祁偉

摘要：隨著科技的發(fā)展，PLC技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中控制系統(tǒng)中，PLC技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了數(shù)控機(jī)床的控制能力，還提高了數(shù)控機(jī)床的精密度。文章首先全面介紹了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)所存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了深入的探討，為提高機(jī)床生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：PLC;新型機(jī)床;控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TQ016.5+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）07-0184-03

傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的控制電路為繼電器邏輯電路RLC，隨著科技的不斷進(jìn)步，其控制電路已經(jīng)升級(jí)為可編程邏輯控制器PLC。PLC在對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制的過(guò)程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)坐標(biāo)軸的連續(xù)控制，還可以控制主軸的起停，液壓系統(tǒng)、報(bào)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(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高的特點(diǎn)。

1 PLC概述

可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱PLC，其實(shí)質(zhì)是一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的服務(wù)環(huán)境為工業(yè)環(huán)境。其存儲(chǔ)器類型為可編程存儲(chǔ)器，主要用于邏輯運(yùn)算、技術(shù)等特殊指令，應(yīng)用數(shù)字式的輸入和輸出方式對(duì)機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)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(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起。具有以下優(yōu)勢(shì)：邏輯運(yùn)算能力有所加強(qiáng)，數(shù)字處理功能有所減弱;抗干擾能力強(qiáng)，可以適應(yīng)不良的工業(yè)環(huán)境;結(jié)構(gòu)體積較小，安裝較為容易;操作起來(lái)更加方便，容易控制。

2 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.1數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

2.1.1機(jī)床主體

機(jī)床的主要任務(wù)就是零件加工，對(duì)各種原材料進(jìn)行處理，加工成為預(yù)先設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)。

2.1.2電氣控制單元

機(jī)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(gè)部分構(gòu)成：電源、運(yùn)動(dòng)控制器以及電機(jī)等，電源主要為整個(gè)機(jī)床提供電能，電源為機(jī)床供給電能的方式有兩種：一種是將固定電流轉(zhuǎn)換成一種可調(diào)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(duì)電流形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，也不能和運(yùn)動(dòng)控制器保持相應(yīng)的通信聯(lián)系。交流電是支撐數(shù)控機(jī)床電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要能量，而電機(jī)的作用就是將電流轉(zhuǎn)換為交流電。數(shù)控機(jī)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(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器的作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床主體部分的邏輯控制，協(xié)調(diào)機(jī)床各項(xiàng)工作，保證運(yùn)動(dòng)控制器正常穩(wěn)定的運(yùn)行，繼而保證整個(gè)電氣控制系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定的運(yùn)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(guò)程，應(yīng)用電池閥控制原材料加工活動(dòng)，比如，通過(guò)調(diào)整相應(yīng)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(jī)床的核心控制部分，PLC的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)程度的分析和應(yīng)用，通過(guò)用戶輸入的信息控制運(yùn)動(dòng)控制器，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)模塊的控制。傳感器會(huì)檢查數(shù)控機(jī)床在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的實(shí)際狀態(tài)以及各項(xiàng)參數(shù)，將所檢測(cè)到的參數(shù)上傳至PLC電氣控制系統(tǒng)，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。

2.2數(shù)控機(jī)床的特殊結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的突發(fā)狀況，比如因?yàn)椴僮魅藛T操作不當(dāng)導(dǎo)致的生產(chǎn)問(wèn)題等。為了避免這些問(wèn)題，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的過(guò)程中應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)。

2.2.1緊急按鈕

緊急按鈕的設(shè)置主要是為了可以保證技術(shù)人員可以對(duì)突發(fā)狀況進(jìn)行應(yīng)對(duì)，在正常情況下，緊急按鈕處于斷開(kāi)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(diǎn)就會(huì)斷開(kāi)，緊急按鈕所控制的回路繼電器也會(huì)斷開(kāi)，電源直接被缺點(diǎn)，保證了生產(chǎn)安全。按下緊急按鈕時(shí)，控制系統(tǒng)還會(huì)接收到相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，然后系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出指令，通知各個(gè)設(shè)備停止運(yùn)行，這些停止運(yùn)行的指令發(fā)出的同時(shí)，系統(tǒng)程序也會(huì)復(fù)位。

2.2.2超程限位

機(jī)床在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，超程限位程序處于斷開(kāi)狀態(tài)，如果按下超程限位開(kāi)關(guān)時(shí)，那么開(kāi)關(guān)位置的接觸點(diǎn)就會(huì)斷開(kāi)，繼電器發(fā)生斷電，然后發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。控制系統(tǒng)首先會(huì)處理報(bào)警信息，當(dāng)合理處理故障后，警報(bào)就會(huì)解除。

3 基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)

3.1PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)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(jī)床各類電力的所有實(shí)際工作參數(shù)，應(yīng)用PLC技術(shù)開(kāi)展該項(xiàng)工作的過(guò)程中，電力系統(tǒng)處于接通狀態(tài)，接通的電路會(huì)完成相應(yīng)的輸入工作。

3.1.2PLC技術(shù)執(zhí)行環(huán)節(jié)

僅憑系統(tǒng)程序是無(wú)法完成該階段工作任務(wù)的，在執(zhí)行環(huán)節(jié)，系統(tǒng)首先會(huì)下達(dá)執(zhí)行命令，PLC接收命令后，就會(huì)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，根據(jù)各個(gè)指令完成相應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)，PLC技術(shù)的電路處于輸出電路狀態(tài)，用戶可以根據(jù)實(shí)際工作確定一種特定的輸出模式，完成相應(yīng)的操作指令后，鎖存器會(huì)將輸出結(jié)果存儲(chǔ)起來(lái)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)存操作，實(shí)現(xiàn)外部負(fù)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(jī)、傳感器、電源模塊、運(yùn)動(dòng)控制器等。先對(duì)其中兩種組成部分進(jìn)行具體的介紹。

3.2.1電源模塊

電源模塊的作用就是轉(zhuǎn)換電流形式，通過(guò)變頻器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?shù)控機(jī)床運(yùn)運(yùn)行通常應(yīng)用到的是交流電。電源模塊又有兩種形式：可調(diào)電源模塊和不可調(diào)電源模塊。其中可調(diào)電源模塊可以根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置一個(gè)預(yù)定的轉(zhuǎn)化數(shù)值，可以和運(yùn)動(dòng)控制器相互連接建立通信關(guān)系。

3.2.2運(yùn)動(dòng)控制器

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

3.3PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的控制

數(shù)控機(jī)床中PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)就是程序指令，程序指令會(huì)將相應(yīng)的信號(hào)和程序納入控制系統(tǒng)中，為了保證準(zhǔn)確性，還需要對(duì)其進(jìn)行一次更加全面深入的分析。PLC技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)面板的高效控制，保證CNC的安全性：PLC技術(shù)可以對(duì)信號(hào)的傳輸進(jìn)行有效的控制，為了避免信息傳輸中產(chǎn)生的錯(cuò)誤，必須保證信號(hào)穩(wěn)定有效。PLC技術(shù)還可應(yīng)用于警報(bào)系統(tǒng)中，一旦發(fā)生操作異常情況，首先對(duì)PLC系統(tǒng)的反饋進(jìn)行分許和診斷，然后完成相應(yīng)的診斷和分析工作，及時(shí)作出預(yù)警提示。在數(shù)控機(jī)床中所應(yīng)用到的PLC技術(shù)可以對(duì)系統(tǒng)完成升級(jí)和改進(jìn)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換時(shí)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)代化的發(fā)現(xiàn)，PLC技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，升級(jí)數(shù)控機(jī)床的控制性能。

3.4PLC數(shù)控機(jī)床電氣自動(dòng)化控制

3.4.1自動(dòng)換刀

該功能是數(shù)控機(jī)床的主要功能，不僅可以完成機(jī)械自動(dòng)換刀的操作過(guò)程，傳統(tǒng)的人工換刀一般會(huì)浪費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，而機(jī)械自動(dòng)換刀可以節(jié)省大量的時(shí)間成本。另外，和傳統(tǒng)人工換刀相比，機(jī)械自動(dòng)換刀具有兩個(gè)自由度，有效提高了數(shù)控機(jī)床的工作效率，控制電磁閥的開(kāi)關(guān)可以完成刀具加筋和機(jī)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(gè)：機(jī)械手伸展、機(jī)械手松開(kāi)，機(jī)械手收回、機(jī)械手夾緊，只要完成這四個(gè)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(cè)

數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中，十分容易出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題就是斷刀故障，這個(gè)故障一旦發(fā)生，應(yīng)該立即停止所有的機(jī)械工作，避免發(fā)生更為嚴(yán)重的安全問(wèn)題。OC門(mén)的光線傳感器是斷刀檢測(cè)的核心，OC門(mén)的3根接人線和24V電源上直接相連，OC門(mén)信號(hào)線與24V電阻相互組合構(gòu)成一個(gè)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(yīng)該及時(shí)檢查刀具，并且將刀具的檢查結(jié)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(hào)，那么控制中心就會(huì)發(fā)出暫停機(jī)床工作的指令，并且自動(dòng)完成換刀，然后通知復(fù)位，繼續(xù)開(kāi)展零件加工操作。

3.4.3深度檢測(cè)

機(jī)床在加工零部件的過(guò)程中，刀具的深度檢測(cè)是十分重要的工作，因?yàn)榈毒呱疃戎苯記Q定了換刀時(shí)主軸夾緊的位置，只有保證刀具深度滿足相應(yīng)的要求，才能保證所生產(chǎn)出來(lái)的零部件可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。所以，檢查刀具的深度是十分有必要的，如果刀具深度檢測(cè)結(jié)果不合理，那么需要重新調(diào)整刀具的深度，保證該深度可以符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技信息的發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)的發(fā)展中去。PLC控制系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，不僅有效提高了機(jī)床工作效率，同時(shí)還提高了機(jī)床加工的自動(dòng)化。在機(jī)床未來(lái)的發(fā)展中，為了提高數(shù)控機(jī)場(chǎng)的控制能力，必須不斷完善和升級(jí)PLC電氣控制系統(tǒng)。