PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

何達(dá)庭

（廣西城市職業(yè)大學(xué) 廣西 崇左 532200）

1 引言

本文首先概述PLC及其結(jié)構(gòu)，分析PLC在機(jī)床電氣自動化控制改造中的重要作用以及具體應(yīng)用，然后從系統(tǒng)工作方式、系統(tǒng)編程方案、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、信息輸出類型匹配、機(jī)床控制系統(tǒng)硬件、機(jī)床自動控制系統(tǒng)等幾個方面，圍繞應(yīng)用PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，提出幾點操作方法方面的建議。

2 PLC及其結(jié)構(gòu)概述

PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫，其內(nèi)部程序采用了可編程的存儲器，能夠通過數(shù)字進(jìn)行信息輸入和輸出，向用戶發(fā)出指令，讓用戶自動執(zhí)行定時、計數(shù)、運(yùn)算、控制等命令，主要用于控制生產(chǎn)過程和各種機(jī)械工作中，能夠取代傳統(tǒng)繼電器更好地進(jìn)行相關(guān)控制[1]。在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，PLC發(fā)揮的作用十分突出，并且隨著生產(chǎn)工藝和技術(shù)的進(jìn)步，PLC的作用將無可替代。其編程簡單、功能完備、使用范圍廣、操作方便，具有可靠性、通用性、抗干擾性等特點。

PLC由電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊等幾部分配置組合而成，按照組合規(guī)則的不同，具體又可分為固定式和組合式兩種。電源，是保證PLC正常工作的基礎(chǔ)，在整個PLC中作用十分重要，需要保持電源的可靠、良好、穩(wěn)定。中央處理單元是PLC的“大腦”，能夠根據(jù)PLC程序賦予的功能，接收、存儲、診斷用戶鍵入的程序和數(shù)據(jù)，發(fā)出指令。存儲器，主要是存放PLC系統(tǒng)軟件程序和用戶的應(yīng)用軟件程序。輸入輸出接口電路，是現(xiàn)場控制PLC接口界面的輸入、輸出通道，可以通過PLC向現(xiàn)場執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的信號。功能模塊，可以通過PLC進(jìn)行定位、計數(shù)。

3 PLC應(yīng)用到機(jī)床電氣自動化控制改造中的重要作用

3.1 增加機(jī)床電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)、信息存儲量

PLC是以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，實際上是一種控制計算機(jī)，擁有自己的存儲器，可以獨立存儲系統(tǒng)程序軟件和用戶的應(yīng)用軟件，因此有效提高了機(jī)床電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)、信息存儲量[2]。在實際工作中，還能根據(jù)不同需要調(diào)出電氣設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)定位故障部位，幫助準(zhǔn)確、及時查找和排除設(shè)備故障。

3.2 促進(jìn)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化

PLC主要是利用軟件對系統(tǒng)進(jìn)行控制，在機(jī)床電氣化自動控制系統(tǒng)中，通過把PLC與自動控制技術(shù)結(jié)合，能夠大大提高機(jī)床電氣控制的智能化水平，提升系統(tǒng)的反應(yīng)速度和效率。在實際工作的電氣控制系統(tǒng)中，PLC的中央處理單元能夠控制整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行準(zhǔn)確處理、判斷，提高電氣控制系統(tǒng)性能，促使其更好、更高效地運(yùn)行[3]。同時，還能解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)缺乏靈活性、觸點不穩(wěn)定的情況，進(jìn)一步提高機(jī)床自動化水平。

3.3 提升機(jī)床電氣自動化控制的抗干擾性

機(jī)床電氣自動化控制系統(tǒng)，在外部環(huán)境發(fā)生變化的時候，如溫度、電磁等，容易受到一些干擾，可能會影響控制系統(tǒng)的正常工作，甚至干擾到整個系統(tǒng)。而PLC應(yīng)用到機(jī)床電氣自動化控制中能提高系統(tǒng)的抗干擾性，可以根據(jù)外部環(huán)境變化，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)、參數(shù)的調(diào)整，降低外部環(huán)境對系統(tǒng)的影響。

4 PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的具體應(yīng)用

4.1 提高機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的整體性能

在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中應(yīng)用PLC，分為獨立式和內(nèi)置式兩種方式。采用獨立式PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)特點和工作實際需要，有針對性地選擇產(chǎn)品。讓PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)工作過程中更好發(fā)揮功能，優(yōu)化和提升機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的性能，進(jìn)而提高整個機(jī)床的整體工作性能。采用內(nèi)置式PLC，應(yīng)當(dāng)與機(jī)床NC技術(shù)結(jié)合，提高不同技術(shù)在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中傳遞信號的速度，優(yōu)化機(jī)床內(nèi)部電氣控制系統(tǒng)總線交換，讓信息傳遞變得更順暢、更快速，提升系統(tǒng)應(yīng)用功能。

4.2 提高機(jī)床電氣控制系統(tǒng)內(nèi)部信息交換效率

機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要任務(wù)是實現(xiàn)對機(jī)床運(yùn)行程序的精準(zhǔn)化、精細(xì)化控制，其融合了信息技術(shù)、數(shù)字控制、電氣化等技術(shù)。PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮其信息交換自動化、智能化的功能，與機(jī)床電氣控制系統(tǒng)內(nèi)部信息相互融合，提高信息交換的效率。可以控制機(jī)床內(nèi)局部信息的交換，也可以控制機(jī)床運(yùn)行系統(tǒng)信息的全面交換。通過機(jī)床不同功能模塊的接口，利用PLC進(jìn)行控制，并根據(jù)工作實際需要靈活調(diào)整設(shè)置，發(fā)揮出PLC在機(jī)床內(nèi)控制系統(tǒng)信息交換方面的優(yōu)勢。

4.3 提高機(jī)床電氣控制系統(tǒng)流程控制精度

在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中應(yīng)用PLC技術(shù)，能夠提高系統(tǒng)工作流程的控制精度，具體可以通過以下幾個方面來完成：（1）在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)輸入階段，通過PLC獲取機(jī)床運(yùn)行各項數(shù)據(jù)，掌握機(jī)床運(yùn)行實際情況。在這個階段，利用PLC把外部輸入與電氣控制系統(tǒng)電路連接，準(zhǔn)確獲取輸入的信息，保證相關(guān)程序的正確執(zhí)行。（2）在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)執(zhí)行階段，通過PLC按照程序、指令全面指揮操作，在讀取相關(guān)指令的基礎(chǔ)上規(guī)范程序運(yùn)行。（3）在程序指令執(zhí)行方面，通過PLC輸入信息與執(zhí)行，在穩(wěn)定輸入的同時有效輸出，并準(zhǔn)確執(zhí)行各項指令。

5 應(yīng)用PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

5.1 設(shè)計系統(tǒng)的工作方式

應(yīng)用PLC能提高機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的操作精度，進(jìn)行精準(zhǔn)信息反饋以及檢測機(jī)床運(yùn)行，提高工作效率。為進(jìn)一步提高機(jī)床電氣控制系統(tǒng)操作精度，應(yīng)基于PLC對機(jī)床電氣控制系統(tǒng)工作方式進(jìn)行設(shè)計。結(jié)合系統(tǒng)的功能模塊，合理設(shè)計系統(tǒng)操作功能和程序，分類執(zhí)行機(jī)床數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行集成化操作，提高機(jī)床運(yùn)行的精度和可控性。在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行信息控制，操控系統(tǒng)在閉環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行，通過鏈接傳感器與內(nèi)部模塊，可以把設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及時反饋到操作系統(tǒng)中。還可以進(jìn)行功能拓展，利用控制器操作功能，通過接口把控制器與系統(tǒng)鏈接，用PLC數(shù)據(jù)指令執(zhí)行實現(xiàn)對機(jī)床工作流程精準(zhǔn)控制。

5.2 設(shè)計系統(tǒng)的編程方案

應(yīng)用PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，應(yīng)結(jié)合PLC制訂控制系統(tǒng)編程方案，確定編程語言、指令語句。要想做好這項工作，應(yīng)遵循讓操作者方便使用、易學(xué)易懂的原則，即使是初學(xué)者也可以在短時間里掌握操作方法。比如，在設(shè)計機(jī)床電氣控制系統(tǒng)編程方案中，可以使用與計算機(jī)系統(tǒng)語言相通的指令語句表，讓操作者通過熟悉的計算機(jī)語言實現(xiàn)記憶。還可以在繼電器梯形圖的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計，升級梯形圖編程語言。在程序編寫和執(zhí)行上要遵循一定規(guī)則和順序，如從上到下、從左到右等，在執(zhí)行指令上也應(yīng)當(dāng)如此。與此同時，還要關(guān)注梯形圖的起始和終止母線，編程方案中控制系統(tǒng)的邏輯行設(shè)計。

5.3 設(shè)計系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)

設(shè)計機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，主要針對系統(tǒng)中的軟件和硬件，以PLC為基準(zhǔn)，結(jié)合功能模塊進(jìn)行分類配置。確保機(jī)床操作運(yùn)行正常化，順利完成機(jī)床各項操作，完善機(jī)床操作功能。通過PLC接收到的機(jī)床控制信號，控制機(jī)床軟件和硬件，并編入系統(tǒng)，進(jìn)行編號排列，完成對機(jī)床整體運(yùn)行的控制。

5.4 信息輸出類型匹配的設(shè)計

應(yīng)用PLC對機(jī)床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造的過程中，在信息輸出類型上，機(jī)床電氣控制系統(tǒng)外圍設(shè)備應(yīng)與PLC相互匹配。反之，對于機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的改造將不能正常進(jìn)行。因此，應(yīng)當(dāng)對兩者信息輸出類型進(jìn)行匹配設(shè)計，這包括輸出負(fù)載、電流、頻率等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。比如，由于PLC本身負(fù)載的不同，在輸出方式和類型設(shè)計上，也必須根據(jù)PLC進(jìn)行選擇，以消除機(jī)床系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性，保障機(jī)床運(yùn)行安全。

5.5 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

編程、運(yùn)行參數(shù)、輸出類型等設(shè)計，都屬于機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計，應(yīng)用PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，還應(yīng)對系統(tǒng)硬件進(jìn)行合理設(shè)計[4]。主要包括機(jī)床的自動換刀和檢測，其中檢測涉及檢測斷刀和深度檢測兩項內(nèi)容。（1）自動換刀的設(shè)計。自動換刀在機(jī)床運(yùn)行中的作用至關(guān)重要，我們可以通過PLC控制和誘導(dǎo)機(jī)械臂完成相關(guān)動作。如刀具的展伸與回收，以及夾緊與松開，完成機(jī)床自動換刀。（2）檢測斷刀的設(shè)計。在機(jī)床運(yùn)行中發(fā)生斷刀故障比較常見，這也是影響機(jī)床順利運(yùn)行的主要故障之一，因此在運(yùn)用機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，如何有效預(yù)測和避免斷刀，成為一項重要工作。應(yīng)用PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)過程中，我們可以設(shè)計通過傳感器檢測斷刀，如刀具的磨損、斷裂、縫隙等，并進(jìn)行及時處理，有效減少斷刀事故的發(fā)生。（3）對機(jī)床進(jìn)行深度檢測。這項工作也應(yīng)在PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計中引起重視，否則會直接影響機(jī)床的后續(xù)工作或者是產(chǎn)品質(zhì)量。

5.6 機(jī)床自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，應(yīng)設(shè)計機(jī)床自動控制系統(tǒng)，去掉繁瑣的手工控制工序，最大限度地實現(xiàn)機(jī)床工作的自動化控制。通過編程把機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù)、參數(shù)、程序等，輸入到PLC中央處理單元，然后控制機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，發(fā)出指令指揮機(jī)床自動運(yùn)行。在機(jī)床發(fā)生故障和異常時，也可以通過這種設(shè)計自動反饋信息，啟動機(jī)床的故障解決功能。或者是發(fā)出故障警報，并提示故障的部位、原因等，輔助維修人員或是操作人員對機(jī)床進(jìn)行維修，以便快速解除故障。

6 結(jié)語

綜上所述，PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，可以提高機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的整體性能、內(nèi)部信息交換效率以及工作流程控制精度。應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)工作方式、編程、運(yùn)行參數(shù)、信息輸出、硬件、自動控制等幾個方面入手，通過PLC設(shè)計、改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)。