基于PLC的加工中心控制設計

喬志剛

摘 要：加工中心設計采用PLC技術，能夠提升自身的換刀和選刀效率。基于PLC的控制系統擁有良好的穩定性與操作性，能夠降低能耗，縮小誤差。因此，本文探討了基于PLC的加工中心控制設計。首先概述PLC的應用領域和優點，然后探討基于PLC的換刀控制，再闡述基于PLC的加工中心控制系統特點，最后分析具體的控制設計。

關鍵詞：PLC;加工中心;控制設計

中圖分類號：TG659;TP273文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）04-0076-03

Abstract： The machining center design adopts PLC technology， which can improve its own tool change and tool selection efficiency. The PLC-based control system has good stability and operability， which can reduce energy consumption and reduce errors. Therefore， this paper discussed the control design of the machining center based on PLC. In the meantime， it first summarized the application fields and advantages of PLC， then discussed the PLC-based tool change control， then elaborated the characteristics of the PLC-based machining center control system， and finally analyzed the specific control design.

Keywords： PLC;machining center;control design

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。其因具有可靠性高、編程容易、組態靈活的優勢而被廣泛應用。本文主要分析基于PLC的加工中心控制設計。

1 PLC概述

PLC是基于計算機發展而來的新型工業控制裝置，也是為工業生產而設計的電子裝置，如圖1所示。PLC采用能夠用于編寫程序的存儲器，主要用于下達各種內部存儲的運算操作指令，同時利用數字式輸入（出）對機械進行控制。PLC及其有關的各種外圍設備都需要根據工業控制系統要求，構建統一的整體，優化功能設計。PLC本身具有諸多優勢，應用范圍不斷擴大，當前，其已經在我國諸多工業門類中得到應用[1-3]。

1.1 應用領域

PLC應用領域主要包括兩點。一是運動控制。PLC利用專用指令，對圓周或直線運動的加速度與速度進行控制，有效實現雙軸、單軸位置等方面的控制，將順序控制與運動控制兩者有效結合。二是數據處理。當下，PLC具有數據采集、傳輸以及處理等功能，并且能夠對新數據和存儲器中的數據進行比較。

1.2 PLC的優點

一是可靠性高。PLC并不需要過多的元件，這使得PLC連線變得很少，系統維修十分簡單。PLC還采用抗干擾措施，擁有較強的抗干擾能力，其可以應用在具有強烈干擾的作業現場，不會輕易出現故障，PLC成為企業非常喜歡使用的控制裝置。二是維修工作量較小。PLC本身發生故障的概率很低，其自身擁有較為健全的顯示與自我診斷功能，這使得PLC的維修量非常小。當發生故障時，檢修人員能夠第一時間知道故障發生的原因和位置，方便檢修[4-7]。三是具有很強的功能。小型PLC含有很多供用戶使用的編程元件，相較于其他同類型的裝置，其擁有很強的功能，能夠實現較為復雜的控制功能。

2 基于PLC的換刀控制

當前，我國制造業高速發展，加工中心要加強對刀具的自動控制。自動換刀不僅能夠提升加工效率，還能夠有效避免人工換刀而導致的問題。自動換刀系統主要包括機械手、刀庫和控制裝置三部分，若刀庫體積過大，將會直接影響換刀時的移動速度，容易出現誤差[8-10]。機械手能夠使得換刀作業更加高效，可以實現快速移動。加工中心換刀控制可以通過若干程序完成提速，有效節約加工時間。為了有效提升加工進度，研究人員可以以PLC為基礎，設計自動換刀系統，通過PLC對換刀進行更加準確的控制，從而滿足加工需求。

3 基于PLC的加工中心控制系統特點

3.1 穩定性良好

以PLC為基礎所構建的加工中心控制系統本身擁有良好的抗干擾能力。和繼電器相比，從存儲形式來看，PLC擁有非常好的邏輯性，二者都是通過程序形式完成存儲工作，若程序發生改變，那么邏輯隨之改變。傳統繼電器控制主要采用并聯組合，利用硬線進行連接，連接線很多，通常會影響日后的調整[11-12]。從控制方式來看，繼電器控制通過機械觸點來達到控制效果，并不能達到理想的狀態，甚至還會大大降低工作效率。而PLC則利用指令完成控制，擁有很快的運行速度。PLC可以有效解決加工中心的控制問題，降低外界干擾，大大提升設備的使用率。現階段，加工中心已經廣泛應用PLC，使用效果良好，能夠有效預防故障。

3.2 操作性較強

基于PLC的加工中心控制系統應用較為便捷，適用于較為復雜的環境，可以為諸多用戶提供編程服務。相較于繼電器，PLC構建的系統擁有更大的優勢，不僅可以將互聯網作為出口進行分散控制，還使得操作更加簡單、管理更為集中。加工中心利用PLC替代繼電器，使得控制工作變得更加精準，大大提升了工作效率[13-14]。PLC具有良好的故障處理能力，如果系統內部出現故障，就會及時發出警告，讓工作人員第一時間發現故障，及時檢修，快速解決故障，使得加工中心正常工作，從而降低損失。

3.3 能耗低且質量輕

PLC的能耗較低，質量很輕，操作簡便，因為PLC借助大規模集成電路組裝而成[15-16]。PLC可以促進機電一體化，讓加工中心實現良好的自動控制。過去，復雜的控制系統通常使用大量繼電器進行控制，而PLC可以有效降低繼電器使用數量，使控制系統變得更加簡單。PLC本身體積很小，如此便可以縮小開關柜的體積，為加工中心節省空間。

4 基于PLC的加工中心控制設計

加工中心需要使用不同刀具完成加工工作，其需要選擇最為適合的刀具，利用選擇指令實現自動換刀。自動選刀主要包括兩種模式。

4.1 按順序選刀

人們根據加工時所使用的刀具順序將不同刀具放入刀座中，刀具順序不可擺錯，否則將會引發嚴重的加工事故。如果加工的零件發生變化，就要改變刀具順序，以便滿足加工需求[17-18]。這種刀具選擇模式具有非常明顯的弊端，主要表現為加工相同工件時所使用的刀具難以重復使用，人們需要通過增加刀具數量實現重復加工，這會直接降低刀具利用率。

4.2 隨機選刀

隨機選刀是將刀庫中的所有刀具編碼，在實際加工過程中只需要根據編碼選擇刀具即可。隨機選刀的選擇方式主要有計算機記憶選擇、編碼選擇等。

計算機記憶選擇是利用軟件選刀，替代以往的人工選刀模式，能有效提升選刀的質量與效率。刀庫可以隨意交換刀具和主軸，以便實現隨機換刀。主軸要根據刀具數量設置換刀模式，之后將其存儲在PLC中。需要注意的是，刀庫位置與刀具編號要保持一一對應。利用軟件選刀，能夠避免刀具位置發生錯誤，提升刀具選擇的可靠性與合理性[19]。例如，當刀庫擁有40把刀具時，對刀具從1到40進行編號，其在計算機中的地址則是TAB+1到TAB+40，如表1所示。此時，如果將刀具隨意放置，那么計算機只需要根據具體的編號選擇刀具即可，刀具便能夠被正確選擇，而刀具在計算機系統中便被虛擬地址取替。事實上，計算機主要借助編程指令選擇刀具。系統收到指令，便會自動選擇刀具，同時檢索刀具編號。從PLC內部來看，計數器通常都會出現隨機轉換，當刀具庫正轉刀位時，PLC計數器讀數將會不斷增加，而逆轉則會減少。系統內部還會掃描刀座號與刀具編號，當兩者相契合時，刀具庫就會停止轉動，此時便可以從中選擇需要的刀具;如果兩者沒有契合，那么刀庫便會繼續轉動，直到找出最為契合的刀座。

5 結論

刀具控制是保障加工中心正常運轉的關鍵，研究人員需要給予高度重視。以往加工中心的控制主要利用繼電器，然而繼電器具有明顯的不足，這使得人們開始利用PLC對加工中心控制系統進行設計，以便獲得更好的控制效果。當前，人們要充分發揮PLC的優勢，促進傳統加工中心的優化升級，有效保障換刀系統運行時的安全性。

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