基于PLC 的組合機床控制理論探討

□麥運輝

一、PLC 簡介

PLC 即可編程邏輯控制器，是一款用于工業控制的微型計算機。PLC 具有良好的性能，不僅便于使用者操作和控制，而且不易受到外界環境的干擾，在發生故障時也能夠迅速進行維修，所以PLC 被廣泛應用于工業生產中。

(一)PLC 的應用現狀。目前，各個國家都在大力開發PLC的硬件系統和軟件系統，并對其外形進行改良。其中，小型PLC的市場發展前景最為廣闊，我國也在重點研究這一領域。我國PLC 產業起步較晚，但是發展迅速，而且打破了大批量生產的原則，為用戶量身定做產品，實施個性化服務。國外的PLC 廠家不會接收小批量的訂單，這為我國的訂單式生產創造了良好的條件。用戶先將需要的PLC 數量告知廠家，并交納定金，然后廠家進行生產。廠家會根據用戶的需求選擇經濟合理的硬件搭配，以降低客戶的投入成本。我國的硬件系統現已達到世界領先水平，但是軟件仍然沿用國外廠家的產品，導致我國的軟件開發進程緩慢，設計的軟件與國外差距較大，軟件系統存在很多的漏洞，實用性較差，需要進一步完善。

(二)PLC 的控制概述。PLC 的功能眾多，包括順序邏輯控制、數據處理、PID 控制等等，其中，順序邏輯控制是PLC 的最基本功能，能夠使生產線和組合機床實施全自動作業。PLC 還可以對數據進行處理，控制電動機的運動軌跡，把生產中的模擬量如速度、溫度等轉變成控制信號，并與計算機、控制裝置和其他PLC 通信，從而更好地實現控制功能。

(三)PLC 在組合機床的應用。PLC 能夠改造組合機床的電氣控制系統，降低電氣系統的故障率，保證系統的穩定運行。PLC 通過對組合機床的硬件和軟件進行設計，組成循環控制回路，以控制組合機床動力滑臺、主軸箱及回轉工作臺等通用部件的動作，使組合機床按照程序進行生產操作，減輕了組合機床的勞動強度。在改變生產任務時，只需改變控制程序就可以繼續生產，提高了組合機床的使用性能。而且PLC 的投資小，回報高，為企業帶來了巨大的經濟利益。

二、控制功能和原理

(一)組合機床的基本組成。組合機床包括動力部件、運動部件和支承部件。動力部件負責給組合機床提供動力，保障運動部件能夠按照要求完成動作;支承部件負荷整個組合機床重量，并完成機床的輔助加工動作;運動部件是組合機床的核心裝置，對產品進行固定、加工和傳送，嚴格按照PLC 下達的指令進行生產操作。

(二)動作過程。根據PLC 的系統設計，設計運動部件的控制線路，保證其按照程序指令進行運動。用液壓泵電動機作為驅動裝置，并實施對熔斷器、熱繼電器的過載保護，啟動電動機，為液壓泵通電，使其自動工作。在PLC 的控制下，組合機床會完成夾緊、快進、工進、快退、裝卸等動作。特別注意的是，加工順序是固定的，不能隨意改變，也不能跳過某道工序直接進行下一道工序的操作。為了保證生產的高效性，需要保證近期的生產任務不變，才能保證PLC 的程序不變，從而對運動部件下達統一指令。

(三)設計思路。使用PLC 控制電氣系統，應保證電氣系統的功能正常，各控制按鈕和電子元件的操作方式不變，對組合機床能夠實現自動化控制。選擇的PLC 輸入、輸出模塊應超過系統需求，最少具備16 個輸入點，16 個輸出點。

(四)控制功能模塊。組合機床的控制功能依靠輸入和輸出模塊來完成，輸入模塊是實現組合機床的動作流程，完成自動化的生產加工任務;輸出模塊是對指示燈、電鈴及保護措施等輔助設施的控制。

三、控制系統硬件設計

考慮到系統以后的擴展，故選用小型可編程控制器。該設備有按鈕6 個，選擇開關3 個，形成開關2 個，壓力繼電器1 個，接觸器1 個，電磁閥4 只及指示燈2 個。它的輸入為16 點，輸出為16 點。系統控制對象為液壓泵和2 臺電動機，分別用不同的交流接觸器進行控制。電網電壓為380V，電動機的控制電壓為220V，用變壓器將電壓調節至額定電壓內，電磁閥控制電壓為24V。

PLC 的I/O 分配如下:輸入點為總停按鈕，電機啟動按鈕，滑臺向前、向后按鈕，工件夾緊、放松按鈕，主軸、液壓電機旋鈕，工作方式選擇開關、換臺原位、終點開關，夾緊壓力繼電;輸出點包括主軸、液壓電動機接觸器，滑臺向前、向后電磁閥，工件夾緊、放松電磁閥，滑臺原位、終點信號燈。在液壓站上油污多、鐵屑多，經常發生短路事故，使電磁閥線圈燒壞，為避免發生事故，在改造中液壓站上的接線端由普通型換成帶保險的接線端，用來保護電磁閥線圈。PLC 的輸出電源由輸出端所接的電磁閥線圈的額定電壓決定，為保證機床系統可靠工作，所有感性負載要安裝相應的滅弧器。交流接觸器線圈采用單相RC 滅弧器并接于接觸器線圈兩端，直流繼電器線圈并接續流二極管。考慮到線圈產生的能量很大，可以在二極管上串聯耗能電阻，使線圈中產生的能量在電阻內消耗掉。如果交流電機是單相就選擇單相滅弧器，若交流電機是三相則選擇三相滅弧器，不能用分立的電阻、電容自制RC 吸收電路，RC 必須接到開關或接觸器的負載端。

四、控制系統軟件設計

PLC 的軟件系統包括自動程序、手動程序及報警程序，自動程序中分全自動和半自動，適用于不同的工件加工。應根據操作的具體需求對所有程序進行設計，使程序能夠正常運行，而且易于調試和維護。PLC 運行時，會根據當前需要自動選擇執行程序，對運動部件進行控制，使其按照程序進行操作，避免發生多余動作。PLC 還會對工序執行步驟進行檢測，確定當前工序滿足執行條件后，才會進行下一道工序的操作。當系統出現問題或運動部件沒有按照程序操作時，報警程序會自動啟動，電鈴發出響動，運動部件停止所有操作，需再次啟動電源組合機床才會重新運轉，以保證生產的安全性。

五、系統調試與運行

在進行系統調試時，應分別對各個程序進行調試，確保每個程序都能夠獨立運行，然后進行程序的聯動，將所有程序組成完整的系統，檢驗系統能否正常運行。系統需要經過反復的調試和試驗，并精簡程序結構，使其變得易于操作和調試，還需對內部的細節加以完善，以提高系統的性能。在證實系統的安全性和可靠性后，才能投入到生產中，并根據具體的實踐情況調整系統程序，以保證生產的高效性，為企業創造自動化的生產環境。

六、結語

將PLC 與組合機床聯合使用，通過PLC 控制組合機床的運動部件，使組合機床嚴格按照系統進行操作，有效減少了設備的磨損，延長了設備的使用壽命。但是我國的PLC 廠家現有的技術還不成熟，軟件系統存在很大的缺陷。PLC 廠家應該積極借鑒先進的軟件開發技術，提高自主開發的軟件性能，并積極開發潛在用戶，使PLC 得到推廣和創新。

［1］崔慧娟.PLC 在組合機床中的應用綜述［J］.價值工程，2011

［2］廖常初.國產PLC 的現狀［J］.電氣時代，2011

［3］張萍萍.基于PLC 的氣動機械手控制系統設計［D］.電子科技大學，2013