西门子6SL3120-2TE15-0AD0参数详细

西门子6SL3120-2TE15-0AD0参数详细

1. 概述

在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台：

（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；

（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；

（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控

制器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易

于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于

工业自动控制中。

特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC 机床的S、T、M 功能控制较显示

出其**的性能。PLC 控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线

上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低

70~，甚至只占用自动线控制单元PLC 的3～5 个I/O 接口及<1KB 的内存。特

别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。

2. PLC 控制的数控滑台结构

一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采

用PLC 控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步

进电机和伺服传动机构等部分组成，伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2 应该采取消

隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元

的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、

系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。

3. 数控滑台的PLC 控制方法

数控滑台的控制因素主要有三个：

3.1 行程控制

一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/

死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构

可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即

可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉

冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC 输出的脉冲个数：

n= DL/d （1）

式中 DL——伺服机构的位移量（mm）

d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）

3.2 进给速度控制

伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入

的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC 输出的脉冲频率:

f=Vf/60d (Hz) (2)

式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)

3.3 进给方向控制

进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进

电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为

A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电

时步进电机反转。因此可以通过PLC 输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的

输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序

实现。

4. PLC 的软件控制逻辑

由滑台的PLC 控制方法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受

到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号

发生器；对于频率较低的控制脉冲，可以利用PLC 中的定时器构成，如图2 所示。

脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲总数控制则可以设置一

脉冲计数器C10。当脉冲数达到设定值时，计数器C10 动作切断脉冲发生器回路，

使其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定

位。当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用PLC 中的高速脉冲发生器。

不同的PLC 其高速脉冲的频率可达4000~6000Hz。对于自动线上的一般伺服机构，

其速度可以得到充分满足。

5. 伺服控制、驱动及接口

5.1 步进电机控制系统的组成

步进电机的控制系统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱

动器组成，控制系统中PLC 用来产生控制脉冲；通过PLC 编程输出一定数量的方

波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量；同时通过编程控制脉

冲频率——既伺服机构的进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制

脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC 控制的步进电机可以采用软

件环行分配器，也可以采用如图1 所示的硬件环行分配器。采用软环占用的PLC

资源较多，特别是步进电机绕组相数M>4 时，对于大型生产线应该予以充分考虑。

采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC

的I/O 口点数，目前市场有多种**芯片可以选用。步进电机功率驱动器将PLC

输出的控制脉冲放大到几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力。一般PLC 的输

出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几

~几十伏特、几十~几百毫安。但对于功率步进电机则要求几十~上百伏特、几安~

十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。

5.2 可编程控制器的接口

如伺服机构采用硬件环行分配器，则占用PLC 的I/O 口点数少于5 点，一

般仅为3 点。其中I 口占用一点，作为启动控制信号；O 口占用2 点，一点作为

PLC 的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电

机转向控制信号，接至硬环的相序分配控制端，如图3 所示；伺服系统采用软件

环行分配器时，

6. 应用实例与结论

将PLC 控制的开环伺服机构用于某大型生产线的数控滑台，每个滑台仅占

用4 个I/O 接口，节省了CNC 控制系统，其脉冲当量为0.01～0.05mm,进给速度

为Vf=3~15m/min,完全满足工艺要求和加工精度要求

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非**载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。其重要特点是只有周期性的误差而无累积误差。步进电机的运行要有步进电机驱动器这一电子装置进行驱动，这种装置就是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说： 

控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。 

在我们所设计的数控分度头中，就是利用这*性关系，用plc进行电气控制、编写分度算法程序，控制脉冲信号的频率和脉冲数，步进电机驱动蜗轮蜗杆对执行工件进行精确分度，并可实现调整、手动分度、自动分度等多种电气控制。 

电气控制方案为plc＋步进电机及可细分驱动器+数显尺。plc选用dvp20eh00t，ac220v供电20点200hz晶体管输出类型；根据分度精度要求考虑，选用可细分驱动器及步进电机，考虑分度时对工件的扭矩m=fr=fnr，计算出较大扭矩为27nm。按矩频特性选取步进电机。 

该数控分度头在径向安装数显尺来控制径向分度尺寸；由plc控制步进电机轴向分度。操作人员启动电源，输入分度数后，调整/分度开关置于分度位置即可实现手动或自动分度。在自动分度中可实现分度机构的松开、上升、分度、下降、卡紧再松开的顺序控制。 

分度算法： 

设总孔数为d2，总脉冲数d0，分度脉冲可计算为：d0/d2=d4+d5（余数）。若d5=0时，步进电机每转动一次，电机转角控制脉冲均为d4。若d5≠0时，将d5与孔数的一半（d2/2=d8）进行比较，若小于孔数的一半，步进电机先按d4个脉冲分度，步进电机每转过一个分度角，余数d5累积一次，当累积数大于d8时，步进电机则按d4+1个脉冲分度一次，此时累积数减去d4+1脉冲的余数即d2-d5，然后再按d4个脉冲分度，依次类推直至分度完毕；若余数大于孔数的一半，步进电机先按d4+1个脉冲分度，余数按d2-d5累积，当累积数大于d8时，步进电机则按d4个脉冲分度一次，此时累积数减去d4脉冲的余数d5，然后再按d4+1个脉冲分度，依次类推直至分度完毕。这样的分度算法，使孔与孔之间的分度误差始终小于一个脉冲当量，可以实现在3600转角误差为0的分度精度要求