PLC在數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

朱志宇

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的制造業(yè)在國(guó)家及世界中的比重在不斷增加，其中精密制造水平在逐年提高。數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)今精密制造業(yè)中使用較多的機(jī)械設(shè)備，其通過(guò)PLC在其中的控制與應(yīng)用，提高了數(shù)控設(shè)備的工作效率與工作水平，對(duì)于數(shù)控機(jī)床有著十分重要的意義。本文將在分析可編程控制器（PLC）工作原理的基礎(chǔ)上對(duì)PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：PLC；控制；組成

中圖分類(lèi)號(hào)：TM571 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

加工制造業(yè)是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的行業(yè)，數(shù)據(jù)機(jī)床作為加工制造業(yè)的主要設(shè)備，除了需要對(duì)基礎(chǔ)各個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)的精確定位控制外，還需要對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸的停止/運(yùn)轉(zhuǎn)、進(jìn)給的啟停等的其他的功能進(jìn)行控制，通過(guò)在數(shù)控機(jī)床中使用PLC可有效的提高數(shù)控機(jī)床的工作效率，做好PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用是現(xiàn)今乃至今后一段時(shí)間數(shù)控機(jī)床發(fā)展的重要方向。

1 PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

隨著電子及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛與深入，數(shù)控機(jī)床中的PLC控制主要是由輸入部分、邏輯控制部分以及輸出部分等幾大部分組成，其中輸入部分通過(guò)對(duì)分布在數(shù)控機(jī)床的中的各個(gè)傳感器采集數(shù)控機(jī)床在工作中的各種運(yùn)行信息，并在內(nèi)部邏輯分析的基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)控機(jī)床的動(dòng)作做出相應(yīng)的判斷，并做出相應(yīng)的輸出反應(yīng)，輸出信號(hào)控制相應(yīng)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的動(dòng)作。PLC在數(shù)控機(jī)床電氣控制方式的優(yōu)劣直接決定了控制系統(tǒng)的成敗，尤其是隨著技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的工作效率與定位精度要求越來(lái)越高，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的高精度加工，應(yīng)當(dāng)做好對(duì)于數(shù)控機(jī)床PLC控制系統(tǒng)性能的選擇，在控制器的選擇上需要根據(jù)預(yù)定完成的要求和被控對(duì)象本身所具有的特征、控制精度以及系統(tǒng)的運(yùn)行速度等限制條件來(lái)選擇相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并在選擇的過(guò)程中充分考慮到性價(jià)比等的因素?，F(xiàn)今的高精度數(shù)控機(jī)床中多采用的是主控單元+伺服控制模塊+電極+光柵尺的控制模式從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸的閉環(huán)控制，通過(guò)采用此種控制模式，數(shù)控機(jī)床的軸定位精度以及文件處理能力和人機(jī)交互功能以及高速數(shù)據(jù)處理能夠都有了極大的提升，伺服控制模塊以及伺服電機(jī)的采用使得運(yùn)動(dòng)軸的精確、高度定位得以實(shí)現(xiàn)，而光柵尺的使用則為系統(tǒng)提供了高達(dá)1μm的精度位置信息，數(shù)控機(jī)床中所采用的PLC通過(guò)接入機(jī)床的各種傳感器并對(duì)相應(yīng)的信號(hào)做出處理，并在PLC與主控單元之間建立總線連接，將傳感器采集到的各種信號(hào)傳輸?shù)絇LC中通過(guò)PLC的邏輯處理并發(fā)送異常信號(hào)至主控單元進(jìn)行報(bào)警。

2 數(shù)控機(jī)床的PLC控制功能分析

在數(shù)控機(jī)床的控制過(guò)程中采用的是X、Y、Z軸聯(lián)動(dòng)的模式，為提高各軸的加工精度采用的是光柵尺實(shí)現(xiàn)的全閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于軸的精確定位，并通過(guò)外擴(kuò)展模擬量I/O點(diǎn)對(duì)高速變頻器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于各軸電機(jī)的啟停控制，轉(zhuǎn)速同步控制等的功能，并在各軸的兩側(cè)加裝硬限位與軟限位等雙重防撞保護(hù)措施實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)床的保護(hù)。同時(shí)對(duì)采用機(jī)械手換刀的數(shù)控機(jī)床可以采用傳感器對(duì)刀具的深度與位置進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，并將檢測(cè)的信號(hào)傳輸?shù)絇LC中。

3 數(shù)控機(jī)床的電氣控制組成

數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)由工控機(jī)、電源模塊、電機(jī)模塊、電機(jī)、光柵尺以及各種傳感器模塊、分布式模塊等部分組成，其中工控機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)于文件數(shù)據(jù)的讀取與定位并通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制單元中。PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控機(jī)床中的各種信號(hào)的檢測(cè)等。數(shù)控機(jī)床中采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：相較于繼電器、接觸器控制，PLC控制采用內(nèi)部邏輯處理的方式拋棄了以往繼電器、接觸器的硬接線方式，同時(shí)PLC控制靈活性與擴(kuò)展性也大大增強(qiáng)，功耗小、體積小。同時(shí)在控制速度、設(shè)計(jì)施工以及可靠性方面都有著極大的提升。

3.1 數(shù)控機(jī)床PLC控制的PLC選型

PLC分為整體式和模塊式兩種，在使用的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)數(shù)控機(jī)床所需要控制的點(diǎn)的數(shù)目來(lái)合理的選擇PLC的類(lèi)型與型號(hào)。在PLC中的I/O點(diǎn)的選取中由于I/O點(diǎn)的價(jià)格較高，因此在選擇的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)合理的選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，在滿足控制需求的前提下選用合理的I/O點(diǎn)的數(shù)量，并保有一定的余量以應(yīng)對(duì)后續(xù)的改裝。

3.2 設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的輸入輸出信號(hào)地址表

對(duì)于數(shù)控機(jī)床中的各類(lèi)輸入輸出信號(hào)列制成表，并依次給出相應(yīng)的地址與名稱，以備軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使用的一種表。其中根據(jù)輸入點(diǎn)的類(lèi)型可以分為數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)，兩者所占據(jù)的點(diǎn)數(shù)是不同的，在編制信號(hào)表時(shí)要引起足夠的注意。

3.3 完成對(duì)于數(shù)控機(jī)床中的PLC控制系統(tǒng)的電氣原理圖的編制

I/O接口圖反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接，其中PLC的輸入點(diǎn)主要采用的是共點(diǎn)式的接入方式，所有的輸入點(diǎn)都采用的是一個(gè)公共的輸入COM端。

3.4 完成數(shù)控機(jī)床PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序的編制

在數(shù)控機(jī)床PLC控制系統(tǒng)初始化程序主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控機(jī)床中的各種信號(hào)，如啟停、預(yù)停以及各種原始信號(hào)，機(jī)床啟東前需要具備的各種初始信號(hào)，工作方式選擇信號(hào)，各種復(fù)位信號(hào)等，實(shí)現(xiàn)機(jī)床啟動(dòng)自檢，并將所處理的結(jié)果作為數(shù)控機(jī)床啟動(dòng)、停止、程序轉(zhuǎn)化的一句，在設(shè)計(jì)初始化程序時(shí)多采用的是經(jīng)驗(yàn)法的設(shè)計(jì)方式。完成后根據(jù)數(shù)控機(jī)床的工作方式、流程等編制PLC控制梯形圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控機(jī)床的PLC控制。完成PLC的編制后需要對(duì)PLC的可靠性進(jìn)行檢測(cè)。

結(jié)語(yǔ)

PLC作為一種專(zhuān)業(yè)化的工業(yè)控制裝置，其具有開(kāi)發(fā)性好、接線簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等的特點(diǎn)，本文在分析數(shù)控機(jī)床PLC電氣控制特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)如何做好PLC控制在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用進(jìn)行了分析闡述。

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