基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制框架

文/馬然

數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前機(jī)械制造領(lǐng)域的常見工具，其特征即由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，從而展開工作的一種高精度自動(dòng)化設(shè)備。在對機(jī)床展開控制的過程中，可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）作為連接計(jì)算機(jī)與機(jī)床等機(jī)械設(shè)備之間的橋梁，發(fā)揮著不容忽視的重要作用。PLC在數(shù)控機(jī)床體系中的應(yīng)用，在提升機(jī)床自動(dòng)化水平的同時(shí)有加強(qiáng)了精度以及可控性方面的特征，尤其是對于變頻器、光柵尺以及電機(jī)控制等方面，更加便于形成全面規(guī)劃，同時(shí)加強(qiáng)了閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，能夠有效提升生產(chǎn)效率，因此具有強(qiáng)大的生命力。

1　有PLC加入的數(shù)控系統(tǒng)

從數(shù)控機(jī)床的電氣控制角度看，PLC可編程邏輯控制器位于數(shù)控系統(tǒng)以及主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間，三者通過數(shù)據(jù)傳輸通路實(shí)現(xiàn)鏈接，共同構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的控制體系。在這樣的數(shù)控系統(tǒng)中，相關(guān)的控制命令通過數(shù)據(jù)輸入裝置進(jìn)入到數(shù)控系統(tǒng)，并且由數(shù)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對于對于指令的必要加工，諸如解碼和運(yùn)算，而后進(jìn)一步將加工后的結(jié)果進(jìn)行輸出。PLC可編程邏輯控制器則作為數(shù)控機(jī)床的邏輯控制中心存在，從邏輯上看其作用在于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與機(jī)床之間的溝通橋梁，但是從功能上看PLC與機(jī)床的結(jié)合更為緊密。作為機(jī)床各方面功能和狀態(tài)的控制中心，PLC負(fù)責(zé)將來源于數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以及功能指令進(jìn)行邏輯整理，確保機(jī)床能夠準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)地依據(jù)相關(guān)指令安全展開工作，并且還需要對機(jī)床的各種狀態(tài)信息進(jìn)行采集，并且反饋給數(shù)控系統(tǒng)，成為支持?jǐn)?shù)控系統(tǒng)展開進(jìn)一步控制和調(diào)整的重要工作依據(jù)。

通常而言，對于數(shù)控機(jī)床的控制主要通過PLC以及數(shù)控系統(tǒng)的集成接口來實(shí)現(xiàn)，一般系統(tǒng)都是將二者間各種通信信息分別指定固定的存放地址，并且面向地址信息狀態(tài)展開實(shí)時(shí)監(jiān)控，依據(jù)不同接口信號的具體狀態(tài)加以判斷，并且據(jù)此確定出下一個(gè)工作環(huán)節(jié)的控制命令，實(shí)現(xiàn)對于機(jī)床功能和動(dòng)作的控制。整個(gè)控制系統(tǒng)包括強(qiáng)電柜和數(shù)控系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，其中前者包括動(dòng)力電路、控制電路以及PLC，后者則用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，是控制系統(tǒng)執(zhí)行加工的核心所在。想要對數(shù)控機(jī)床的控制展開對應(yīng)的分析，同樣應(yīng)當(dāng)從這兩個(gè)方面予以分別展開。

2　數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)職能分析

在系統(tǒng)強(qiáng)電控制回路中，包括電源、伺服強(qiáng)電、主軸強(qiáng)電、冷卻電機(jī)強(qiáng)電以及備用電源等幾個(gè)主要部分。作為機(jī)床重要的控制系統(tǒng)，其位于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械組件之間，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對數(shù)控裝置發(fā)送過來的諸多命令以及參數(shù)進(jìn)行接收和整理、分析。具體而言，包括主軸變速以及轉(zhuǎn)向、啟動(dòng)或者停止、刀具更換、分度工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位和鎖緊，工件的夾緊或松開，切削液的開或關(guān)等指令，都在其負(fù)責(zé)范圍之內(nèi)。在對這些指令進(jìn)行編譯之后，進(jìn)一步展開對于相應(yīng)機(jī)床組件的驅(qū)動(dòng)與控制，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)動(dòng)作的完成。在這個(gè)體系之下，電源控制部分主要實(shí)現(xiàn)以及機(jī)床系統(tǒng)總功率以及總電流確定空氣開關(guān)；而伺服強(qiáng)電則用于為伺服電源模塊供電，由交流控制回路進(jìn)行控制；主軸強(qiáng)電負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對于主軸在電源供電以及電機(jī)方面的控制，冷卻電機(jī)強(qiáng)電則交由PLC進(jìn)行具體控制。

對于數(shù)控系統(tǒng)控制方面，其控制回路包括電源回路、交流控制回路、直流控制回路三個(gè)主要部分。電源回路主要用于實(shí)現(xiàn)電源的控制，包括直流和交流兩個(gè)部分，是系統(tǒng)安全供電的重要保證。在電源回路中，控制變壓器會(huì)依據(jù)實(shí)際情況需要對強(qiáng)電電源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，整理出控制回路需要的220V交流電以及24V直流電。交流控制回路則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)電回路伺服模塊、主軸電機(jī)等得失電狀況的控制，在這一部分中，PLC的作用在于通過對中間繼電器的得失電控制，來實(shí)現(xiàn)控制功能，可以說，PLC在這一個(gè)環(huán)節(jié)中即為控制功能實(shí)現(xiàn)的核心所在，其控制范圍還包括了刀具加緊、主軸冷卻以及潤滑、Z軸抱閘等方面。最后，在直流控制回路方面，PLC的作用主要體現(xiàn)在對中間繼電器組的控制方面，這是實(shí)現(xiàn)交流控制回路有效展開動(dòng)作的基礎(chǔ)，但是由于繼電器工作驅(qū)動(dòng)能源為24V電源，因此單獨(dú)劃歸到直流控制領(lǐng)域中進(jìn)行對待。

在對機(jī)床實(shí)現(xiàn)控制的過程中，PLC本身具有可靠性高、抗干擾性能良好等特征，并且維護(hù)和按照都十分方便，能耗也極為有限，都決定了其應(yīng)用必然成為一種趨勢存在。從PLC的工作細(xì)節(jié)角度看，即在確定對PLC輸入輸出內(nèi)容的前提之下，來進(jìn)一步計(jì)算出對PLC的輸入、輸出線數(shù)目以及IO地址的分配。具體而言，諸如刀具更換、刀具固定、氣壓告警、坐標(biāo)軸回零、主軸速度到達(dá)信號、坐標(biāo)軸正負(fù)限位信號、外部運(yùn)行允許信號等，都是PLC能夠接受的輸入信號。并且也可以依據(jù)輸入結(jié)果來反向確定對應(yīng)的PLC控制策略，如刀具轉(zhuǎn)向，刀具換刀位、主軸使能、冷卻開關(guān)控制、伺服使能、主軸松緊、伺服強(qiáng)電允許等，都可以作為PLC控制輸出目標(biāo)進(jìn)行對待。

3　結(jié)論

雖然PLC在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的表現(xiàn)一直都比較穩(wěn)定，對應(yīng)的故障發(fā)生也多源于不同功能模塊之間的配合度尚有待完善，但是并不代表可以在日常工作中對于PLC的維護(hù)完全放任自流。考慮到PLC工作的有效性，將關(guān)系到機(jī)加工產(chǎn)品的合格率，甚至于整個(gè)機(jī)床的安全運(yùn)行，只有謹(jǐn)慎對待不斷提升，才是PLC控制的發(fā)展正途。