以PLC為基礎的新型機床控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

祁偉

摘要：隨著科技的發(fā)展，PLC技術被廣泛的應用到數(shù)控機床中控制系統(tǒng)中，PLC技術的應用不僅提高了數(shù)控機床的控制能力，還提高了數(shù)控機床的精密度。文章首先全面介紹了PLC自動控制系統(tǒng)，對以PLC技術為基礎的數(shù)控機床控制系統(tǒng)所存在的設計問題進行了深入的探討，為提高機床生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性提供借鑒和參考。

關鍵詞：PLC;新型機床;控制系統(tǒng)

中圖分類號：TQ016.5+4文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）07-0184-03

傳統(tǒng)的數(shù)控機床的控制電路為繼電器邏輯電路RLC，隨著科技的不斷進步，其控制電路已經(jīng)升級為可編程邏輯控制器PLC。PLC在對數(shù)控機床進行控制的過程中，不僅可以實現(xiàn)各個坐標軸的連續(xù)控制，還可以控制主軸的起停，液壓系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等的控制。另外，PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序簡單，抗干擾能力強，性價比高的特點。

1 PLC概述

可編程邏輯控制器簡稱PLC，其實質是一種數(shù)字運算電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計的服務環(huán)境為工業(yè)環(huán)境。其存儲器類型為可編程存儲器，主要用于邏輯運算、技術等特殊指令，應用數(shù)字式的輸入和輸出方式對機械的生產(chǎn)過程進行控制。可編程邏輯控制器屬于一種新型的工業(yè)控制器，其將自動控制技術和計算機技術有機的結合在一起。具有以下優(yōu)勢：邏輯運算能力有所加強，數(shù)字處理功能有所減弱;抗干擾能力強，可以適應不良的工業(yè)環(huán)境;結構體積較小，安裝較為容易;操作起來更加方便，容易控制。

2 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的基本結構

2.1數(shù)控機床基礎結構

2.1.1機床主體

機床的主要任務就是零件加工，對各種原材料進行處理，加工成為預先設計的零件結構。

2.1.2電氣控制單元

機床的主要控制部分為電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)主要有三個部分構成：電源、運動控制器以及電機等，電源主要為整個機床提供電能，電源為機床供給電能的方式有兩種：一種是將固定電流轉換成一種可調節(jié)的電流，和控制器保持一定的通信聯(lián)系;另外一種不能對電流形式進行轉化，也不能和運動控制器保持相應的通信聯(lián)系。交流電是支撐數(shù)控機床電動機運轉的主要能量，而電機的作用就是將電流轉換為交流電。數(shù)控機床的指揮中心為電氣控制單元，電氣控制系統(tǒng)的主要組成部分為運動控制器，運動控制器的作用是實現(xiàn)對機床主體部分的邏輯控制，協(xié)調機床各項工作，保證運動控制器正常穩(wěn)定的運行，繼而保證整個電氣控制系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定的運行。

2.1.3電氣控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分

該部分的功能是控制零件加工過程，應用電池閥控制原材料加工活動，比如，通過調整相應的參數(shù)變化刀具角度，有效提高零部件的生產(chǎn)效率。

2.1.4PLC

該部分是數(shù)據(jù)機床的核心控制部分，PLC的應用可以實現(xiàn)對相應程度的分析和應用，通過用戶輸入的信息控制運動控制器，然后實現(xiàn)對電機模塊的控制。傳感器會檢查數(shù)控機床在運動過程中的實際狀態(tài)以及各項參數(shù)，將所檢測到的參數(shù)上傳至PLC電氣控制系統(tǒng)，繼而實現(xiàn)對數(shù)控機床的控制。

2.2數(shù)控機床的特殊結構

數(shù)控機床在實際運行過程中，可能會出現(xiàn)相應的突發(fā)狀況，比如因為操作人員操作不當導致的生產(chǎn)問題等。為了避免這些問題，在設計數(shù)控機床系統(tǒng)的過程中應該設計相應的特殊結構。

2.2.1緊急按鈕

緊急按鈕的設置主要是為了可以保證技術人員可以對突發(fā)狀況進行應對，在正常情況下，緊急按鈕處于斷開狀態(tài)，如果出現(xiàn)緊急狀況，工作人員按下緊急按鈕，那么急停按鈕的接觸點就會斷開，緊急按鈕所控制的回路繼電器也會斷開，電源直接被缺點，保證了生產(chǎn)安全。按下緊急按鈕時，控制系統(tǒng)還會接收到相應的報警信號，然后系統(tǒng)就會發(fā)出指令，通知各個設備停止運行，這些停止運行的指令發(fā)出的同時，系統(tǒng)程序也會復位。

2.2.2超程限位

機床在正常運行狀態(tài)時，超程限位程序處于斷開狀態(tài)，如果按下超程限位開關時，那么開關位置的接觸點就會斷開，繼電器發(fā)生斷電，然后發(fā)出相應的報警信息?？刂葡到y(tǒng)首先會處理報警信息，當合理處理故障后，警報就會解除。

3 基于PLC的數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)

3.1PLC技術在數(shù)控機床中的工序步驟

3.1.1輸入處理步驟環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)的主要工作是收集信息，主要收集的信息是數(shù)控機床各類電力的所有實際工作參數(shù)，應用PLC技術開展該項工作的過程中，電力系統(tǒng)處于接通狀態(tài)，接通的電路會完成相應的輸入工作。

3.1.2PLC技術執(zhí)行環(huán)節(jié)

僅憑系統(tǒng)程序是無法完成該階段工作任務的，在執(zhí)行環(huán)節(jié)，系統(tǒng)首先會下達執(zhí)行命令，PLC接收命令后，就會對相應的數(shù)據(jù)信息進行收集，根據(jù)各個指令完成相應的工作。該階段的操作一般需要不同的程序相互配合才能完成。

3.1.3輸出處理環(huán)節(jié)

在這個環(huán)節(jié)，PLC技術的電路處于輸出電路狀態(tài)，用戶可以根據(jù)實際工作確定一種特定的輸出模式，完成相應的操作指令后，鎖存器會將輸出結果存儲起來，然后通過轉存操作，實現(xiàn)外部負載的目的。

3.2PLC電氣控制系統(tǒng)組成

PLC電氣控制系統(tǒng)的主要組成部分有：工控機、傳感器、電源模塊、運動控制器等。先對其中兩種組成部分進行具體的介紹。

3.2.1電源模塊

電源模塊的作用就是轉換電流形式，通過變頻器將交流電轉換為直流電，再通過逆變器將直流電轉變?yōu)榻涣麟?，?shù)控機床運運行通常應用到的是交流電。電源模塊又有兩種形式：可調電源模塊和不可調電源模塊。其中可調電源模塊可以根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)設置一個預定的轉化數(shù)值，可以和運動控制器相互連接建立通信關系。

3.2.2運動控制器

該部分是整個系統(tǒng)的核心部分，主要有三個功能：運動控制、工藝控制以及邏輯控制。整個電氣系統(tǒng)的工作效率都和運動控制器的速度和可靠性有著直接的關系，PLC控制系統(tǒng)如圖1所示。

3.3PLC技術在數(shù)控機床中的控制

數(shù)控機床中PLC技術實現(xiàn)控制功能的基礎就是程序指令，程序指令會將相應的信號和程序納入控制系統(tǒng)中，為了保證準確性，還需要對其進行一次更加全面深入的分析。PLC技術還可以實現(xiàn)對面板的高效控制，保證CNC的安全性：PLC技術可以對信號的傳輸進行有效的控制，為了避免信息傳輸中產(chǎn)生的錯誤，必須保證信號穩(wěn)定有效。PLC技術還可應用于警報系統(tǒng)中，一旦發(fā)生操作異常情況，首先對PLC系統(tǒng)的反饋進行分許和診斷，然后完成相應的診斷和分析工作，及時作出預警提示。在數(shù)控機床中所應用到的PLC技術可以對系統(tǒng)完成升級和改進，在實際運行過程中實現(xiàn)高效轉換時數(shù)控機床現(xiàn)代化的發(fā)現(xiàn)，PLC技術的應用可以對系統(tǒng)結構進行優(yōu)化，升級數(shù)控機床的控制性能。

3.4PLC數(shù)控機床電氣自動化控制

3.4.1自動換刀

該功能是數(shù)控機床的主要功能，不僅可以完成機械自動換刀的操作過程，傳統(tǒng)的人工換刀一般會浪費較長的時間，而機械自動換刀可以節(jié)省大量的時間成本。另外，和傳統(tǒng)人工換刀相比，機械自動換刀具有兩個自由度，有效提高了數(shù)控機床的工作效率，控制電磁閥的開關可以完成刀具加筋和機械臂加筋的功能，繼而完成換刀的主要操作步驟。換刀的主要操作步驟有四個：機械手伸展、機械手松開，機械手收回、機械手夾緊，只要完成這四個操作步驟，那么換刀操作也就完成，如圖2所示。

3.4.2斷刀檢測

數(shù)控機床在運行過程中，十分容易出現(xiàn)一個問題就是斷刀故障，這個故障一旦發(fā)生，應該立即停止所有的機械工作，避免發(fā)生更為嚴重的安全問題。OC門的光線傳感器是斷刀檢測的核心，OC門的3根接人線和24V電源上直接相連，OC門信號線與24V電阻相互組合構成一個有效的電平輸出。為了降低傳感器發(fā)生磨損或者斷裂的概率，傳感器應該及時檢查刀具，并且將刀具的檢查結果傳送到電氣控制系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)如果接收到刀具出現(xiàn)磨損的信號，那么控制中心就會發(fā)出暫停機床工作的指令，并且自動完成換刀，然后通知復位，繼續(xù)開展零件加工操作。

3.4.3深度檢測

機床在加工零部件的過程中，刀具的深度檢測是十分重要的工作，因為刀具深度直接決定了換刀時主軸夾緊的位置，只有保證刀具深度滿足相應的要求，才能保證所生產(chǎn)出來的零部件可以滿足相關標準。所以，檢查刀具的深度是十分有必要的，如果刀具深度檢測結果不合理，那么需要重新調整刀具的深度，保證該深度可以符合相應的標準要求。

4 結語

隨著社會的進步，科技信息的發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)被廣泛的應用到各行各業(yè)的發(fā)展中去。PLC控制系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應用，不僅有效提高了機床工作效率，同時還提高了機床加工的自動化。在機床未來的發(fā)展中，為了提高數(shù)控機場的控制能力，必須不斷完善和升級PLC電氣控制系統(tǒng)。