劉建芬

摘 要：PLC是一種以微處理器為核心，集通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、微機(jī)技術(shù)于一體的工業(yè)控制裝置。很多機(jī)械企業(yè)為了提高機(jī)床的工作效率以及精度，將PLC控制技術(shù)引入到機(jī)床的電控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床的控制方式進(jìn)行改造的目的，以求機(jī)床能夠適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，提高經(jīng)濟(jì)效益。文章將具體分析機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造技術(shù)，主要分析了改造的方法、一般步驟以及需要注意的特殊事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：PLC；電控系統(tǒng)；微處理器

我國(guó)大多數(shù)的機(jī)械制造行業(yè)的生產(chǎn)以及加工裝備絕使用的是傳統(tǒng)的機(jī)床，大多數(shù)都是役齡10年以上的老機(jī)床。這些老機(jī)床不但能耗高，工作效率低，而且加工出來(lái)的機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量差、品種少、檔次低以及成本高，從而使得我國(guó)制造業(yè)在國(guó)際以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，這不但影響企業(yè)的效益、市場(chǎng)以及產(chǎn)品，而且還阻礙著企業(yè)的發(fā)展。我國(guó)的大陸地區(qū)成為“世界工廠”，這使得我國(guó)的制造業(yè)面臨著巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，沒(méi)有先進(jìn)的加工手段，企業(yè)是不可能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)的。

1 機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造方法

利用PLC技術(shù)對(duì)機(jī)床電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，可使得機(jī)床電路大大的簡(jiǎn)化?；镜母脑旆椒ㄊ菍C(jī)床中的電氣元件直接與PLC的各個(gè)輸入以及輸出端口相連，各線圈的停啟狀態(tài)由邏輯程序確定；利用PLC對(duì)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行改造不但設(shè)計(jì)線路簡(jiǎn)單，而且機(jī)床控制主要由邏輯程序來(lái)確定使得機(jī)床的維護(hù)和設(shè)計(jì)比較容易。

1.1 電氣元件與PLC的硬件連線

將機(jī)床控制電路中的開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)以及接觸器輔助觸點(diǎn)與PLC的輸入端口相連接，將電磁閥線圈、接觸器線圈、繼電器線圈、照明燈、指示燈等耗能元件與PLC的輸出端口相連接；確定各觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，一般情況下一個(gè)電氣元件的多個(gè)觸點(diǎn)只需連接PLC的一個(gè)輸入口。建立輸入以及輸出端口分配表，按照各個(gè)端口號(hào)編寫(xiě)邏輯程序?qū)崿F(xiàn)邏輯運(yùn)算。

1.2 邏輯程序設(shè)計(jì)

將電氣元件與PLC的硬件連線之后，接下來(lái)就需要編寫(xiě)邏輯程序，確定各輸出端口得電以及失電的邏輯條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)各輸出端口對(duì)應(yīng)耗能元件的狀態(tài)的控制。依照機(jī)床中原控制電路的邏輯關(guān)系以及控制要求編寫(xiě)PLC程序。編寫(xiě)好程序之后，接下來(lái)就要運(yùn)行PLC程序，PLC程序能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入端口狀態(tài)的采集，由編寫(xiě)的PLC邏輯程序?qū)崿F(xiàn)邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出端電氣元件的控制，如電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)以及其他電氣元件工作；PLC程序邏輯控制就是通過(guò)開(kāi)發(fā)邏輯程序代替原來(lái)元器件間的串、并聯(lián)接線，達(dá)到簡(jiǎn)化電路以及方便維修的目的。

2 機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造方案

2.1 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合

通常對(duì)利用PLC進(jìn)行改造的機(jī)床，需進(jìn)行機(jī)械的修理。首先需要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容；其次確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容；最后需要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求。

2.2 先易后難、先局部后全局

當(dāng)改造步驟確定之后，將整個(gè)電氣部分改造可以將整體分成若干個(gè)子系統(tǒng)，并對(duì)子系統(tǒng)分別進(jìn)行改造，如數(shù)控系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、主軸各個(gè)子系統(tǒng)等；對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)分別改造之后，將子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)部分連接起來(lái)組成整個(gè)系統(tǒng)。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中，首先做技術(shù)性較低而且工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高并且要求精細(xì)的工作。

2.3 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)

根據(jù)機(jī)床的外部使用條件，如機(jī)床的工作環(huán)境、工作溫度、周?chē)鷿穸纫约盎覊m等等，從而選擇改造后的電氣系統(tǒng)性能，如防護(hù)性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過(guò)濾性能等等；這樣便使得改造后的電氣系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)。

2.4 落實(shí)參與改造人員及其責(zé)任

機(jī)床改造是一項(xiàng)系統(tǒng)的、工程量巨大的工程，人員配備十分重要。由于是PLC系統(tǒng)改造，要選擇對(duì)PLC以及改造機(jī)床比較熟悉的研究人員，根據(jù)每個(gè)子項(xiàng)目的大小，合理地確定項(xiàng)目人數(shù)以及具體分工，確定人員的職責(zé)，每子項(xiàng)目要有主有次，便于組織與協(xié)調(diào)。如果項(xiàng)目采用對(duì)外合作，在目標(biāo)明確的前提下，界定分工、確定技術(shù)協(xié)調(diào)人員。

2.5 改造范圍與周期的確定

有時(shí)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床中的全部電氣系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的分析決定改造范圍。停機(jī)改造的周期，由具體企業(yè)的實(shí)際情況而定，考慮因素有新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度、人員技術(shù)水平、生產(chǎn)緊張程度、天氣狀況、準(zhǔn)備工作充分程度。

3 針對(duì)落地鏜床的PLC技術(shù)數(shù)字化改造

3.1 落地鏜床主傳動(dòng)控制的PLC改造

3.1.1 主傳動(dòng)主控制電路

落地鏜床的主軸由30kW，400V直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)采用速度環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無(wú)環(huán)流電樞可逆方式，參數(shù)可通過(guò)鍵盤(pán)和顯示單元進(jìn)行調(diào)整或輸入。主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍為1：18，最高轉(zhuǎn)速n=1500r/min，最低轉(zhuǎn)速n=83.3r/min。由懸掛按鈕站上的調(diào)速器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。

3.1.2 主傳動(dòng)控制的PLC外圍電路設(shè)計(jì)為擴(kuò)大機(jī)

落地鏜床的主軸有4擋液壓機(jī)械變速，使用旋鈕SA6切換電磁液壓閥YV1、YV2來(lái)實(shí)現(xiàn)變換機(jī)械擋位。機(jī)床的主軸能實(shí)現(xiàn)正反向點(diǎn)轉(zhuǎn)，點(diǎn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速83r/min。

3.1.3 主傳動(dòng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)

落地鏜床的主傳動(dòng)控制主要是對(duì)主電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向點(diǎn)動(dòng)和反向點(diǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度可控調(diào)節(jié)等進(jìn)行調(diào)控；因此，PLC需要需12個(gè)輸入點(diǎn)、10個(gè)輸出點(diǎn)，落地鏜床主傳動(dòng)I/O地址分配見(jiàn)表1，落地鏜床主傳動(dòng)PLC外部接線如圖1所示。

3.2 落地鏜床保護(hù)部分控制的PLC改造

3.2.1 急停保護(hù)

落地鏜床設(shè)有三個(gè)急停按鈕：SB0、SB1、SB2，分別位于電柜面板、床身、操作站，主要在緊急情況下使用。出現(xiàn)需要急停時(shí)，所有運(yùn)行設(shè)備立即停止。

3.2.2 電機(jī)保護(hù)主要為每臺(tái)電機(jī)設(shè)置有短路、過(guò)載保護(hù)。

3.2.3 氣壓保護(hù)主要用來(lái)檢測(cè)氣壓是否達(dá)到額定值。

3.2.4 液壓系統(tǒng)保護(hù)主要測(cè)量油位檢測(cè)、壓力檢測(cè)等。

3.2.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)保護(hù)主要為潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)電機(jī)的保護(hù)、流量檢測(cè)、潤(rùn)滑油溫檢測(cè)等。

3.2.6 直流電機(jī)保護(hù)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到電機(jī)異常時(shí)報(bào)警，并對(duì)直流電機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.7 信號(hào)異常保護(hù)：如果系統(tǒng)發(fā)出指令，未收到反饋信號(hào)，則報(bào)警。

3.2.8 超時(shí)保護(hù)：當(dāng)機(jī)床在一定時(shí)間內(nèi)設(shè)定動(dòng)作為完成，系統(tǒng)報(bào)警。

3.2.9 編碼器保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到計(jì)數(shù)模塊或編碼器出現(xiàn)短路等異常狀況時(shí)報(bào)警，就會(huì)在觸摸屏上會(huì)顯示出報(bào)警內(nèi)容，則系統(tǒng)將自動(dòng)停止相關(guān)的設(shè)備。

3.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)

落地鏜床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主要控制進(jìn)給電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向和反向點(diǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度可控調(diào)節(jié)等；因此，PLC需要12個(gè)輸入點(diǎn)，12輸出點(diǎn)，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設(shè)計(jì)

主要通過(guò)控制面板的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為SA，且電氣控制系統(tǒng)可以通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位控制，為了使得保護(hù)部分更加準(zhǔn)確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據(jù)以上部分的設(shè)計(jì)，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實(shí)現(xiàn)；將PLC應(yīng)用于落地鏜床不但可以節(jié)約大量的電氣元件以及導(dǎo)線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調(diào)試比較簡(jiǎn)單，減少落控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間，從而達(dá)到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造，可以改變傳統(tǒng)機(jī)床在工作過(guò)程中存在的故障多、效率低、維修費(fèi)等很多問(wèn)題。機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造主要通過(guò)機(jī)床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個(gè)部分元件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，改動(dòng)盡量達(dá)到最小化，從而提高了機(jī)床控制系統(tǒng)的工作效率以及工作精度，機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造是企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中能夠更有效地利用資源、節(jié)省資源。機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造的應(yīng)用，給企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)利益，因此其應(yīng)用前景十分地廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]丁偉.可編程序控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國(guó)科學(xué)出版社，2003.

3.2.2 電機(jī)保護(hù)主要為每臺(tái)電機(jī)設(shè)置有短路、過(guò)載保護(hù)。

3.2.3 氣壓保護(hù)主要用來(lái)檢測(cè)氣壓是否達(dá)到額定值。

3.2.4 液壓系統(tǒng)保護(hù)主要測(cè)量油位檢測(cè)、壓力檢測(cè)等。

3.2.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)保護(hù)主要為潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)電機(jī)的保護(hù)、流量檢測(cè)、潤(rùn)滑油溫檢測(cè)等。

3.2.6 直流電機(jī)保護(hù)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到電機(jī)異常時(shí)報(bào)警，并對(duì)直流電機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.7 信號(hào)異常保護(hù)：如果系統(tǒng)發(fā)出指令，未收到反饋信號(hào)，則報(bào)警。

3.2.8 超時(shí)保護(hù)：當(dāng)機(jī)床在一定時(shí)間內(nèi)設(shè)定動(dòng)作為完成，系統(tǒng)報(bào)警。

3.2.9 編碼器保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到計(jì)數(shù)模塊或編碼器出現(xiàn)短路等異常狀況時(shí)報(bào)警，就會(huì)在觸摸屏上會(huì)顯示出報(bào)警內(nèi)容，則系統(tǒng)將自動(dòng)停止相關(guān)的設(shè)備。

3.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)

落地鏜床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主要控制進(jìn)給電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向和反向點(diǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度可控調(diào)節(jié)等；因此，PLC需要12個(gè)輸入點(diǎn)，12輸出點(diǎn)，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設(shè)計(jì)

主要通過(guò)控制面板的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為SA，且電氣控制系統(tǒng)可以通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位控制，為了使得保護(hù)部分更加準(zhǔn)確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據(jù)以上部分的設(shè)計(jì)，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實(shí)現(xiàn)；將PLC應(yīng)用于落地鏜床不但可以節(jié)約大量的電氣元件以及導(dǎo)線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調(diào)試比較簡(jiǎn)單，減少落控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間，從而達(dá)到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造，可以改變傳統(tǒng)機(jī)床在工作過(guò)程中存在的故障多、效率低、維修費(fèi)等很多問(wèn)題。機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造主要通過(guò)機(jī)床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個(gè)部分元件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，改動(dòng)盡量達(dá)到最小化，從而提高了機(jī)床控制系統(tǒng)的工作效率以及工作精度，機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造是企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中能夠更有效地利用資源、節(jié)省資源。機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造的應(yīng)用，給企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)利益，因此其應(yīng)用前景十分地廣闊。

參考文獻(xiàn)

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[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國(guó)科學(xué)出版社，2003.

3.2.2 電機(jī)保護(hù)主要為每臺(tái)電機(jī)設(shè)置有短路、過(guò)載保護(hù)。

3.2.3 氣壓保護(hù)主要用來(lái)檢測(cè)氣壓是否達(dá)到額定值。

3.2.4 液壓系統(tǒng)保護(hù)主要測(cè)量油位檢測(cè)、壓力檢測(cè)等。

3.2.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)保護(hù)主要為潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)電機(jī)的保護(hù)、流量檢測(cè)、潤(rùn)滑油溫檢測(cè)等。

3.2.6 直流電機(jī)保護(hù)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到電機(jī)異常時(shí)報(bào)警，并對(duì)直流電機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.7 信號(hào)異常保護(hù)：如果系統(tǒng)發(fā)出指令，未收到反饋信號(hào)，則報(bào)警。

3.2.8 超時(shí)保護(hù)：當(dāng)機(jī)床在一定時(shí)間內(nèi)設(shè)定動(dòng)作為完成，系統(tǒng)報(bào)警。

3.2.9 編碼器保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到計(jì)數(shù)模塊或編碼器出現(xiàn)短路等異常狀況時(shí)報(bào)警，就會(huì)在觸摸屏上會(huì)顯示出報(bào)警內(nèi)容，則系統(tǒng)將自動(dòng)停止相關(guān)的設(shè)備。

3.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)

落地鏜床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主要控制進(jìn)給電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正向和反向點(diǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度可控調(diào)節(jié)等；因此，PLC需要12個(gè)輸入點(diǎn)，12輸出點(diǎn)，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設(shè)計(jì)

主要通過(guò)控制面板的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為SA，且電氣控制系統(tǒng)可以通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位控制，為了使得保護(hù)部分更加準(zhǔn)確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據(jù)以上部分的設(shè)計(jì)，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實(shí)現(xiàn)；將PLC應(yīng)用于落地鏜床不但可以節(jié)約大量的電氣元件以及導(dǎo)線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調(diào)試比較簡(jiǎn)單，減少落控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間，從而達(dá)到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造，可以改變傳統(tǒng)機(jī)床在工作過(guò)程中存在的故障多、效率低、維修費(fèi)等很多問(wèn)題。機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造主要通過(guò)機(jī)床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個(gè)部分元件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，改動(dòng)盡量達(dá)到最小化，從而提高了機(jī)床控制系統(tǒng)的工作效率以及工作精度，機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造是企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中能夠更有效地利用資源、節(jié)省資源。機(jī)床電控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)字化改造的應(yīng)用，給企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)利益，因此其應(yīng)用前景十分地廣闊。

參考文獻(xiàn)

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[2]丁偉.可編程序控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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