機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造與應(yīng)用研究

劉建芬

摘 要：PLC是一種以微處理器為核心，集通信技術(shù)、自動化技術(shù)、微機技術(shù)于一體的工業(yè)控制裝置。很多機械企業(yè)為了提高機床的工作效率以及精度，將PLC控制技術(shù)引入到機床的電控系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對機床的控制方式進行改造的目的，以求機床能夠適應(yīng)市場經(jīng)濟的需要，提高經(jīng)濟效益。文章將具體分析機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造技術(shù)，主要分析了改造的方法、一般步驟以及需要注意的特殊事項。

關(guān)鍵詞：PLC；電控系統(tǒng)；微處理器

我國大多數(shù)的機械制造行業(yè)的生產(chǎn)以及加工裝備絕使用的是傳統(tǒng)的機床，大多數(shù)都是役齡10年以上的老機床。這些老機床不但能耗高，工作效率低，而且加工出來的機械產(chǎn)品質(zhì)量差、品種少、檔次低以及成本高，從而使得我國制造業(yè)在國際以及國內(nèi)市場上缺乏競爭力，這不但影響企業(yè)的效益、市場以及產(chǎn)品，而且還阻礙著企業(yè)的發(fā)展。我國的大陸地區(qū)成為“世界工廠”，這使得我國的制造業(yè)面臨著巨大的機遇與挑戰(zhàn)，沒有先進的加工手段，企業(yè)是不可能在激烈的市場競爭中生存下來的。

1 機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造方法

利用PLC技術(shù)對機床電氣系統(tǒng)進行改造，可使得機床電路大大的簡化。基本的改造方法是將機床中的電氣元件直接與PLC的各個輸入以及輸出端口相連，各線圈的停啟狀態(tài)由邏輯程序確定；利用PLC對機場進行改造不但設(shè)計線路簡單，而且機床控制主要由邏輯程序來確定使得機床的維護和設(shè)計比較容易。

1.1 電氣元件與PLC的硬件連線

將機床控制電路中的開關(guān)、按鈕、繼電器觸點以及接觸器輔助觸點與PLC的輸入端口相連接，將電磁閥線圈、接觸器線圈、繼電器線圈、照明燈、指示燈等耗能元件與PLC的輸出端口相連接；確定各觸點對應(yīng)的端口號，一般情況下一個電氣元件的多個觸點只需連接PLC的一個輸入口。建立輸入以及輸出端口分配表，按照各個端口號編寫邏輯程序?qū)崿F(xiàn)邏輯運算。

1.2 邏輯程序設(shè)計

將電氣元件與PLC的硬件連線之后，接下來就需要編寫邏輯程序，確定各輸出端口得電以及失電的邏輯條件，實現(xiàn)對各輸出端口對應(yīng)耗能元件的狀態(tài)的控制。依照機床中原控制電路的邏輯關(guān)系以及控制要求編寫PLC程序。編寫好程序之后，接下來就要運行PLC程序，PLC程序能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入端口狀態(tài)的采集，由編寫的PLC邏輯程序?qū)崿F(xiàn)邏輯運算，實現(xiàn)對輸出端電氣元件的控制，如電動機、液壓系統(tǒng)以及其他電氣元件工作；PLC程序邏輯控制就是通過開發(fā)邏輯程序代替原來元器件間的串、并聯(lián)接線，達到簡化電路以及方便維修的目的。

2 機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造方案

2.1 機械修理與電氣改造相結(jié)合

通常對利用PLC進行改造的機床，需進行機械的修理。首先需要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容；其次確定因電氣改造而需進行機械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容；最后需要確定電氣改造與機械修理、改造之間的交錯時間要求。

2.2 先易后難、先局部后全局

當(dāng)改造步驟確定之后，將整個電氣部分改造可以將整體分成若干個子系統(tǒng)，并對子系統(tǒng)分別進行改造，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸各個子系統(tǒng)等；對各個子系統(tǒng)分別改造之后，將子系統(tǒng)對應(yīng)部分連接起來組成整個系統(tǒng)。在每個子系統(tǒng)工作中，首先做技術(shù)性較低而且工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高并且要求精細(xì)的工作。

2.3 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)

根據(jù)機床的外部使用條件，如機床的工作環(huán)境、工作溫度、周圍濕度以及灰塵等等，從而選擇改造后的電氣系統(tǒng)性能，如防護性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等等；這樣便使得改造后的電氣系統(tǒng)達到最優(yōu)。

2.4 落實參與改造人員及其責(zé)任

機床改造是一項系統(tǒng)的、工程量巨大的工程，人員配備十分重要。由于是PLC系統(tǒng)改造，要選擇對PLC以及改造機床比較熟悉的研究人員，根據(jù)每個子項目的大小，合理地確定項目人數(shù)以及具體分工，確定人員的職責(zé)，每子項目要有主有次，便于組織與協(xié)調(diào)。如果項目采用對外合作，在目標(biāo)明確的前提下，界定分工、確定技術(shù)協(xié)調(diào)人員。

2.5 改造范圍與周期的確定

有時數(shù)控機床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機床中的全部電氣系統(tǒng)，經(jīng)過專業(yè)人員的分析決定改造范圍。停機改造的周期，由具體企業(yè)的實際情況而定，考慮因素有新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度、人員技術(shù)水平、生產(chǎn)緊張程度、天氣狀況、準(zhǔn)備工作充分程度。

3 針對落地鏜床的PLC技術(shù)數(shù)字化改造

3.1 落地鏜床主傳動控制的PLC改造

3.1.1 主傳動主控制電路

落地鏜床的主軸由30kW，400V直流電動機來驅(qū)動，系統(tǒng)采用速度環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無環(huán)流電樞可逆方式，參數(shù)可通過鍵盤和顯示單元進行調(diào)整或輸入。主軸電動機的調(diào)速范圍為1：18，最高轉(zhuǎn)速n=1500r/min，最低轉(zhuǎn)速n=83.3r/min。由懸掛按鈕站上的調(diào)速器進行無級調(diào)速。

3.1.2 主傳動控制的PLC外圍電路設(shè)計為擴大機

落地鏜床的主軸有4擋液壓機械變速，使用旋鈕SA6切換電磁液壓閥YV1、YV2來實現(xiàn)變換機械擋位。機床的主軸能實現(xiàn)正反向點轉(zhuǎn)，點轉(zhuǎn)時電動機的轉(zhuǎn)速83r/min。

3.1.3 主傳動的PLC控制程序設(shè)計

落地鏜床的主傳動控制主要是對主電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向點動和反向點動以及轉(zhuǎn)動速度可控調(diào)節(jié)等進行調(diào)控；因此，PLC需要需12個輸入點、10個輸出點，落地鏜床主傳動I/O地址分配見表1，落地鏜床主傳動PLC外部接線如圖1所示。

3.2 落地鏜床保護部分控制的PLC改造

3.2.1 急停保護

落地鏜床設(shè)有三個急停按鈕：SB0、SB1、SB2，分別位于電柜面板、床身、操作站，主要在緊急情況下使用。出現(xiàn)需要急停時，所有運行設(shè)備立即停止。

3.2.2 電機保護主要為每臺電機設(shè)置有短路、過載保護。

3.2.3 氣壓保護主要用來檢測氣壓是否達到額定值。

3.2.4 液壓系統(tǒng)保護主要測量油位檢測、壓力檢測等。

3.2.5 潤滑系統(tǒng)保護主要為潤滑系統(tǒng)對每臺電機的保護、流量檢測、潤滑油溫檢測等。

3.2.6 直流電機保護，當(dāng)驅(qū)動器檢測到電機異常時報警，并對直流電機的勵磁電流進行檢測。

3.2.7 信號異常保護：如果系統(tǒng)發(fā)出指令，未收到反饋信號，則報警。

3.2.8 超時保護：當(dāng)機床在一定時間內(nèi)設(shè)定動作為完成，系統(tǒng)報警。

3.2.9 編碼器保護：當(dāng)系統(tǒng)檢測到計數(shù)模塊或編碼器出現(xiàn)短路等異常狀況時報警，就會在觸摸屏上會顯示出報警內(nèi)容，則系統(tǒng)將自動停止相關(guān)的設(shè)備。

3.3 進給運動的PLC控制程序設(shè)計

落地鏜床進給運動主要控制進給電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向和反向點動以及轉(zhuǎn)動速度可控調(diào)節(jié)等；因此，PLC需要12個輸入點，12輸出點，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設(shè)計

主要通過控制面板的轉(zhuǎn)換開關(guān)為SA，且電氣控制系統(tǒng)可以通過手動/自動進行復(fù)位控制，為了使得保護部分更加準(zhǔn)確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據(jù)以上部分的設(shè)計，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實現(xiàn)；將PLC應(yīng)用于落地鏜床不但可以節(jié)約大量的電氣元件以及導(dǎo)線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調(diào)試比較簡單，減少落控制系統(tǒng)的設(shè)計時間，從而達到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造，可以改變傳統(tǒng)機床在工作過程中存在的故障多、效率低、維修費等很多問題。機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造主要通過機床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個部分元件進行一一對應(yīng)，改動盡量達到最小化，從而提高了機床控制系統(tǒng)的工作效率以及工作精度，機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造是企業(yè)在生產(chǎn)活動中能夠更有效地利用資源、節(jié)省資源。機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造的應(yīng)用，給企業(yè)的生產(chǎn)活動帶來了更大的經(jīng)濟利益，因此其應(yīng)用前景十分地廣闊。

參考文獻

[1]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]丁偉.可編程序控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國科學(xué)出版社，2003.

3.2.2 電機保護主要為每臺電機設(shè)置有短路、過載保護。

3.2.3 氣壓保護主要用來檢測氣壓是否達到額定值。

3.2.4 液壓系統(tǒng)保護主要測量油位檢測、壓力檢測等。

3.2.5 潤滑系統(tǒng)保護主要為潤滑系統(tǒng)對每臺電機的保護、流量檢測、潤滑油溫檢測等。

3.2.6 直流電機保護，當(dāng)驅(qū)動器檢測到電機異常時報警，并對直流電機的勵磁電流進行檢測。

3.2.7 信號異常保護：如果系統(tǒng)發(fā)出指令，未收到反饋信號，則報警。

3.2.8 超時保護：當(dāng)機床在一定時間內(nèi)設(shè)定動作為完成，系統(tǒng)報警。

3.2.9 編碼器保護：當(dāng)系統(tǒng)檢測到計數(shù)模塊或編碼器出現(xiàn)短路等異常狀況時報警，就會在觸摸屏上會顯示出報警內(nèi)容，則系統(tǒng)將自動停止相關(guān)的設(shè)備。

3.3 進給運動的PLC控制程序設(shè)計

落地鏜床進給運動主要控制進給電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向和反向點動以及轉(zhuǎn)動速度可控調(diào)節(jié)等；因此，PLC需要12個輸入點，12輸出點，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設(shè)計

主要通過控制面板的轉(zhuǎn)換開關(guān)為SA，且電氣控制系統(tǒng)可以通過手動/自動進行復(fù)位控制，為了使得保護部分更加準(zhǔn)確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據(jù)以上部分的設(shè)計，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實現(xiàn)；將PLC應(yīng)用于落地鏜床不但可以節(jié)約大量的電氣元件以及導(dǎo)線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調(diào)試比較簡單，減少落控制系統(tǒng)的設(shè)計時間，從而達到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造，可以改變傳統(tǒng)機床在工作過程中存在的故障多、效率低、維修費等很多問題。機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造主要通過機床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個部分元件進行一一對應(yīng)，改動盡量達到最小化，從而提高了機床控制系統(tǒng)的工作效率以及工作精度，機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造是企業(yè)在生產(chǎn)活動中能夠更有效地利用資源、節(jié)省資源。機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造的應(yīng)用，給企業(yè)的生產(chǎn)活動帶來了更大的經(jīng)濟利益，因此其應(yīng)用前景十分地廣闊。

參考文獻

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[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國科學(xué)出版社，2003.

3.2.2 電機保護主要為每臺電機設(shè)置有短路、過載保護。

3.2.3 氣壓保護主要用來檢測氣壓是否達到額定值。

3.2.4 液壓系統(tǒng)保護主要測量油位檢測、壓力檢測等。

3.2.5 潤滑系統(tǒng)保護主要為潤滑系統(tǒng)對每臺電機的保護、流量檢測、潤滑油溫檢測等。

3.2.6 直流電機保護，當(dāng)驅(qū)動器檢測到電機異常時報警，并對直流電機的勵磁電流進行檢測。

3.2.7 信號異常保護：如果系統(tǒng)發(fā)出指令，未收到反饋信號，則報警。

3.2.8 超時保護：當(dāng)機床在一定時間內(nèi)設(shè)定動作為完成，系統(tǒng)報警。

3.2.9 編碼器保護：當(dāng)系統(tǒng)檢測到計數(shù)模塊或編碼器出現(xiàn)短路等異常狀況時報警，就會在觸摸屏上會顯示出報警內(nèi)容，則系統(tǒng)將自動停止相關(guān)的設(shè)備。

3.3 進給運動的PLC控制程序設(shè)計

落地鏜床進給運動主要控制進給電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向和反向點動以及轉(zhuǎn)動速度可控調(diào)節(jié)等；因此，PLC需要12個輸入點，12輸出點，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設(shè)計

主要通過控制面板的轉(zhuǎn)換開關(guān)為SA，且電氣控制系統(tǒng)可以通過手動/自動進行復(fù)位控制，為了使得保護部分更加準(zhǔn)確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據(jù)以上部分的設(shè)計，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實現(xiàn)；將PLC應(yīng)用于落地鏜床不但可以節(jié)約大量的電氣元件以及導(dǎo)線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調(diào)試比較簡單，減少落控制系統(tǒng)的設(shè)計時間，從而達到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造，可以改變傳統(tǒng)機床在工作過程中存在的故障多、效率低、維修費等很多問題。機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造主要通過機床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個部分元件進行一一對應(yīng)，改動盡量達到最小化，從而提高了機床控制系統(tǒng)的工作效率以及工作精度，機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造是企業(yè)在生產(chǎn)活動中能夠更有效地利用資源、節(jié)省資源。機床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造的應(yīng)用，給企業(yè)的生產(chǎn)活動帶來了更大的經(jīng)濟利益，因此其應(yīng)用前景十分地廣闊。

參考文獻

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[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國科學(xué)出版社，2003.