機床電控系統的PLC技術數字化改造與應用研究

劉建芬

摘 要：PLC是一種以微處理器為核心，集通信技術、自動化技術、微機技術于一體的工業控制裝置。很多機械企業為了提高機床的工作效率以及精度，將PLC控制技術引入到機床的電控系統中，實現了對機床的控制方式進行改造的目的，以求機床能夠適應市場經濟的需要，提高經濟效益。文章將具體分析機床電控系統的PLC技術數字化改造技術，主要分析了改造的方法、一般步驟以及需要注意的特殊事項。

關鍵詞：PLC；電控系統；微處理器

我國大多數的機械制造行業的生產以及加工裝備絕使用的是傳統的機床，大多數都是役齡10年以上的老機床。這些老機床不但能耗高，工作效率低，而且加工出來的機械產品質量差、品種少、檔次低以及成本高，從而使得我國制造業在國際以及國內市場上缺乏競爭力，這不但影響企業的效益、市場以及產品，而且還阻礙著企業的發展。我國的大陸地區成為“世界工廠”，這使得我國的制造業面臨著巨大的機遇與挑戰，沒有先進的加工手段，企業是不可能在激烈的市場競爭中生存下來的。

1 機床電控系統的PLC技術數字化改造方法

利用PLC技術對機床電氣系統進行改造，可使得機床電路大大的簡化。基本的改造方法是將機床中的電氣元件直接與PLC的各個輸入以及輸出端口相連，各線圈的停啟狀態由邏輯程序確定；利用PLC對機場進行改造不但設計線路簡單，而且機床控制主要由邏輯程序來確定使得機床的維護和設計比較容易。

1.1 電氣元件與PLC的硬件連線

將機床控制電路中的開關、按鈕、繼電器觸點以及接觸器輔助觸點與PLC的輸入端口相連接，將電磁閥線圈、接觸器線圈、繼電器線圈、照明燈、指示燈等耗能元件與PLC的輸出端口相連接；確定各觸點對應的端口號，一般情況下一個電氣元件的多個觸點只需連接PLC的一個輸入口。建立輸入以及輸出端口分配表，按照各個端口號編寫邏輯程序實現邏輯運算。

1.2 邏輯程序設計

將電氣元件與PLC的硬件連線之后，接下來就需要編寫邏輯程序，確定各輸出端口得電以及失電的邏輯條件，實現對各輸出端口對應耗能元件的狀態的控制。依照機床中原控制電路的邏輯關系以及控制要求編寫PLC程序。編寫好程序之后，接下來就要運行PLC程序，PLC程序能夠實現對輸入端口狀態的采集，由編寫的PLC邏輯程序實現邏輯運算，實現對輸出端電氣元件的控制，如電動機、液壓系統以及其他電氣元件工作；PLC程序邏輯控制就是通過開發邏輯程序代替原來元器件間的串、并聯接線，達到簡化電路以及方便維修的目的。

2 機床電控系統的PLC技術數字化改造方案

2.1 機械修理與電氣改造相結合

通常對利用PLC進行改造的機床，需進行機械的修理。首先需要確定修理的要求、范圍、內容；其次確定因電氣改造而需進行機械結構改造的要求、內容；最后需要確定電氣改造與機械修理、改造之間的交錯時間要求。

2.2 先易后難、先局部后全局

當改造步驟確定之后，將整個電氣部分改造可以將整體分成若干個子系統，并對子系統分別進行改造，如數控系統、測量系統、主軸各個子系統等；對各個子系統分別改造之后，將子系統對應部分連接起來組成整個系統。在每個子系統工作中，首先做技術性較低而且工作量較大的工作，然后做技術性高并且要求精細的工作。

2.3 根據使用條件選擇系統

根據機床的外部使用條件，如機床的工作環境、工作溫度、周圍濕度以及灰塵等等，從而選擇改造后的電氣系統性能，如防護性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等等；這樣便使得改造后的電氣系統達到最優。

2.4 落實參與改造人員及其責任

機床改造是一項系統的、工程量巨大的工程，人員配備十分重要。由于是PLC系統改造，要選擇對PLC以及改造機床比較熟悉的研究人員，根據每個子項目的大小，合理地確定項目人數以及具體分工，確定人員的職責，每子項目要有主有次，便于組織與協調。如果項目采用對外合作，在目標明確的前提下，界定分工、確定技術協調人員。

2.5 改造范圍與周期的確定

有時數控機床電氣系統改造，并不一定包含該機床中的全部電氣系統，經過專業人員的分析決定改造范圍。停機改造的周期，由具體企業的實際情況而定，考慮因素有新系統大小與復雜程度、人員技術水平、生產緊張程度、天氣狀況、準備工作充分程度。

3 針對落地鏜床的PLC技術數字化改造

3.1 落地鏜床主傳動控制的PLC改造

3.1.1 主傳動主控制電路

落地鏜床的主軸由30kW，400V直流電動機來驅動，系統采用速度環、電流環雙環調節系統和無環流電樞可逆方式，參數可通過鍵盤和顯示單元進行調整或輸入。主軸電動機的調速范圍為1：18，最高轉速n=1500r/min，最低轉速n=83.3r/min。由懸掛按鈕站上的調速器進行無級調速。

3.1.2 主傳動控制的PLC外圍電路設計為擴大機

落地鏜床的主軸有4擋液壓機械變速，使用旋鈕SA6切換電磁液壓閥YV1、YV2來實現變換機械擋位。機床的主軸能實現正反向點轉，點轉時電動機的轉速83r/min。

3.1.3 主傳動的PLC控制程序設計

落地鏜床的主傳動控制主要是對主電機的正轉、反轉、正向點動和反向點動以及轉動速度可控調節等進行調控；因此，PLC需要需12個輸入點、10個輸出點，落地鏜床主傳動I/O地址分配見表1，落地鏜床主傳動PLC外部接線如圖1所示。

3.2 落地鏜床保護部分控制的PLC改造

3.2.1 急停保護

落地鏜床設有三個急停按鈕：SB0、SB1、SB2，分別位于電柜面板、床身、操作站，主要在緊急情況下使用。出現需要急停時，所有運行設備立即停止。

3.2.2 電機保護主要為每臺電機設置有短路、過載保護。

3.2.3 氣壓保護主要用來檢測氣壓是否達到額定值。

3.2.4 液壓系統保護主要測量油位檢測、壓力檢測等。

3.2.5 潤滑系統保護主要為潤滑系統對每臺電機的保護、流量檢測、潤滑油溫檢測等。

3.2.6 直流電機保護，當驅動器檢測到電機異常時報警，并對直流電機的勵磁電流進行檢測。

3.2.7 信號異常保護：如果系統發出指令，未收到反饋信號，則報警。

3.2.8 超時保護：當機床在一定時間內設定動作為完成，系統報警。

3.2.9 編碼器保護：當系統檢測到計數模塊或編碼器出現短路等異常狀況時報警，就會在觸摸屏上會顯示出報警內容，則系統將自動停止相關的設備。

3.3 進給運動的PLC控制程序設計

落地鏜床進給運動主要控制進給電機的正轉、反轉、正向和反向點動以及轉動速度可控調節等；因此，PLC需要12個輸入點，12輸出點，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設計

主要通過控制面板的轉換開關為SA，且電氣控制系統可以通過手動/自動進行復位控制，為了使得保護部分更加準確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據以上部分的設計，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實現；將PLC應用于落地鏜床不但可以節約大量的電氣元件以及導線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調試比較簡單，減少落控制系統的設計時間，從而達到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經濟效益。

4 結束語

機床電控系統的PLC技術數字化改造，可以改變傳統機床在工作過程中存在的故障多、效率低、維修費等很多問題。機床電控系統的PLC技術數字化改造主要通過機床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個部分元件進行一一對應，改動盡量達到最小化，從而提高了機床控制系統的工作效率以及工作精度，機床電控系統的PLC技術數字化改造是企業在生產活動中能夠更有效地利用資源、節省資源。機床電控系統的PLC技術數字化改造的應用，給企業的生產活動帶來了更大的經濟利益，因此其應用前景十分地廣闊。

參考文獻

[1]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]丁偉.可編程序控制器在工業控制中的應用[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國科學出版社，2003.

3.2.2 電機保護主要為每臺電機設置有短路、過載保護。

3.2.3 氣壓保護主要用來檢測氣壓是否達到額定值。

3.2.4 液壓系統保護主要測量油位檢測、壓力檢測等。

3.2.5 潤滑系統保護主要為潤滑系統對每臺電機的保護、流量檢測、潤滑油溫檢測等。

3.2.6 直流電機保護，當驅動器檢測到電機異常時報警，并對直流電機的勵磁電流進行檢測。

3.2.7 信號異常保護：如果系統發出指令，未收到反饋信號，則報警。

3.2.8 超時保護：當機床在一定時間內設定動作為完成，系統報警。

3.2.9 編碼器保護：當系統檢測到計數模塊或編碼器出現短路等異常狀況時報警，就會在觸摸屏上會顯示出報警內容，則系統將自動停止相關的設備。

3.3 進給運動的PLC控制程序設計

落地鏜床進給運動主要控制進給電機的正轉、反轉、正向和反向點動以及轉動速度可控調節等；因此，PLC需要12個輸入點，12輸出點，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設計

主要通過控制面板的轉換開關為SA，且電氣控制系統可以通過手動/自動進行復位控制，為了使得保護部分更加準確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據以上部分的設計，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實現；將PLC應用于落地鏜床不但可以節約大量的電氣元件以及導線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調試比較簡單，減少落控制系統的設計時間，從而達到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經濟效益。

4 結束語

機床電控系統的PLC技術數字化改造，可以改變傳統機床在工作過程中存在的故障多、效率低、維修費等很多問題。機床電控系統的PLC技術數字化改造主要通過機床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個部分元件進行一一對應，改動盡量達到最小化，從而提高了機床控制系統的工作效率以及工作精度，機床電控系統的PLC技術數字化改造是企業在生產活動中能夠更有效地利用資源、節省資源。機床電控系統的PLC技術數字化改造的應用，給企業的生產活動帶來了更大的經濟利益，因此其應用前景十分地廣闊。

參考文獻

[1]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]丁偉.可編程序控制器在工業控制中的應用[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國科學出版社，2003.

3.2.2 電機保護主要為每臺電機設置有短路、過載保護。

3.2.3 氣壓保護主要用來檢測氣壓是否達到額定值。

3.2.4 液壓系統保護主要測量油位檢測、壓力檢測等。

3.2.5 潤滑系統保護主要為潤滑系統對每臺電機的保護、流量檢測、潤滑油溫檢測等。

3.2.6 直流電機保護，當驅動器檢測到電機異常時報警，并對直流電機的勵磁電流進行檢測。

3.2.7 信號異常保護：如果系統發出指令，未收到反饋信號，則報警。

3.2.8 超時保護：當機床在一定時間內設定動作為完成，系統報警。

3.2.9 編碼器保護：當系統檢測到計數模塊或編碼器出現短路等異常狀況時報警，就會在觸摸屏上會顯示出報警內容，則系統將自動停止相關的設備。

3.3 進給運動的PLC控制程序設計

落地鏜床進給運動主要控制進給電機的正轉、反轉、正向和反向點動以及轉動速度可控調節等；因此，PLC需要12個輸入點，12輸出點，輔助部分I/O地址分配以及PLC外部接線如表2、圖2所示。

3.4 落地鏜床的控制程序設計

主要通過控制面板的轉換開關為SA，且電氣控制系統可以通過手動/自動進行復位控制，為了使得保護部分更加準確，程序采用了PID算法，程序流程如下圖3所示。

依據以上部分的設計，落地鏜床的其余部分的控制均按同樣方法實現；將PLC應用于落地鏜床不但可以節約大量的電氣元件以及導線，而且還能提高落地鏜床的可靠性，使得操作更加的方便、靈活，落地鏜床利用PLC使得調試比較簡單，減少落控制系統的設計時間，從而達到改善了落地鏜床加工零件的合格率，提高了落地鏜床的經濟效益。

4 結束語

機床電控系統的PLC技術數字化改造，可以改變傳統機床在工作過程中存在的故障多、效率低、維修費等很多問題。機床電控系統的PLC技術數字化改造主要通過機床的電路圖與PLC的梯形圖中的各個部分元件進行一一對應，改動盡量達到最小化，從而提高了機床控制系統的工作效率以及工作精度，機床電控系統的PLC技術數字化改造是企業在生產活動中能夠更有效地利用資源、節省資源。機床電控系統的PLC技術數字化改造的應用，給企業的生產活動帶來了更大的經濟利益，因此其應用前景十分地廣闊。

參考文獻

[1]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]丁偉.可編程序控制器在工業控制中的應用[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].北京：中國科學出版社，2003.