數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

文/鄭宗河

1 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 電氣控制單元

電氣控制系統(tǒng)是由電源和電機(jī)模塊以及運(yùn)動(dòng)控制器組成的?，F(xiàn)如今，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的電源模塊電流主要包括以下兩種類型：一種是將固定的電流轉(zhuǎn)化成預(yù)定電流，并且能夠與運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通信的可調(diào)電流；另外一種是難以轉(zhuǎn)化的電流，不能與運(yùn)動(dòng)控制器通信的不可調(diào)電流。電機(jī)模塊主要包括裝機(jī)裝柜型和書(shū)本型，其主要負(fù)責(zé)將通過(guò)的電流轉(zhuǎn)變成與電動(dòng)機(jī)使用要求相符合的交流電。電氣控制模塊是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部位，其中，運(yùn)動(dòng)控制器是電氣控制系統(tǒng)的核心，它主要負(fù)責(zé)控制主體工作系統(tǒng)的運(yùn)行和技術(shù)，以此來(lái)確保其順利運(yùn)行以及電氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 執(zhí)行部分

此部分主要是由數(shù)控機(jī)床直接對(duì)零件進(jìn)行加工，通過(guò)控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)行。通常情況下，換刀過(guò)程可能會(huì)改變刀具之前的運(yùn)動(dòng)軌跡，由于刀具在加工過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)磨損或斷裂的現(xiàn)象，因此，采用光纖傳感器來(lái)檢測(cè)刀具，可以保證加工質(zhì)量。

1.3 核心控制部分

核心控制部分主要指利用軟件來(lái)分析和應(yīng)用程序。工控機(jī)在讀取輸入信息的過(guò)程中，向運(yùn)動(dòng)控制器中傳輸準(zhǔn)確的信息，然后，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)這些信息來(lái)控制電動(dòng)機(jī)模塊，進(jìn)而有助于控制整個(gè)機(jī)床工作區(qū)。此外，利用光柵尺對(duì)加工區(qū)域的信息進(jìn)行檢測(cè)后，還應(yīng)該通過(guò)傳感器將相關(guān)信息轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信息并向運(yùn)動(dòng)控制器中傳輸，借助傳感器來(lái)檢測(cè)機(jī)床的實(shí)際工作情況，并向電氣控制系統(tǒng)傳輸有關(guān)信息。

2 基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制方式的選取

一般來(lái)講，所選取的電氣控制方式直接決定著數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的基本功能和穩(wěn)定性。根據(jù)制定的標(biāo)準(zhǔn)、所控制目標(biāo)的主要特點(diǎn)、精度與系統(tǒng)運(yùn)行速度以及系統(tǒng)的性價(jià)比，確定X、Y軸選取PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制器+電機(jī)+光柵尺來(lái)進(jìn)行閉環(huán)控制。此種組合形式，能夠使PC機(jī)充分地發(fā)揮出自身的處理能力，從而提高了數(shù)據(jù)處理與人機(jī)交互水平，運(yùn)動(dòng)控制器的優(yōu)點(diǎn)為高速性和高精度，光柵尺可以為系統(tǒng)提供精度1μm的位置信息。此外，運(yùn)動(dòng)控制器還可以向數(shù)控機(jī)床的各種類型的傳感器中接入，并及時(shí)加以處理，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中，運(yùn)動(dòng)控制卡能夠接入的軸僅僅為幾根，然而，運(yùn)動(dòng)控制器卻可以一直增加軸的數(shù)量，從而有利于系統(tǒng)的優(yōu)化。

3 PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的控制功能

程序指令是PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)，也就是將目的明確的控制程序融入到相應(yīng)的程序中，從而對(duì)信號(hào)的傳輸過(guò)程加以控制。另外，在此過(guò)程中，為了提升控制精度，還應(yīng)該對(duì)有關(guān)的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)信息展開(kāi)全面分析，并通過(guò)向可編程控制程序中植入PLC開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制數(shù)控機(jī)床?，F(xiàn)如今，此項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)?shù)控機(jī)床的床側(cè)進(jìn)行有效控制，特別是信號(hào)傳輸控制技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確地讀取和分析。除此之外，PLC技術(shù)還能夠有效地控制面板，進(jìn)而為CNC提供了良好的保障；PLC技術(shù)對(duì)信號(hào)傳達(dá)進(jìn)行了有效控制，穩(wěn)定的控制技術(shù)在信號(hào)傳達(dá)中是避免信號(hào)傳達(dá)出錯(cuò)或被遺漏的一種有效手段；PLC技術(shù)在報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展中也發(fā)揮著推動(dòng)的作用，在數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行中，一旦某個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)發(fā)生了異常，就可以應(yīng)用PLC技術(shù)來(lái)讀取異常信息，然后再向分析處理中心反饋并加以識(shí)別，以此來(lái)發(fā)現(xiàn)異常，并作出預(yù)警提示；PLC技術(shù)能夠加快轉(zhuǎn)換控制升級(jí)的進(jìn)程，在數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程中，各個(gè)操作流程之間的合理轉(zhuǎn)換是提升數(shù)控機(jī)床現(xiàn)代化、自動(dòng)化發(fā)展的有效策略，在部分?jǐn)?shù)控機(jī)床中加工中心組軸能夠?qū)崿F(xiàn)立轉(zhuǎn)換或者是臥轉(zhuǎn)換，PLC技術(shù)的應(yīng)用還能夠優(yōu)化這一過(guò)程，進(jìn)而提升了數(shù)控機(jī)床的控制性能。

4 PLC數(shù)控機(jī)床電氣自動(dòng)化控制

4.1 硬件結(jié)構(gòu)

4.1.1 機(jī)械手換刀

機(jī)械手主要包括兩個(gè)自由度，為氣動(dòng)型。將機(jī)械臂向上伸展并利用刀具夾緊控制機(jī)械手汽缸進(jìn)氣的動(dòng)作，是通過(guò)控制電磁閥開(kāi)關(guān)而達(dá)到目的的。應(yīng)用SIMOTIOND來(lái)控制機(jī)械手的伸展長(zhǎng)度，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)活塞具有磁性，主要是為了保證刀具能夠準(zhǔn)確地回收到刀庫(kù)中。將磁感設(shè)備置于汽缸外壁，機(jī)械手伸展至有關(guān)位置后對(duì)開(kāi)關(guān)接通進(jìn)行感應(yīng)，SIMOTIOND接收到信號(hào)后，及時(shí)關(guān)閉機(jī)械手的進(jìn)氣路，從而發(fā)揮機(jī)械手限位功能。

4.1.2 斷刀檢測(cè)

斷刀檢測(cè)往往采取OC方式，利用光纖傳感器，OC門的接入線可以同24V電源進(jìn)行連接，傳感器的兩根光纖分別接收和輸出紅外線，以此來(lái)確定刀具的有效性。

4.2 系統(tǒng)功能模塊

SIMOTIOND是下位機(jī)軟件的運(yùn)行環(huán)境，它不僅能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行接收，而且還能夠有效檢測(cè)執(zhí)行部件和機(jī)床的實(shí)際工作情況。組軸完成后，往往由程序控制來(lái)操作軸，并利用操作系統(tǒng)來(lái)調(diào)用SIMOTIOND內(nèi)部程序。系統(tǒng)所包括的功能模塊體現(xiàn)如下：

（1）軸使能功能塊。初始化需要啟動(dòng)的軸。對(duì)一根軸進(jìn)行使能是確保其啟動(dòng)的重要基礎(chǔ)。

（2）軸的位置控制功能塊。將某根軸驅(qū)動(dòng)至合適的位置。

（3）軸回零功能塊。就非絕對(duì)值編碼器而言，系統(tǒng)上各次的電軸一定要?dú)w零，以此對(duì)軸的實(shí)時(shí)位置加以確定。

（4）關(guān)閉軸功能塊。通常在無(wú)需再次啟動(dòng)軸時(shí)操作。倘若軸已經(jīng)關(guān)閉，再在軸上運(yùn)動(dòng)就可能導(dǎo)致停機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC技術(shù)是促進(jìn)數(shù)控機(jī)床朝向數(shù)字化、智能化發(fā)展的必然趨勢(shì)，不僅是數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵技術(shù)，而且還有利于提升數(shù)控機(jī)床加工精度。近幾年內(nèi)，隨著我國(guó)工業(yè)科技水平的不斷提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中開(kāi)始得到了廣泛應(yīng)用，從而在一定程度上提升了數(shù)控機(jī)床的加工與控制性能。