基于PLC 的組合機床的電氣控制系統設計分析

向六昭,蒲珊珊

（內江職業技術學院，四川內江，641100）

0 引言

常見類型的組合機床是雙面形式的二工位銑鉆結構，一般主要由雙面銑床與雙面鉆床組合而成，第一工位是雙面銑床，第二工位是雙面鉆床。其電氣控制系統具有半自動循環加工與手動調整兩種功能。在一次半自動循環過程中，在兩個工位分別對工件進行銑與鉆的加工處理，每一個工位都需要經過快速進給與工作進給兩個環節；手動調整功能是指按下調整按鈕后，系統會執行相關的動作，松開這個按鈕后動作馬上停止。

1 PLC 的主要優點

⑴可編程控制器使用存儲邏輯，除了其輸入端與輸出端需要與現場連接線路之外，控制邏輯是以程序的形式存儲在PLC 內存中的。如果需要對控制邏輯進行修改處理，只需要將程序的對應部分進行修改，而對輸入輸出連接線路的改動并不復雜，所以PLC 的靈活性與擴展性相對較好，同時PLC 是通過大規模集成電路組裝成的，具有功耗小與體積小的特點。

⑵可編程控制器通常是根據程序指令對半導體電路進行控制而達到控制目的的，速度很快（每條指令的執行時間一般在微秒級）。如果使用晶體管或晶閘管輸出方式，則不會發生觸點抖動現象，更不會產生觸點拉弧現象。

⑶可編程程序控制器使用半導體集成電路作為相應的定時器，定時精度高、定時范圍廣。用戶能夠根據實際需要設置定時值，定時時間不受實際環境的影響，定時時間在編程時設定好后不會發生變化，而且PLC 能夠完成相應的計數功能。

⑷應用PLC 完成一項具體的控制工程之后，現場施工與控制邏輯的具體設計能夠同時進行，周期較短，調試與修改都非常方便。

⑸PLC 使用微電子技術，大部分的開關動作是由無觸點的半導體電路完成，可靠性高。PLC 的自檢與監控功能，可以自行診斷及顯示本身的故障，還可以動態地監視控制程序的執行狀況，為現場調試與維護提供了方便。

⑹PLC 使用面向操作者形式的語言編程，例如梯形圖、狀態轉移圖等，對于使用者而言，只需要較短時間去了解PLC 的指令系統與操作方法，就能夠達到使用與編程的目的。

⑺PLC 的輸入接口能夠和無源開關進行直接連接，輸出接口具有一定的驅動負載的能力，可以適應一般形式的控制要求。同時，因為使用了光電耦合器件，所以現場的干擾信號不容易進入到PLC 中而干擾PLC 的正常工作。

⑻PLC 在設計與制造過程中使用了抗干擾措施，穩定性與可靠性相對較高。

2 PLC 控制系統的設計原則

⑴完整性原則。要求所設計的PLC 控制系統充分滿足工業生產領域對控制系統提出的各種要求。

⑵可靠性原則。確?？刂葡到y的可靠性和穩定性，以防止由于其本身性能的不穩定因素而影響到工業生產領域的正常工作進度。

⑶經濟性原則。PLC 控制系統應當符合經濟標準，并且系統要容易實現操作管理，有助于讓更多的工人可以熟練掌握PLC 控制系統，從而可以有效促進PLC 自動控制技術的進一步發展。

⑷發展性原則。工業生產領域的發展較快，大多數工業生產設備或者生產工藝技術需要不斷進行更新，所以在設計環節中應當充分考慮到其相應的擴展能力，特別在I/O 接口和通信能力等各個方面更需要注重其具體的設計標準。

3 PLC 控制系統的設計過程

⑴全面了解被控對象。在設計PLC 控制系統時，要全面了解控制對象，把其在運行過程中的各種工序、動作與動作更換時間、實際生產所需要的各種條件等方面都進行相關性的調查分析以滿足設備的需求。

⑵硬件選取。PLC 控制系統的主要硬件一般包含了系統I/O設備、I/O 端口分配等部分，而且需要設計相應的PLC 外圍硬件部分路線圖，從而可以確定出系統的硬件設施相對應的電氣連接線路。

⑶設計應用程序。應用程序的設計是PLC 控制系統用于實現自動化控制管理目標的關鍵過程，在編寫應用程序時需要在工業生產領域的基礎上進行，以保證各個工序的控制功能，從而確保PLC 控制系統安全而穩定地運行。

⑷程序調試。程序調試分兩個階段，第一個階段為模擬調試，第二個階段為現場調試。程序模擬調試一般是通過便捷的形式模擬產生現場的實際狀態，為了程序的具體運行需要創造一定的環境條件，其時效性相對較強。擬調試后還要進行現場調試，在現場調試中可能需要對控制系統的硬件或者控制程序進行不斷修改，直至達到設備的控制要求為止。

4 基于PLC 的組合機床電氣控制系統設計

⑴雙面單工位組合機床的電氣控制條件

在雙面單工位組合機床的控制電路之中，具有左右兩臺動力頭電動機，其中一臺是冷卻泵電動機，而且分別單獨設置了左右動力頭電動機相應的調整開關以及冷卻泵電動機具體的工作選擇開關。

⑵PLC 選型和I/O 資源分配

根據具體組合機床相應的控制條件，系統總共需要的開關量輸入信號有21 個，分別為4 個按鈕、9 個行程開關、3 個熱繼電器動斷觸點、2 個壓力繼電器與3 個轉換開關，其中開關量輸出有7 個，3 個是接觸器線圈，4 個是電磁閥線圈。在具體設計過程中，本控制系統適當地改變了輸入信號接線從而達到節省輸入點的目的，使用這種方法可以將PLC 中的輸入點數從21 點減少到15 點。

⑶PLC 控制系統的程序設計

雙面單工位的組合機床的PLC 控制系統程序可以通過原繼電器--接觸器控制系統的轉換獲得，具體的轉換過程需要注意以下幾個方面：①輸入設備的處理。在繼電器--接觸器的控制電路當中，假如這種設備是由常開觸點所組成，轉變成PLC 控制之后，這種設備仍然可以使用常開觸點作為PLC 相應的輸入設備，在程序當中對應觸點的實際狀態不變，假如這種設備是由常閉觸點所組成，轉變成PLC 控制之后，這種設備仍然可以使用常閉觸點作為PLC 相應的輸入設備，在程序中相對應的觸點應當取相反狀態。②輸出設備的處理。在原繼電器--接觸器控制系統中電磁閥線圈與接觸器線圈使用相對應的輸出繼電器線圈所替代。③中間繼電器的處理。在原繼電器--接觸器控制系統中的中間繼電器由PLC 的輔助繼電器所替代。④設置中間單元。在設計程序過程中要充分考慮繼電器--接觸器控制電路中的各個線圈實際上會受到哪些觸點與電路的相應控制，如果多個線圈都會受到某一觸點串并聯電路的相應控制，在實際程序中可以設置使用這電路控制的輔助繼電器來達到簡化程序的目的。

5 結束語

組合機床是對特定工件，根據特定的工序進行批量加工處理的組合專用化設備，生產效率較高、結構相對復雜，這就要求電氣控制系統具有良好的穩定性和可靠性。改為PLC 控制后，克服了原繼電器-接觸器控制系統接線復雜、可靠性低、故障率高、維修量大的缺點，同時，利用PLC 自身的輸入輸出接口的通斷顯示功能，系統維護人員能夠快速地對故障部分做出精確的判斷，從而節省了維修維護工作量，縮短了維修維護時間，極大地增加了機床工作的可靠性和穩定性，從而提高了生產效率。

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