基于PLC 的組合機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計分析

向六昭,蒲珊珊

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川內(nèi)江，641100）

0 引言

常見類型的組合機床是雙面形式的二工位銑鉆結(jié)構(gòu)，一般主要由雙面銑床與雙面鉆床組合而成，第一工位是雙面銑床，第二工位是雙面鉆床。其電氣控制系統(tǒng)具有半自動循環(huán)加工與手動調(diào)整兩種功能。在一次半自動循環(huán)過程中，在兩個工位分別對工件進行銑與鉆的加工處理，每一個工位都需要經(jīng)過快速進給與工作進給兩個環(huán)節(jié)；手動調(diào)整功能是指按下調(diào)整按鈕后，系統(tǒng)會執(zhí)行相關(guān)的動作，松開這個按鈕后動作馬上停止。

1 PLC 的主要優(yōu)點

⑴可編程控制器使用存儲邏輯，除了其輸入端與輸出端需要與現(xiàn)場連接線路之外，控制邏輯是以程序的形式存儲在PLC 內(nèi)存中的。如果需要對控制邏輯進行修改處理，只需要將程序的對應(yīng)部分進行修改，而對輸入輸出連接線路的改動并不復(fù)雜，所以PLC 的靈活性與擴展性相對較好，同時PLC 是通過大規(guī)模集成電路組裝成的，具有功耗小與體積小的特點。

⑵可編程控制器通常是根據(jù)程序指令對半導(dǎo)體電路進行控制而達到控制目的的，速度很快（每條指令的執(zhí)行時間一般在微秒級）。如果使用晶體管或晶閘管輸出方式，則不會發(fā)生觸點抖動現(xiàn)象，更不會產(chǎn)生觸點拉弧現(xiàn)象。

⑶可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為相應(yīng)的定時器，定時精度高、定時范圍廣。用戶能夠根據(jù)實際需要設(shè)置定時值，定時時間不受實際環(huán)境的影響，定時時間在編程時設(shè)定好后不會發(fā)生變化，而且PLC 能夠完成相應(yīng)的計數(shù)功能。

⑷應(yīng)用PLC 完成一項具體的控制工程之后，現(xiàn)場施工與控制邏輯的具體設(shè)計能夠同時進行，周期較短，調(diào)試與修改都非常方便。

⑸PLC 使用微電子技術(shù)，大部分的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路完成，可靠性高。PLC 的自檢與監(jiān)控功能，可以自行診斷及顯示本身的故障，還可以動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行狀況，為現(xiàn)場調(diào)試與維護提供了方便。

⑹PLC 使用面向操作者形式的語言編程，例如梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者而言，只需要較短時間去了解PLC 的指令系統(tǒng)與操作方法，就能夠達到使用與編程的目的。

⑺PLC 的輸入接口能夠和無源開關(guān)進行直接連接，輸出接口具有一定的驅(qū)動負(fù)載的能力，可以適應(yīng)一般形式的控制要求。同時，因為使用了光電耦合器件，所以現(xiàn)場的干擾信號不容易進入到PLC 中而干擾PLC 的正常工作。

⑻PLC 在設(shè)計與制造過程中使用了抗干擾措施，穩(wěn)定性與可靠性相對較高。

2 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計原則

⑴完整性原則。要求所設(shè)計的PLC 控制系統(tǒng)充分滿足工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)刂葡到y(tǒng)提出的各種要求。

⑵可靠性原則。確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，以防止由于其本身性能的不穩(wěn)定因素而影響到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的正常工作進度。

⑶經(jīng)濟性原則。PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)符合經(jīng)濟標(biāo)準(zhǔn)，并且系統(tǒng)要容易實現(xiàn)操作管理，有助于讓更多的工人可以熟練掌握PLC 控制系統(tǒng)，從而可以有效促進PLC 自動控制技術(shù)的進一步發(fā)展。

⑷發(fā)展性原則。工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展較快，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或者生產(chǎn)工藝技術(shù)需要不斷進行更新，所以在設(shè)計環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)充分考慮到其相應(yīng)的擴展能力，特別在I/O 接口和通信能力等各個方面更需要注重其具體的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計過程

⑴全面了解被控對象。在設(shè)計PLC 控制系統(tǒng)時，要全面了解控制對象，把其在運行過程中的各種工序、動作與動作更換時間、實際生產(chǎn)所需要的各種條件等方面都進行相關(guān)性的調(diào)查分析以滿足設(shè)備的需求。

⑵硬件選取。PLC 控制系統(tǒng)的主要硬件一般包含了系統(tǒng)I/O設(shè)備、I/O 端口分配等部分，而且需要設(shè)計相應(yīng)的PLC 外圍硬件部分路線圖，從而可以確定出系統(tǒng)的硬件設(shè)施相對應(yīng)的電氣連接線路。

⑶設(shè)計應(yīng)用程序。應(yīng)用程序的設(shè)計是PLC 控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)自動化控制管理目標(biāo)的關(guān)鍵過程，在編寫應(yīng)用程序時需要在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的基礎(chǔ)上進行，以保證各個工序的控制功能，從而確保PLC 控制系統(tǒng)安全而穩(wěn)定地運行。

⑷程序調(diào)試。程序調(diào)試分兩個階段，第一個階段為模擬調(diào)試，第二個階段為現(xiàn)場調(diào)試。程序模擬調(diào)試一般是通過便捷的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的實際狀態(tài)，為了程序的具體運行需要創(chuàng)造一定的環(huán)境條件，其時效性相對較強。擬調(diào)試后還要進行現(xiàn)場調(diào)試，在現(xiàn)場調(diào)試中可能需要對控制系統(tǒng)的硬件或者控制程序進行不斷修改，直至達到設(shè)備的控制要求為止。

4 基于PLC 的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

⑴雙面單工位組合機床的電氣控制條件

在雙面單工位組合機床的控制電路之中，具有左右兩臺動力頭電動機，其中一臺是冷卻泵電動機，而且分別單獨設(shè)置了左右動力頭電動機相應(yīng)的調(diào)整開關(guān)以及冷卻泵電動機具體的工作選擇開關(guān)。

⑵PLC 選型和I/O 資源分配

根據(jù)具體組合機床相應(yīng)的控制條件，系統(tǒng)總共需要的開關(guān)量輸入信號有21 個，分別為4 個按鈕、9 個行程開關(guān)、3 個熱繼電器動斷觸點、2 個壓力繼電器與3 個轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中開關(guān)量輸出有7 個，3 個是接觸器線圈，4 個是電磁閥線圈。在具體設(shè)計過程中，本控制系統(tǒng)適當(dāng)?shù)馗淖兞溯斎胄盘柦泳€從而達到節(jié)省輸入點的目的，使用這種方法可以將PLC 中的輸入點數(shù)從21 點減少到15 點。

⑶PLC 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計

雙面單工位的組合機床的PLC 控制系統(tǒng)程序可以通過原繼電器--接觸器控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換獲得，具體的轉(zhuǎn)換過程需要注意以下幾個方面：①輸入設(shè)備的處理。在繼電器--接觸器的控制電路當(dāng)中，假如這種設(shè)備是由常開觸點所組成，轉(zhuǎn)變成PLC 控制之后，這種設(shè)備仍然可以使用常開觸點作為PLC 相應(yīng)的輸入設(shè)備，在程序當(dāng)中對應(yīng)觸點的實際狀態(tài)不變，假如這種設(shè)備是由常閉觸點所組成，轉(zhuǎn)變成PLC 控制之后，這種設(shè)備仍然可以使用常閉觸點作為PLC 相應(yīng)的輸入設(shè)備，在程序中相對應(yīng)的觸點應(yīng)當(dāng)取相反狀態(tài)。②輸出設(shè)備的處理。在原繼電器--接觸器控制系統(tǒng)中電磁閥線圈與接觸器線圈使用相對應(yīng)的輸出繼電器線圈所替代。③中間繼電器的處理。在原繼電器--接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器由PLC 的輔助繼電器所替代。④設(shè)置中間單元。在設(shè)計程序過程中要充分考慮繼電器--接觸器控制電路中的各個線圈實際上會受到哪些觸點與電路的相應(yīng)控制，如果多個線圈都會受到某一觸點串并聯(lián)電路的相應(yīng)控制，在實際程序中可以設(shè)置使用這電路控制的輔助繼電器來達到簡化程序的目的。

5 結(jié)束語

組合機床是對特定工件，根據(jù)特定的工序進行批量加工處理的組合專用化設(shè)備，生產(chǎn)效率較高、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，這就要求電氣控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。改為PLC 控制后，克服了原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、可靠性低、故障率高、維修量大的缺點，同時，利用PLC 自身的輸入輸出接口的通斷顯示功能，系統(tǒng)維護人員能夠快速地對故障部分做出精確的判斷，從而節(jié)省了維修維護工作量，縮短了維修維護時間，極大地增加了機床工作的可靠性和穩(wěn)定性，從而提高了生產(chǎn)效率。

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