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引言：
W200HC 是東方汽輪機(jī)廠上世紀(jì)70年代從捷克購買的重型加工設(shè)備，該設(shè)備為機(jī)、電、液一體化技術(shù)密集型產(chǎn)品，其性能要求可實(shí)現(xiàn)多軸控制、可加工帶有復(fù)雜曲面的大型工件，屬于機(jī)械加工行業(yè)里的高性能、高效率、較高精度的關(guān)鍵重大裝備。此種類型產(chǎn)品電控部分邏輯控制普遍采用繼電器控制，故障率高，低速時(shí)損耗大，功率因素低，且對電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊很大，維修麻煩等特點(diǎn)。針對上述特點(diǎn)，在保證機(jī)床精度和性能的前提下實(shí)現(xiàn)對機(jī)床坐標(biāo)控制的數(shù)字化、程序化管理，因此提出了如下改造方案：
2電氣控制原理簡介
W200HC銑鏜床電氣控制分別由X軸（立拄）、Y軸（主軸箱）、Z軸（主軸）、主傳動(dòng)（鏜桿和方滑枕）、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等五部分組成完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。原有控制系統(tǒng)采用繼電器-接觸器邏輯控制，調(diào)速系統(tǒng)采用的V5數(shù)字式直流調(diào)速，制動(dòng)方式有電磁閥制動(dòng)和串電阻制動(dòng)。
改造過程中采用可編程邏輯控制器S7-300系列PLC內(nèi)部復(fù)雜邏輯的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)量端子的控制。通過對數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)給定電壓的控制改變了調(diào)速系統(tǒng)對直流電壓和勵(lì)磁電壓參數(shù)值的整定來實(shí)現(xiàn)了對直流電機(jī)的調(diào)速。直流調(diào)速是一平滑的過程，在調(diào)節(jié)速度過程中是無級的，對振動(dòng)不敏感。其本身具有控制接線簡單，全過程可調(diào)整，調(diào)速精度高，啟動(dòng)力矩大，過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。直流調(diào)速能通過電樞反饋、測速機(jī)反饋、編碼器反饋等反饋方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精確定位。
3電器選型：
在使用直流調(diào)速的過程中對成本的回收不是利用設(shè)備的創(chuàng)造價(jià)值，而是依附節(jié)省能源這部分來實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)直流調(diào)速系統(tǒng)使用壽命在2~8年，與環(huán)境和保養(yǎng)方法有直接聯(lián)系。在國內(nèi)用戶只注重調(diào)速系統(tǒng)的一次性投入價(jià)格，而忽視了性價(jià)比的用戶比較常見。在調(diào)速系統(tǒng)的選型上，用戶要考濾的技術(shù)因素已不在是昔日的關(guān)鍵技術(shù)是否成熟的問題；轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)到CPU處理速度是否夠快，直流調(diào)速系統(tǒng)對電機(jī)的建模方法，控制板和功率板的設(shè)計(jì)運(yùn)算能力和精度等問題。選擇英國CT全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)能夠使整個(gè)系統(tǒng)科技含量跨向一新臺(tái)階，一切源自于直流調(diào)速的穩(wěn)定和使用的方便性決定。
控制系統(tǒng)的選擇：由于本機(jī)床具有多軸連動(dòng)，對工件加工精度要求較高，各種檢查元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)多而復(fù)雜等特點(diǎn)，所以要求在控制系統(tǒng)在計(jì)算速度和響應(yīng)時(shí)間上都必須迅速，而且多數(shù)字模擬量擴(kuò)展能力等特點(diǎn)，結(jié)合本廠的實(shí)際特點(diǎn)選用西門子S7-300作為整個(gè)機(jī)床的控制系統(tǒng)。
4電路設(shè)計(jì)
W200HC銑鏜床電氣控制分別由X軸（立拄）、Y軸（主軸箱）、Z軸（主軸）、主傳動(dòng)（鏜桿和方滑枕）、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等五部分組成，其電氣控制和設(shè)計(jì)原理基本相同，故在這里就以主傳動(dòng)電氣設(shè)計(jì)為主來闡述設(shè)計(jì)原理與思想。
5 PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)
硬件連接好，插入存儲(chǔ)卡到中央處理器中，建立計(jì)算機(jī)和中央處理器的通訊。開始對系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序調(diào)試，要求對系統(tǒng)作一次（PLC）總清或總復(fù)位。PLC總清完成后，PLC程序即可進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計(jì)所選用的PLC是SIMATIC S7-300。故而調(diào)試軟件為STEP 7。
5.1 S7-300硬件組態(tài)
S7-300硬件組態(tài)在硬件配置窗口中完成。光標(biāo)點(diǎn)擊STATION目錄級，選擇“Hardware”圖標(biāo)，進(jìn)入硬件配置窗口。
（1）組態(tài) 在硬件組態(tài)的站窗口中分配機(jī)架，可分布式I/O，可以從硬件目中選擇部件。
（2）參數(shù)分配 建立可分配參數(shù)模塊的特性，如：啟動(dòng)特性，保持區(qū)等。
（3）設(shè)定組態(tài) 設(shè)定好的硬件組態(tài)和參數(shù)分配，需下載到CPU中去，
選擇菜單“PLC” “DOWNLOAD”。
（4）實(shí)際組態(tài) 已存在硬件中的實(shí)際組態(tài)和參數(shù)分配?？梢詮腃PU直接上傳到PC。選擇菜單“PLC” “UPLOAD”。
5.2 用戶基本程序
PLC程序的編制全部按照正邏輯的設(shè)計(jì)，即不論物理信號是高電平還是低電平有效，邏輯“1”表示信號有效。所有物理輸入輸出信號都需經(jīng)過邏輯處理好，才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，也就是先要定義輸入輸出的信號有效和輸入輸出信號的邏輯，再將輸入輸出的物理信號和邏輯參數(shù)異或，其結(jié)果與有效參數(shù)（使能參數(shù)）與，最后送入輸入輸出緩沖區(qū)中。由X軸（立拄）、Y軸（主軸箱）、Z軸（主軸）、主傳動(dòng)（鏜桿和方滑枕）、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制原理基本相似，現(xiàn)就主傳動(dòng)調(diào)速及換檔PLC程序加以說明。
1
A I 2.6 "主傳動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)"
= L 0.0
A L 0.0
A I 1.2 "主傳動(dòng)風(fēng)機(jī)過載"
= Q 36.4 "主傳動(dòng)裝置啟動(dòng)中繼"
A L 0.0
BLD 102
= Q 36.5 "主傳動(dòng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)中繼"
2
A Q 36.4 "主傳動(dòng)裝置啟動(dòng)中繼"
= Q 36.2 "主傳動(dòng)脈沖使能"
3
O I 3.1 "主傳動(dòng)反轉(zhuǎn)按鈕"
O I 3.0 "主傳動(dòng)正轉(zhuǎn)按鈕"
O I 3.2 "主傳動(dòng)正點(diǎn)按鈕"
O I 3.3 "主傳動(dòng)反點(diǎn)按鈕"
= Q 36.3 "主傳動(dòng)運(yùn)行使能"
4
A(
O I 3.0 "主傳動(dòng)正轉(zhuǎn)按鈕
O Q 33.6 "主傳動(dòng)正轉(zhuǎn)中繼"
)
AN Q 33.7 "主傳動(dòng)反轉(zhuǎn)中繼"
AN Q 36.0 "主傳動(dòng)正點(diǎn)中繼"
AN Q 36.1 "主傳動(dòng)反點(diǎn)中繼"
= Q 33.6 "主傳動(dòng)正轉(zhuǎn)中繼"
5
A(
O I 3.1 "主傳動(dòng)反轉(zhuǎn)按鈕"
O Q 33.7 "主傳動(dòng)反轉(zhuǎn)中繼"
)
AN M 1.3 "主傳動(dòng)正轉(zhuǎn)中繼置復(fù)位"
AN Q 36.0 "主傳動(dòng)正點(diǎn)中繼"
AN Q 36.1 "主傳動(dòng)反點(diǎn)中繼"
= Q 33.7 "主傳動(dòng)反轉(zhuǎn)中繼"
6
A I 3.2 "主傳動(dòng)正點(diǎn)按鈕"
A M 1.2 "主傳動(dòng)運(yùn)行允許"
AN I 4.6 "CT準(zhǔn)備好信號"
AN Q 36.1 "主傳動(dòng)反點(diǎn)中繼"
= Q 36.0 "主傳動(dòng)正點(diǎn)中繼"
7
A I 3.3 "主傳動(dòng)反點(diǎn)按鈕"
A M 1.2 "主傳動(dòng)運(yùn)行允許"
AN I 4.6 "CT準(zhǔn)備好信號"
AN Q 36.0 "主傳動(dòng)正點(diǎn)中繼"
= Q 36.1 "主傳動(dòng)反點(diǎn)中繼"
8
A(
O I 3.5 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔開關(guān)1位"
O I 4.5 "CT零速度信號"
)
A(
ON I 4.5 "CT零速度信號"
ON M 1.5 "主傳動(dòng)機(jī)械檔1中繼"
)
= M 1.5 "主傳動(dòng)機(jī)械檔1中繼"
9
A(
O I 3.6 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔開關(guān)2位"
O I 4.5
)
A(
ON I 4.5
ON M 1.6 "主傳動(dòng)機(jī)械檔2中繼"
)
= M 1.6 "主傳動(dòng)機(jī)械檔2中繼"
10
A(
O I 3.7 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔開關(guān)3位"
O I 4.5
)
A(
ON I 4.5
ON M 1.7
)
= M 1.7 "主傳動(dòng)機(jī)械檔3中繼"
11
A(
AN I 3.5
AN I 3.6
AN I 3.7
O I 4.5
)
A(
ON I 4.5
ON M 2.0
)
= M 2.0 "主傳動(dòng)機(jī)械檔4中繼"
12 機(jī)械換檔1
A M 1.5
AN M 1.6
AN M 1.7
AN M 2.0
= Q 33.2 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥2"
= Q 33.3 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥3"
13 機(jī)械換檔2
A M 1.6
AN M 1.5
AN M 1.7
AN M 2.0
= Q 33.1 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥1"
= Q 33.3 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥3"
14 機(jī)械換檔3
A M 1.7
AN M 1.5
AN M 1.6
AN M 2.0
= Q 33.2 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥2"
= Q 33.4 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥4"
15 機(jī)械換檔4
A M 2.0
AN M 1.5
AN M 1.6
AN M 1.7
= Q 33.1 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥1"
= Q 33.4 "主傳動(dòng)機(jī)械換檔電磁閥4"
6伺服系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)置：
首先將所有電機(jī)名牌數(shù)據(jù)輸入到伺服系統(tǒng)中。包括如下參數(shù)組：速度給定參數(shù)組，速度加減速參數(shù)組，速度反饋參數(shù)組，電流給定與限流組，磁場控制參數(shù)組，數(shù)字邏輯控制參數(shù)組。下面列出部分需要修改的參數(shù)，僅供參考
6結(jié)束語：
該機(jī)床改用全數(shù)字直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)后使整機(jī)性能有較大提高，如床頭箱的上下運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)精確的控制，鏜桿和方滑枕切換與機(jī)械檔位的自動(dòng)轉(zhuǎn)化等都得到了提高。在維修方面由于全數(shù)字直流調(diào)速自身保護(hù)功能齊全，如過流、過載、過壓等都能及時(shí)報(bào)警及停止，減少了該機(jī)床維修故障診斷時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)速。同時(shí)驅(qū)動(dòng)器具有限流作用，可以減少啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)沖擊，有利于車間其他設(shè)備正常運(yùn)行。
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