淺談PLC在機床電氣控制中的應用

孫璐*

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淺談PLC在機床電氣控制中的應用

孫璐*

（生特瑞（大連）工程項目管理有限公司，遼寧大連，116000）

針對組合機床在特殊工件加工過程中的重要性，提出了一種用PLC控制代替傳統的接觸器-繼電器控制的策略。首先引入了組合機床的用途和加工方式，從組成部分、工作原理入手對整個加工過程進行了分析和論證，指出了組合機床在工作過程中存在的問題和不足。文章使用西門子PLC作為主機的控制系統對組合機床電氣系統進行了改造，完全按照組合機床的拖動方式和控制要求進行硬件的選型、組合和軟件的設計。安裝調試完畢后用于零件的加工，加工過程比較平穩，控制功能完備，說明改造后的PLC系統是可行的。

PLC；組合機床；控制系統；改造

引言

隨著我國加工制造業的不斷發展壯大，一些特定形狀和特殊工藝要求的零部件需求日益增大，這種零部件是通過多工序、多工位等加工方式配合完成，工藝流程復雜，精度要求較高。組合機床基本滿足上述要求，并且能同時完成多個工序的加工，相比單一工序加工的普通車床，生產效率高達幾倍甚至更多，而且還能根據產品的需求靈活配置資源，有效的減少了加工時間，有效的降低了生產成本。組合機床的電氣系統是傳統的交流接觸器-繼電器系統，這種系統的優點是操作簡單、維修難度低，缺點是元器件有電氣壽命和機械壽命，動作一定次數后容易燒壞，拿交流接觸器為例，優點是接線簡單、吸力較大，缺點是啟動電流較大，通常為額定電流的4～7倍，頻繁啟動容易影響同一電網其它用電器的使用，線圈匝數少而細，內部進入異物卡死觸電線圈非常容易燒壞。這種元器件還受到觸點的約束，對于組合機床這樣的復雜系統，觸點可能約束了功能的實現。觸點裸露在空氣中，頻繁動作，使得觸點氧化比較嚴重，一旦出現接觸不良，系統容易出現故障。交流接觸器-繼電器控制系統主要的缺點是非線性，從控制理論的角度來分析，就是系統容易產生振蕩。

PLC控制系統主要體現在以下幾個方面：可以應用到復雜系統的控制中，且功能強大；體積越來越小，節省空間；接線方便，通過端子與外設相連，有很強的驅動能力；利用軟件的方式代替交流接觸器和時間繼電器，“軟”觸點數量是無限的，這樣避免了因為觸點接觸不良導致的故障，可靠性高；編程方法簡單易學，仿真軟件可以在線檢測錯誤，為調試節省了時間；維修簡單，通過PLC指示燈就可以縮小排查的范圍，節約時間的同時節省了成本。綜上所述優點，用PLC控制取代傳統的電氣控制可靠性高，通過自檢功能，隨時把工作過程反饋給操作者，為零部件的加工提供了保障，為維修提供了方便。

1 組合機床的結構組成和控制要求

了解了組合機床的結構組成，分析其工作過程和工序，方便梯形圖的編寫，組合機床的結構如圖1所示：

組合機床是由動力滑臺（7）提供動力，由動力箱（3）控制電動機帶動主軸箱提供動力，用來切削工件，工件通過夾具和工作臺來固定。YV線圈控制滑臺前后，加緊放松，零部件的定位。

工作原理：加工零部件時，零部件通過夾具加緊后，按下啟動按鈕后，零部件按照控制系統的要求隨動力滑臺橫向進給、縱向進給往復運動，這個過程是一個定位環節。根據刀具的位置定位結束后，通過時間繼電器啟動主軸電動機帶動刀具轉動，隨后啟動冷卻泵電動機提供冷卻液，冷卻液電動機必須在主軸電動機啟動后，加工零部件時才能啟動，所以是手動操作。零部件加工完成后，零部件隨滑臺回到原點，夾具放松，零部件取下，加工結束。如果還有其它工序，那么滑臺就帶動零部件進入下一個加工位置等待加工……

2 PLC設計相關

硬件組成分析：控制對象為4臺電動機，輸入開關量為21個，輸出開關量為15個，所以選用24個輸入/輸出點即可。其中輸出為4個交流接觸器，1個指示燈，10個電磁閥。

控制對象啟停分析：首先滑臺電動機啟動，進行左、右運動，由兩個接觸器控制；接下來是主軸電動機，應該在滑臺左右循環一次后啟動，滑臺回到原點后停止轉動，由一個接觸器控制；冷卻泵電動機是在主軸電動機啟動加工零部件時啟動，所以主軸電動機先啟動，冷卻泵再啟動，手動控制或自動控制都可，由一個接觸器控制。

主要環節I/O分配表如表1所示：

表1 主要環節I/O分配表

還有液壓系統啟動，組合機床的加緊、放松、滑臺移動都是通過液壓系統提供動力，則液壓系統啟動、停止都分配有地址，夾具加緊、松開至關重要，分配有地址。滑臺向右或向左移動都有限位開關進行保護，分配有地址。夾緊和放松也有限位開關進行檢測和保護，分配有地址。參照上表，工件的夾緊、放松、電機的左轉、右轉、前進、后退、工件的定位都是PLC通過端口輸出控制各環節相對應的電磁閥來實現。4臺電動機則是通過接觸器來控制，依次為KM1、KM2、KM3、KM4，指示燈顯示夾緊與否，由于電壓為24V，所以通過中間繼電器進行接通顯示。

手動控制梯形如圖2所示：

圖2 組合機床手動控制程序

上圖截取了手動控制程序的一部分，用來說明梯形圖是如何表達工藝流程的。在實際加工中，組合機床有兩種模式，即手動控制模式，用各種按鈕來實現加工過程，每一次操作只能控制一個元器件的啟停；自動控制模式，因為組合機床沒有加裝機械手，所以零部件的夾緊、放松還是手動安裝，當與刀具的位置對應好后，PLC介入，這個時候進入自動的初始化，完畢后，按下啟動按鈕，系統進入自動控制過程，按照事先設定好的程序進行加工。這一環節結束后，又返回到初始化，為下一個加工工序做準備，……直至執行完工藝全過程。

3 結束語

文章基于組合機床在加工制造業中的重要性，針對傳統的交流接觸器-繼電器控制系統進行了技術改造，用流行的PLC作為控制系統的核心，配合接口技術來完成對組合機床的控制。文中涉及了一部分改造內容，比如PLC中I/O分配表、手動程序的設計，相關篇幅不一一列舉，改造后的系統是嚴格按照組合機床的控制環節而來，工藝流程通過PLC對梯形圖掃描來逐個完成。經過實際操作，發現改造后的電氣系統運行穩定，通過自帶的檢查環節，將系統的故障通過代碼或梯形圖的編譯結果反饋給操作者，很容易縮小故障排查的范圍，為零部件的加工提供了保障，為后期的維修提供了方便。

[1] 吳作明. 工控組態軟件與PLC應用技術[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2007.1.

[2] 戴一平. 可編程控制器技術及應用[M]. 北京: 機械工業出版社, 2004.2.

[3] 陳義鋒. PLC的應用及控制系統設計[J]. 湖南農機, 2010, (03): 22-23.

[4] 張國蓉. PLC程序設計編程技巧[J]. 考試周刊, 2011, (04): 156-158.

[5] 張學輝. 西門子PLC程序設計方法研究[J]. 機械工程與自動化, 2010, (06): 15-16.

The Application of PLC in Electric Control of Machine Tool is Discussed

SUN Lu*

((dalian) engineering project management co., LTD., Liaoning Dalian, 116000, China)

based on the importance of combinatorial machine tool in the process of special workpiece, this paper puts forward a strategy to replace traditional content-relay control with PLC control. First introduces the purpose of combination machine tools and processing way, from the component, the working principle of the machining process are analyzed and demonstrated, points out the combination machine tools in the working process of the existing problems and the insufficiency. Article using Siemens PLC as the main control system of modular machine tool electrical system is reformed, completely according to the drag pattern of combination machine tools and control requirements for the design of software and hardware selection, combination. After the installation and debugging, it is used for the processing of parts, the processing process is stable and the control function is complete, indicating that the modified PLC system is feasible.

PLC combined machine tool control system transformation

孫璐. 淺談PLC在機床電氣控制中的應用[J]. 數碼設計, 2017, 6(5): 65-66.

SUN Lu. The Application of PLC in Electric Control of Machine Tool is Discussed[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 65-66.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.027

TP26.3

A

1672-9129(2017)05-0065-02

2017-02-13；

2017-03-05。

孫璐（1989-3），女，遼寧大連，機電助理工程師，大學本科，雙學位，研究方向：自動化。E-mail:761169069@qq.com