PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

劉吉祥

（云南工業(yè)技師學(xué)院，云南 曲靖 655000）

PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

劉吉祥

（云南工業(yè)技師學(xué)院，云南 曲靖 655000）

在機(jī)加工領(lǐng)域中，機(jī)床是一種應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備。在一般情況下，機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)都是采用繼電器或者接觸器作為控制器的主體部分。與新興的PLC技術(shù)相比，繼電器等控制方式在穩(wěn)定性與可靠性等方面都已經(jīng)明顯落后。本文對PLC與其它控制系統(tǒng)進(jìn)行比較,并對傳統(tǒng)的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造方法進(jìn)行深入探討。

PLC；機(jī)床；電氣控制系統(tǒng)

PLC就是可編邏輯控制器，至今已經(jīng)經(jīng)過了將近50年的持續(xù)發(fā)展，其各方面性能一直在不斷提高和完善,與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)控制模式相比，這種技術(shù)的可靠性更高，抗干擾的性能也更加強(qiáng)大，并且具有更好的擴(kuò)展性以及維修方便等很多優(yōu)點(diǎn)。目前我國的一些企業(yè)所使用的機(jī)床還存在可控性較差等問題。面對這樣的情況，我們必須運(yùn)用PLC對機(jī)床設(shè)備中的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的升級與改造。

1 機(jī)床的主要構(gòu)成與電氣控制系統(tǒng)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，需要應(yīng)用的機(jī)床類型越來越多。在各個類型的機(jī)床中，通常由以下幾個基本的部分構(gòu)成：一是支承部件，該部分的功能主要是承受其它部件在靜止與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生的重力和切削力；二是變速機(jī)構(gòu)；三是進(jìn)給機(jī)構(gòu),其主要的作用是對原料的進(jìn)給量進(jìn)行調(diào)整；四是主軸箱,用來安放機(jī)床的主軸；五是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在工作過程中，其需要利用能源和控制系統(tǒng)進(jìn)行工作；最后就是刀庫和刀架、機(jī)床電氣控制系統(tǒng)等其他附屬設(shè)備。 機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)中的主電路部分需要直接承擔(dān)電能的交換或控制任務(wù)。而控制電路則是指用來對主電路中各參數(shù)和各接觸器主觸點(diǎn)等元器件的工作狀態(tài)進(jìn)行控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)、測量和監(jiān)視工作的那一部分電路。在機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，這兩種電路不僅起到保障機(jī)床正常工作的作用，還必須負(fù)責(zé)保障與維護(hù)機(jī)床的保護(hù)、照明等功能。

2 PLC與繼電器電氣控制系統(tǒng)的比較

2.1 組成器件有較大差別

繼電器控制系統(tǒng)中的線路主要是由硬件設(shè)備組成的，其中的繼電器不僅數(shù)量大，而且種類繁多，如時間繼電器和中間繼電器等。這些種類繁多的零部件不僅增加了機(jī)床的操作難度，而且維修和保養(yǎng)的工作也更加復(fù)雜。而新型的PLC控制系統(tǒng)之中，不僅保留了傳統(tǒng)繼電器電氣控制系統(tǒng)線路中的主令元件以及一些其他的元器件，而且把舊式的繼電器電氣控制系統(tǒng)線路中的中間環(huán)節(jié)的硬件設(shè)備與線路替換為編程的形式，其在某種程度上可以說成是對傳統(tǒng)的繼電器電氣控制系統(tǒng)所進(jìn)行的升級換代。這種新技術(shù)不僅很大程度上使控制系統(tǒng)中硬件設(shè)備的數(shù)量得到明顯減少，而且有效地簡化了控制系統(tǒng)中的線路，因此無論是操作還是維護(hù)都更加便捷。

2.2 可容納觸點(diǎn)數(shù)量不同

在繼電器電氣控制系統(tǒng)中，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量只能達(dá)到4～8對。而PLC中，傳統(tǒng)的繼電器已經(jīng)被替換為軟元件。理論上PLC中的元件觸點(diǎn)數(shù)量可以達(dá)到無窮多。在這方面PLC已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于傳統(tǒng)的繼電器，具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.3 控制方法的差距

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中最主要的控制方法，就是經(jīng)由元件之間的硬件連接來實(shí)現(xiàn)其對機(jī)床的控制。過去的實(shí)踐已經(jīng)證明，這種控制方法不僅控制功能單一，并且嚴(yán)重缺乏靈活性。此外，這種傳統(tǒng)的控制模式所需設(shè)備的體積較大，這就使其安裝與維護(hù)工作更加困難。然而PLC中的一部分硬件設(shè)備可以用軟件進(jìn)行替代。對于繼電器控制系統(tǒng)的上述弊端，PLC可以做到更好的規(guī)避。

2.4 不同的性價比

在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，由于需要大量使用的都是價格比較低廉的硬件設(shè)備，因此其價格普遍不會太高。而PLC的價格就比較高，正是因?yàn)槿绱?，PLC控制系統(tǒng)的價格與傳統(tǒng)的繼電器電氣控制系統(tǒng)相比，可能會更加昂貴一些。根據(jù)以上結(jié)論，一些人直觀地認(rèn)為PLC的性價比不高，這是不對的。PLC具有更長的使用壽命，而且出現(xiàn)故障或損壞的幾率比傳統(tǒng)的繼電器要低很多，這就可以有效地降低設(shè)備維修與更新的費(fèi)用，與此同時，PLC還可以有效提升機(jī)床的工作效率，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。PLC無疑具有更高性價比。

3 改造的方法與過程

3.1 制定科學(xué)的控制方案

要想真正有效地完成這一工作，相關(guān)的技術(shù)人員首先就必須要熟悉控制系統(tǒng)的所有功能和指標(biāo)要求，并能夠準(zhǔn)確列出，之后再根據(jù)需要改造設(shè)備中各個元件之間的關(guān)聯(lián)來對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃與擬定，從而確定設(shè)備的電氣拖動方案。其次，還要對電動機(jī)的類型和參數(shù)進(jìn)行更加合理的選取，并對控制系統(tǒng)中需要的其它相關(guān)配套設(shè)備進(jìn)行選擇，繼而確定企業(yè)所真正需要的PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)，并將其作為選擇PLC型號的重要依據(jù)。此外，還要對PLC中I/0點(diǎn)進(jìn)行更加科學(xué)的配置，所分配的I/0地址必須盡量保障連續(xù)性，并且將相同類型的輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)進(jìn)行相對集中的配置，這樣不僅可以保證所編寫與閱讀的程序更加精確，最終生成精確的1/0分配表而且還可以在預(yù)期的改造要求已經(jīng)完成的大前提下，最大程度上發(fā)揮原有設(shè)備的潛能，從而使系統(tǒng)更新?lián)Q代的成本降到最低。而且在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，可以大大縮短相關(guān)操作人員對設(shè)備的熟悉時間，更快地投入生產(chǎn)工作之中。

3.2 繪制精確直觀的原理圖

在已經(jīng)指定好系統(tǒng)總體方案，以及PLC的I/O點(diǎn)分配表的前提下，就要根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制精確的系統(tǒng)電氣控制原理圖。在圖紙中主電路、控制電路和輔助電路這三者都是不可或缺的。在這之后，還要列出相關(guān)的元器件清單。并根據(jù)電氣控制原理圖，設(shè)計(jì)并繪制電氣設(shè)備總的布置圖。之后所繪制的一系列的原理圖，都必須參考這些數(shù)據(jù)，因此在繪制圖紙的時候就必須做到認(rèn)真細(xì)致，從而保障系統(tǒng)順利地運(yùn)行。

3.3 軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)調(diào)試

進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，我們必須首先設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)流程圖或功能圖，以便搞清楚各種類型的操作動作的順序與條件。在此之后，還要依據(jù)系統(tǒng)的流程圖或者功能表，再結(jié)合系統(tǒng)1/0地址分配來對相關(guān)的應(yīng)用程序進(jìn)行編寫。在機(jī)床控制系統(tǒng)的改造過程中，傳統(tǒng)的控制電路原理圖依然具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值，技術(shù)人員完全可以以此為基礎(chǔ)對系統(tǒng)進(jìn)行改造與完善。

4 改造過程中需要注意的事項(xiàng)

（1）1/0點(diǎn)的合理分配。在對1/0點(diǎn)地址進(jìn)行分配的過程中，必須嚴(yán)格參照輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的數(shù)量和型號進(jìn)行分配，從而使技術(shù)人員更加方便地繪制出接線圖并且編寫相關(guān)程序。在這個過程中，尤其需要注意的就是PLC的輸出點(diǎn)。在進(jìn)行獨(dú)立輸出的時候，對不同的輸出點(diǎn)進(jìn)行供電必須使用獨(dú)立的電源。這里需要注意的是，各輸出點(diǎn)相互之間的隔離工作不可或缺，而且必須做好。在進(jìn)行分組輸出時，不同的輸出點(diǎn)可以使用共同的電源進(jìn)行供電。此外，企業(yè)中的采購人員在對PLC進(jìn)行選購的時候，通常需要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上預(yù)留出至少1/10的裕量，從而在系統(tǒng)在此進(jìn)行升級與擴(kuò)展時，還可以繼續(xù)使用舊有設(shè)備，這樣也可以使企業(yè)節(jié)約一筆不小的成本。

（2）PLC輸出類型的匹配。在對機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行改造的過程中，其外圍設(shè)備和PLC兩者的輸出類型必須能夠相互匹配。如果這一前提條件無法保證，則改造就無法正常進(jìn)行?？刂葡到y(tǒng)中的輸出端所帶的負(fù)載，主要分為直流型與交流型兩種。按照通過的電流大小，也可分為大電流型與小電流型兩類。此外輸出點(diǎn)的動作還存在不同的頻率。在實(shí)際工作中，技術(shù)人員可以根據(jù)這些情況考慮應(yīng)該選擇繼電器輸出、晶體管或者晶閘管輸出三種方式中的哪一種。對于負(fù)載不同的PLC，技術(shù)人員必須選擇不同類型的輸出方式進(jìn)行輸出，這一點(diǎn)對于保障系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定至關(guān)重要。通常情況下，繼電器輸出是應(yīng)用最為廣泛的方式。這種方式不僅電路設(shè)計(jì)簡單,而且其抗干擾能力與和帶負(fù)載的能力都較強(qiáng)，是一種應(yīng)用比較廣泛的方式。

（3）必不可少的保護(hù)措施。在使用機(jī)床設(shè)備和PLC進(jìn)行實(shí)際工作時，為了保證更加有效的安全防護(hù)，應(yīng)該在每個繼電器、接觸點(diǎn)安裝硬件互鎖保護(hù)裝置。一般情況下，機(jī)床自身的電機(jī)已經(jīng)能夠?qū)φ崔D(zhuǎn)進(jìn)行控制與保護(hù)，然而，在主電路中的交流接觸器的主要接觸點(diǎn)在實(shí)際工作中經(jīng)常會因?yàn)槎虝r間內(nèi)通過的電流過大或超出正常的使用時間而導(dǎo)致熔焊現(xiàn)象的發(fā)生。一旦發(fā)生這樣的情況，電動機(jī)就極有可能發(fā)生短路故障，甚至引起事故。因此，增加接觸器中各個觸點(diǎn)的正、反轉(zhuǎn)主觸點(diǎn)之間的硬件互鎖是非常有必要的，這樣就可以給設(shè)備加上雙保險，更好地保障設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）對重要的防護(hù)部位的處理。在機(jī)床中一些需要進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)的部分,技術(shù)人員可以選擇忽略PLC的輸入端,不通過程序軟件來達(dá)到控制機(jī)床的目的，而是直接將急停按鈕和緊急限位開關(guān)等元件設(shè)置在PLC的輸出端上，從而更有效地保護(hù)負(fù)載電路。

5 結(jié)語

綜上所述，使用PLC對傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代是十分必要的，而且具有較高的科學(xué)性與可行性，在經(jīng)過改造之后，機(jī)床電氣控制系統(tǒng)可以更好地提升機(jī)床的工作效率。

[1]游中國.淺議PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].科技信息,2013,16:269.

[2]何永玲.PLC在典型機(jī)床控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù),2007,12:108-110+122.

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