLC型号

　　选用西门子S7—200系列PLC—CPU224，它具有14输入／10输出共24个数字量I／O点，可连接7个扩展模板单元，最大可扩展至168个数字量I／O或35模拟量I／O，组成的I／O端子排可以很容易地整体拆卸。

5 PLC外部接线图及操作说明

　　PLC的外部接线如图2所示，图中画出了手动控制环节，手动控制直接接到负载侧，与PLC不相连。隔离变压器用来消除电噪声的侵入，提高系统的可靠性。输出回路中在接触器线圈两端并接RC回路，是为了防止感性负载对PLC输出元件的不良影响而设置。进给电动机正传接触器KM3的输出回路中串接SQ2的目的是在出现超行程进给时，由SQ2直接切断KM3，强制进给电机M1停转。电机正、反转接触器KM3和KM4之间设置了硬互锁环节，避免短路事故。在紧急情况下，只需按下“紧急停车”按钮就可使PLC系统切除电源。

图2 PLC的外部接线图 

　　控制系统的具体操作步骤：

　　(1)按下“运行准备”按钮，KMl得电自锁，“运行准备”指示灯PL亮。

　　(2)选择开关SA放在“自动”位置，钻床处于“自动控制”方式。按下启动按钮SB1，正传接触器KM3接通，进给电机M1正向启动，进给丝杠转动，MD开始产生脉冲。钻头下降。

　　(3)在光电开关SPH检测到钻头尖的同时，便有接通信号输出，使切削电机M2启动，同时PLC内部计数器开始计数，记录编码器MD脉冲个数。

　　(4) 当计数器记录的脉冲数达到所需要的“控制值”所对应的设定值时，KM3断电停止进给，M1停转，进刀结束。

　　(5)KM3和KM4经过延时电弧互锁切换后，KM4接通，M1反向运转，钻头上升退刀。

　　(6)上升至钻头尖离开SPH光轴的瞬间，SPH的输出截止，KM2断电，M2停转。

　　(7)上升至碰到上限位行程开关SQl时，SQ1动作，KM4断电，M1停转，自动钻削过程结束。