[科普中国]-自动进给控制

自动进给控制，是指掌握自动装置完成的进给运动，使其不越出范围。应用于机械工程、切削加工工艺与设备、金属切削机床-金属机床的运动等。

PID的砂轮切割机进给自动控制系统针对传统砂轮切割机不能自动调整进给速度来适应工件截面尺寸的变化，设计了基于PID控制器的砂轮切割机进给自动控制系统。该系统可以通过检测切割力及时调整进给速 度，使切割力保持在设定值附近；在 不损坏砂轮片的情况下，尽快切割完工件，从而节约能源而又保护了砂轮片。其控制过程是当切割力小于设定值时增加进给速度，切割力接近或大于设定值时降低进给速度。该系统利用PLC的PID指令控制砂 轮 切 割 机 的进给速度，以切割力为控制目标，进给速度为PID控制器的输出，实现了进给速度的自动调整。操作人员不需要根据实际工件的截面尺寸来设定切割速度，只需根据砂轮片能承受的最大切割力来设定最大切割力和最大进给速度，进给自动控制系统可以根据实际切割力自动调整进给速度。实践表明，采用PID控制砂轮切 割 机 的 进 给速度切实可行，提高了切割效率，具有一定的实用价值。1

进给自动控制系统构成自动砂轮切割机进给速度控制系统，由PLC、步进电机、步进驱动器、滚动丝杠副、力传感器等构成。切割时由PLC发出一定频率的脉冲到步进驱动器，再由驱动器驱动步进电机，步进电机带动滚动丝杠旋转，经过滚动丝杠副将旋转运动转化为直线进给运动。其中力传感器测量当前切割力，将测量到的切割力通过A/D转换模块输入到PLC，再经PLC进行 PID运算，输出控制量，再转化为输出脉冲频率值，控制步进电机的转速，从而控制进给速度。1

进给自动控制原理为了实现砂轮切割机进给速度的自动控制，应该时时采集当前切割力，PID控制器的目标是根据当前切割力和设定的允许最大切割力输出当前进给速度。所以PID控制指令的目标值即为设定的最大切割力，当前切割力通过装在工作台上的力传感器来测量，通过PLC的A/D转换模块将其转换为数字信号，再经过数据转换，将其单位转换为牛顿送到PID控制器的测定值寄存器，经过PID运算后输出控制量。

根据PID输出的控制量和设定的最大进给速度来计算步进电机的脉冲频率值，f，A，Amax，S———分别表示PLC输出脉冲频率值，PID运算输出值，PID最大输出值，设定最大速度对应的频率值。PID的输出为数字量，将其进行数据转换即为步进电机的驱动脉冲频率，从而实现了进给速度的自动控制。

基于原理，进给速度自动控制系统实现的过程应该是这样的：初始砂轮片没有与工件接触，测量到的切割力为0，PID输出最大值，即以设定的最大进给速度进给。当砂轮片与工件接触后力传感器测量到切割力，当切割力达到设定的PID运算范围后PID运算开始起作用，随着切割力接近设定的最大切割力PID运算的输出开始减小。当超过最大切割力时输出为0，即停止进给。在砂轮片与工件接触过程中，切割力应该稳定在最大切割力附近，不应该有太大波动，但进给速度是时时变化的，实现了进给速度的自控控制。1

电渣熔铸机自耗电极自动进给控制系统的研制结合自动电渣熔铸机的研制，提出一种电渣熔铸机自耗电极自动进给系统的控制方案，介绍了:采用PLC作为主控制器的自耗电极协调控制及PWM控制方式的自耗电极伺服系统的设计实现。2

对自耗电极进给控制的要求及控制流程1、启动熔铸过程前，必须A轴夹紧B轴放松或B轴夹紧A轴放松。为防止运动机械损坏，A轴夹持器夹紧到位后B轴夹持器必须放松，反之亦然。

2、仅当在一个轴夹紧，另一个轴放松的状态下，才允许停止，即在夹紧放松交接过程中，不允许停止 ， 防止自耗电极掉落。

3、伺服进给是当前夹紧轴进给，通过对伺服电机的控制，获得进给的速度，以保证熔铸电流稳定。在进给的同时，放松轴自动快速向上运动，碰到上限位行程开关自动停止，等待下次交接。

4、进给到下限位置(夹持器碰到下限位行程开关)时，A/B轴自动交换。

5、当夹持器上升到顶部限位开关时，系统自动停止工作。

在进人自动熔铸前，为了便于人工调整，须有手动控制功能。手动控制除了具备类似于自动控制时的有关约束和进给循环交替工作流程外，还应有A、B轴可单独点动放松、夹以便自耗电极的放入或撤离。另与自动状态不同的是A、B轴上升下降均为快速上升、下降。由自动工作状态转为手动调整工作状态时，原自动工作状态下的各轴将停止运动。反之亦然。2

伺服电机控制A、B伺服电机的运行均有2种状况：

1、手动调整的全电压运行，由上升下降继电器控制，实现A、B轴快升、快降;

2、自动工作时，若处于伺服进给状态，由PWM方式控制实现自动进给，进给至下限位位置，由上升继电器控制快速上升。伺服电机的主电路连接中所标常开触点均为PLC硬件接口中相应继电器的常开主触点。

在自动熔铸时，必须维持熔铸电流在某一定值。而熔铸电流的大小与自耗电极插人渣池的深度和电渣的化学成分有关。在电渣化学成分一定时，电极入渣池越深，电流越大;反之，电流越小。因此，电路电流的大小可由电极在渣池中的位置(即极间距)决定。由此可知，电流控制可转换为位置控制。通过测量熔铸的电流(其大小反映自耗电极插人渣池中的深度)与给定的熔铸电流相比较，其误差控制电机的转角量，从而控制自耗电极在渣池中的位置。因此，自耗电极自动进给伺服系统为一位置随动系统。系统原理中PWM信号发生器用SG3524实现，其输出接成单极性输出方式，扩大了输出脉冲占空比的调节范围。2

本词条内容贡献者为:

王伟 - 副教授 - 上海交通大学