PLC在組合機床中的應用研究

李雯

（寶雞職業技術學院 陜西 寶雞 721000）

傳統的繼電器構成的機床控制系統存在諸多弊端，將PLC與繼電器很好的結合，增強機床的操作性和靈活性，益處良多。文中以JT4036型機械動力頭配置的組合機床為例，具體分析PLC技術應用于組合機床的一般方法，對改善組合機床控制電路大多采用繼電器－接觸器系統的現狀具有一定的參考價值

1 PLC控制系統與繼電器接觸器控制系統的比較

1.1 組成的器件不同

繼電器接觸器控制系統由硬件繼電器構成，帶有大量的機械觸點，因多次的重復性吸合、釋放、塵埃的隔離性及電弧的影響，元件的物理性能疲勞，系統的可靠性大大降低，本來所具有的很強的抗干擾能力也大大減弱。而PLC則從軟件和硬件兩方面采取了一系列的抗干擾措施。在硬件方面，CPU與I/O模塊之間采用光電隔離措施，抑制了外部干擾源對PLC的影響。軟件方面操作者可編寫故障自診斷程序，使PLC在每一次掃描過程的內部處理期間，能夠檢測系統硬件是否正常，同時當出現故障時，能將當前重要的信息存入存儲器，測試表明一般的PLC產品可抗1 kV、1 μs的脈沖干擾[1]。

1.2 觸點的數量不同

繼電器接觸器的觸點一般只有4～8對，數量較少，一個控制系統大多要用多個接觸器繼電器才能完成控制要求，而“軟繼電器”可供編程的觸點數量有無限對，使用可編程控制器后可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器。

1.3 控制方法不同

繼電器接觸器控制系統是根據電氣原理圖將元件用硬件接線連接完成的，控制功能如果要調整，必須要將原來的接線拆除重新接線。PLC用軟件取代了繼電器控制系統中的大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的接線的工作量大為減少。同時PLC的大部分的程序編寫好后，都可以在實驗室進行模擬調試，用模擬開關代替輸入信號，發光二極管指示輸出狀態。程序模擬調試好后再將PLC控制系統安裝到生產現場進行聯機調試。

1.4 能耗不同

可編程控制器的體積小，可以裝在機械設備內部，在復雜的控制系統中，可以將開關柜的體積縮小到原來的1/10～1/2。可編程控制器的配線比繼電器控制系統的配線少得多，所以可以節省大量的配線和附件，也使能耗降低，同時節省大量的費用。

2 PLC在組合機床中的應用

2.1 組合機床的特點

組合機床是由一些通用部件和按加工需要而設計的專用部件組成的高效率自動化或半自動化的專用機床。這類機床通常是從幾個方向對工件進行加工，加工工序集中，要求各個部件的運動順序、速度、起動、停止、正向、反向、前進、后退等均應協調配合、并按一定的程序自動或半自動地進行。

在組合機床中，通用部件一般占機床零部件總量的70%～80%，主要由動力部件、支撐部件、輸送部件、控制部件、輔助部件組成。

2.2 機械動力頭控制線路

動力頭是組合機床的通用部件的主要組成部分，用于完成道具切削運動和進給運動。下面以JT4036型機械動力頭配置的組合機床為例，分析其控制要求，編寫PLC程序，完成加工要求。

2.2.1 JT4036型動力頭傳動系統：

JT4036型動力頭由快速電動機正反轉完成快速進退功能，由主軸電動機完成主軸旋轉和進給功能。主軸電動機通過兩對交換齒輪A、B、C、D驅動主軸旋轉，再由蝸桿帶動蝸輪，經兩對進給齒輪E、F、G、H及摩擦離合器將轉矩傳遞給第二副蝸桿、蝸輪使套筒回轉，這時，裝在套筒上的螺母也隨之回轉。動力頭作快速進退時，主軸電動機停轉，套筒和螺母不轉動，電磁閘放松，快速移動電動機經絲桿拖動動力頭快速進退。主軸電動機帶動螺母回轉驅使動力頭作工作進給時，絲杠被裝在滑座上的快速移動裝置的電磁閘制動[2]。

2.2.2 具有一次工進的控制過程分析

兩臺電動機，主軸電動機M1，拖動主軸旋轉及動力頭工進，快速移動電動機M2，拖動動力頭快速進退，控制順序如圖1所示。按下SB1，快速移動電動機M2正轉，動力頭快進，行程開關SQ2被擋鐵壓下，發出“快退—停止”轉換信號，M2停轉，同時主軸電動機M1轉動，動力頭工進。當擋鐵壓下SQ3時，M1停轉，動力頭停止工進，同時M2反轉，動力頭快退。當擋鐵壓下SQ1時。M2停轉，動力頭停止，完成一次自動循環。控制系統電氣原理圖主回路如圖2所示。

圖1 控制順序圖Fig.1 Control sequence diagram

圖2 電氣原理圖Fig.2 Electrical diagram

2.3 可編程控制技術設計

本系統采用三菱的FX2N系列控制器，根據前面所述以JT4036型機械動力頭配置的組合機床控制任務的要求，可以算出I/O點數。輸入信號：起動按鈕、快進限位開關、工進限位開關、快退限位開關。輸出信號：主軸電動機、快速移動電動機。

根據輸入輸出點數及功能要求，選用FX2N－16MR型可編程控制器可以滿足控制系統的要求。

下面進行I/O分配。

輸入信號：

可編程控制器外部接線圖如圖3所示。運用STL指令可以很方便的編制順序控制梯形圖程序如圖4所示。

圖3 外部接線圖Fig.3 External wiring diagram

編程軟件采用GX Developer，其程序語言是梯形圖[3]。GX Developer運用于個人計算機環境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項。在GX Developer中可以通過執行菜單“編輯”→“梯形圖標記”命令，將已編好的程序輸入到計算機，并通過執行菜單“變換”→“變換”命令保存。再執行菜單“在線”→“遠程操作”將程序運行并監控。

3 結束語

采用PLC控制技術代替傳統的繼電器控制電路，可提高系統的抗干擾性和穩定性。尤其是運用STL指令進行PLC編程，可將復雜的硬件繼電器的控制電路圖簡化為梯形圖語言，使控制系統的建立方便、高效。在相同條件下，采用PLC控制系統要比繼電器控制電路的能耗和費用降低很多。因此，將PLC控制技術運用于組合機床的控制電路，非常具有研究價值。

圖4 梯形圖Fig.4 The ladder diagram

[1]孫振強.可編程控制器原理及應用教程[M].2版.北京：清華大學出版社，2010.

[2]譚維瑜.電機與電氣控制[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3]鄧林興.混合可編程控制PLC技術組合機床控制系統研究[J].制造業自動化，2012（10）:76－77，81.DENG Lin-xing.Combined machine tool based on PLC control design application[J].Manufacturing Automation，2012（10）：76－77，81.

[4]徐建俊.電機與電氣控制項目教程[M].北京：機械工業出版社，2010.

[5]王也房.可編程控制器應用技術[M].北京：機械工業出版社，2001

[6]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用[M].重慶：重慶大學出版社，2002.