基于PLC 的組合機床控制理論探討

□麥運輝

一、PLC 簡介

PLC 即可編程邏輯控制器，是一款用于工業(yè)控制的微型計算機。PLC 具有良好的性能，不僅便于使用者操作和控制，而且不易受到外界環(huán)境的干擾，在發(fā)生故障時也能夠迅速進行維修，所以PLC 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

(一)PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀。目前，各個國家都在大力開發(fā)PLC的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，并對其外形進行改良。其中，小型PLC的市場發(fā)展前景最為廣闊，我國也在重點研究這一領(lǐng)域。我國PLC 產(chǎn)業(yè)起步較晚，但是發(fā)展迅速，而且打破了大批量生產(chǎn)的原則，為用戶量身定做產(chǎn)品，實施個性化服務(wù)。國外的PLC 廠家不會接收小批量的訂單，這為我國的訂單式生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。用戶先將需要的PLC 數(shù)量告知廠家，并交納定金，然后廠家進行生產(chǎn)。廠家會根據(jù)用戶的需求選擇經(jīng)濟合理的硬件搭配，以降低客戶的投入成本。我國的硬件系統(tǒng)現(xiàn)已達到世界領(lǐng)先水平，但是軟件仍然沿用國外廠家的產(chǎn)品，導致我國的軟件開發(fā)進程緩慢，設(shè)計的軟件與國外差距較大，軟件系統(tǒng)存在很多的漏洞，實用性較差，需要進一步完善。

(二)PLC 的控制概述。PLC 的功能眾多，包括順序邏輯控制、數(shù)據(jù)處理、PID 控制等等，其中，順序邏輯控制是PLC 的最基本功能，能夠使生產(chǎn)線和組合機床實施全自動作業(yè)。PLC 還可以對數(shù)據(jù)進行處理，控制電動機的運動軌跡，把生產(chǎn)中的模擬量如速度、溫度等轉(zhuǎn)變成控制信號，并與計算機、控制裝置和其他PLC 通信，從而更好地實現(xiàn)控制功能。

(三)PLC 在組合機床的應(yīng)用。PLC 能夠改造組合機床的電氣控制系統(tǒng)，降低電氣系統(tǒng)的故障率，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。PLC 通過對組合機床的硬件和軟件進行設(shè)計，組成循環(huán)控制回路，以控制組合機床動力滑臺、主軸箱及回轉(zhuǎn)工作臺等通用部件的動作，使組合機床按照程序進行生產(chǎn)操作，減輕了組合機床的勞動強度。在改變生產(chǎn)任務(wù)時，只需改變控制程序就可以繼續(xù)生產(chǎn)，提高了組合機床的使用性能。而且PLC 的投資小，回報高，為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟利益。

二、控制功能和原理

(一)組合機床的基本組成。組合機床包括動力部件、運動部件和支承部件。動力部件負責給組合機床提供動力，保障運動部件能夠按照要求完成動作;支承部件負荷整個組合機床重量，并完成機床的輔助加工動作;運動部件是組合機床的核心裝置，對產(chǎn)品進行固定、加工和傳送，嚴格按照PLC 下達的指令進行生產(chǎn)操作。

(二)動作過程。根據(jù)PLC 的系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計運動部件的控制線路，保證其按照程序指令進行運動。用液壓泵電動機作為驅(qū)動裝置，并實施對熔斷器、熱繼電器的過載保護，啟動電動機，為液壓泵通電，使其自動工作。在PLC 的控制下，組合機床會完成夾緊、快進、工進、快退、裝卸等動作。特別注意的是，加工順序是固定的，不能隨意改變，也不能跳過某道工序直接進行下一道工序的操作。為了保證生產(chǎn)的高效性，需要保證近期的生產(chǎn)任務(wù)不變，才能保證PLC 的程序不變，從而對運動部件下達統(tǒng)一指令。

(三)設(shè)計思路。使用PLC 控制電氣系統(tǒng)，應(yīng)保證電氣系統(tǒng)的功能正常，各控制按鈕和電子元件的操作方式不變，對組合機床能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制。選擇的PLC 輸入、輸出模塊應(yīng)超過系統(tǒng)需求，最少具備16 個輸入點，16 個輸出點。

(四)控制功能模塊。組合機床的控制功能依靠輸入和輸出模塊來完成，輸入模塊是實現(xiàn)組合機床的動作流程，完成自動化的生產(chǎn)加工任務(wù);輸出模塊是對指示燈、電鈴及保護措施等輔助設(shè)施的控制。

三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

考慮到系統(tǒng)以后的擴展，故選用小型可編程控制器。該設(shè)備有按鈕6 個，選擇開關(guān)3 個，形成開關(guān)2 個，壓力繼電器1 個，接觸器1 個，電磁閥4 只及指示燈2 個。它的輸入為16 點，輸出為16 點。系統(tǒng)控制對象為液壓泵和2 臺電動機，分別用不同的交流接觸器進行控制。電網(wǎng)電壓為380V，電動機的控制電壓為220V，用變壓器將電壓調(diào)節(jié)至額定電壓內(nèi)，電磁閥控制電壓為24V。

PLC 的I/O 分配如下:輸入點為總停按鈕，電機啟動按鈕，滑臺向前、向后按鈕，工件夾緊、放松按鈕，主軸、液壓電機旋鈕，工作方式選擇開關(guān)、換臺原位、終點開關(guān)，夾緊壓力繼電;輸出點包括主軸、液壓電動機接觸器，滑臺向前、向后電磁閥，工件夾緊、放松電磁閥，滑臺原位、終點信號燈。在液壓站上油污多、鐵屑多，經(jīng)常發(fā)生短路事故，使電磁閥線圈燒壞，為避免發(fā)生事故，在改造中液壓站上的接線端由普通型換成帶保險的接線端，用來保護電磁閥線圈。PLC 的輸出電源由輸出端所接的電磁閥線圈的額定電壓決定，為保證機床系統(tǒng)可靠工作，所有感性負載要安裝相應(yīng)的滅弧器。交流接觸器線圈采用單相RC 滅弧器并接于接觸器線圈兩端，直流繼電器線圈并接續(xù)流二極管?？紤]到線圈產(chǎn)生的能量很大，可以在二極管上串聯(lián)耗能電阻，使線圈中產(chǎn)生的能量在電阻內(nèi)消耗掉。如果交流電機是單相就選擇單相滅弧器，若交流電機是三相則選擇三相滅弧器，不能用分立的電阻、電容自制RC 吸收電路，RC 必須接到開關(guān)或接觸器的負載端。

四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

PLC 的軟件系統(tǒng)包括自動程序、手動程序及報警程序，自動程序中分全自動和半自動，適用于不同的工件加工。應(yīng)根據(jù)操作的具體需求對所有程序進行設(shè)計，使程序能夠正常運行，而且易于調(diào)試和維護。PLC 運行時，會根據(jù)當前需要自動選擇執(zhí)行程序，對運動部件進行控制，使其按照程序進行操作，避免發(fā)生多余動作。PLC 還會對工序執(zhí)行步驟進行檢測，確定當前工序滿足執(zhí)行條件后，才會進行下一道工序的操作。當系統(tǒng)出現(xiàn)問題或運動部件沒有按照程序操作時，報警程序會自動啟動，電鈴發(fā)出響動，運動部件停止所有操作，需再次啟動電源組合機床才會重新運轉(zhuǎn)，以保證生產(chǎn)的安全性。

五、系統(tǒng)調(diào)試與運行

在進行系統(tǒng)調(diào)試時，應(yīng)分別對各個程序進行調(diào)試，確保每個程序都能夠獨立運行，然后進行程序的聯(lián)動，將所有程序組成完整的系統(tǒng)，檢驗系統(tǒng)能否正常運行。系統(tǒng)需要經(jīng)過反復的調(diào)試和試驗，并精簡程序結(jié)構(gòu)，使其變得易于操作和調(diào)試，還需對內(nèi)部的細節(jié)加以完善，以提高系統(tǒng)的性能。在證實系統(tǒng)的安全性和可靠性后，才能投入到生產(chǎn)中，并根據(jù)具體的實踐情況調(diào)整系統(tǒng)程序，以保證生產(chǎn)的高效性，為企業(yè)創(chuàng)造自動化的生產(chǎn)環(huán)境。

六、結(jié)語

將PLC 與組合機床聯(lián)合使用，通過PLC 控制組合機床的運動部件，使組合機床嚴格按照系統(tǒng)進行操作，有效減少了設(shè)備的磨損，延長了設(shè)備的使用壽命。但是我國的PLC 廠家現(xiàn)有的技術(shù)還不成熟，軟件系統(tǒng)存在很大的缺陷。PLC 廠家應(yīng)該積極借鑒先進的軟件開發(fā)技術(shù)，提高自主開發(fā)的軟件性能，并積極開發(fā)潛在用戶，使PLC 得到推廣和創(chuàng)新。

［1］崔慧娟.PLC 在組合機床中的應(yīng)用綜述［J］.價值工程，2011

［2］廖常初.國產(chǎn)PLC 的現(xiàn)狀［J］.電氣時代，2011

［3］張萍萍.基于PLC 的氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計［D］.電子科技大學，2013