PLC的車床電氣控制系統設計分析

趙漫漫

（無錫機電高等職業技術學校，江蘇 無錫 214028）

PLC技術將傳統控制技術與計算機技術有效地結合起來，克服了復雜機械接觸及傳統控制系統接線中，繼電器能耗高、可靠性低的缺點。同時，采用PLC技術采用繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，有效地提高了編程效率。更為重要的是可根據不同的工藝要求修改相應的參數及程序，并不需要重新設計控制系統，高速完成電氣控制系統對車床的控制，提高生產效率。

1 PLC技術

PLC是專為工業環境的應用而設計的，采用可編程存儲器內部儲存用戶設計的指令，實現定時、邏輯運算、順序操作及算術運算等特殊功能。可編程序控制器及有關設備，與工業控制系統形成一個整體，實現各種功能。長期以來，車床電氣控制在實際使用中，系統接線相對較復雜，增加了電氣故障診斷及維修難度。通過采用PLC技術，可重新設計系統及布線，減少了工作量、人力及資金資源。PLC具有較好的適用性、通用性，可滿足車床電氣控制系統的改造需求。同時，有著較高的可靠性，且呈現出較好的柔性。更為重要的是，為電氣控制系統故障診斷及后期維修提供了方便，有著較高技術效益性。傳統PLC系統采用CPU控制技術，對控制器進行編程可完成對輸入數據預期處理，從而形成數據控制信號。由微處理器、控制中心、內存、I/O接口及編程器所組成。當前，軟PLC系統是在傳統PLC技術上進行改進的一種技術，數控機床的控制由CNC與PMC協調配合來完成，CNC可有效完成插補運算、位置伺服控制、譯碼等，相應完成工件的裝夾及刀具更換。機床輔助功能涉及有M、S、T等指令，其中M指令主要為冷卻液的開關、卡盤的松緊及換刀等，S指令為主軸轉速的有效控制，T指令為刀具功能。由軟件編程、運行系統所組成。軟件編程系統包括用戶編輯界面、編譯器、I/0仿真監控界面，其中用戶編輯界面是給用戶提供最終界面，為用戶提供編程工具及編程方法。編譯器可將PLC程序編譯成梯形圖，轉換指令表，用戶更容易執行此類梯形圖。I/O仿真監控界面可監控車床輸入輸出數據。運行系統包括數據存儲區、解釋執行區、硬件抽線層等結構組成，數據存儲區是用來存儲控制電路傳送來的信息及運行中產生的信息。解釋執行區則是對指令、梯形圖型進行解釋執行。硬件抽線層可控制軟件到硬件接口，完成驅動，最終實現電路信號的發送及接收。

2 基于PLC的CA6140車床電氣控制系統設計研究

2.1 CA6140車床結構及其控制要求

車床是用來車削外圓、內圓、螺紋、端面及定型面，采用鉸刀、鉆頭等工具來鉆孔、倒角、切斷等。主拖動電動機常選擇籠型異步電動機，選擇機械調速，采用直接啟動或Y-△啟動，停車要求快速，且反轉。由單獨的快速移動電動機拖動溜板箱，采用點動控制，控制線路有必要的保護措施及安全的局部照明電路等。主軸電動機M1、快速移動電動機M3可直接啟動，并由接觸器KM1、中間繼電器KA1、中間繼電器KA2來控制。

2.2 PLC的CA6140車床電氣控制改造

根據CA6140車床電氣控制原理，從而制造PLC控制系統，其I/O分配如下表1、2所示。

表1 CA6140型車床PLC輸入分配

表2 CA6140型車床PLC輸出分配

（1）硬件設計。根據電氣控制系統功能將車床進行分解，可合理分配PLC資源。對于普通車床，可將控制功能分為輔助控制、主動控制兩大類，輔助控制包括主軸起動、制動功能、冷卻液提供、速度調節功能；主動控制是指在X軸與Z軸兩方向上進行進給運動。采用PLC控制車床時，需將車床的控制及檢測信號輸入到PLC中，通過預先編制的PLC程序對輸入信號進行運算，并將運算結果輸出到相應控制設備中，每一個輸入控制信號可通過輸入元件送出，且每一個輸入元件又有多個或者一個執行設備相對應，從而完成輸入指令控制動作。進行硬件設計前，根據所需要控制的功能確定PLC輸入輸出點。堅持分解原則，從而確定PLC的I/0點結果。根據PLC控制系統，輸入21個點，輸出14個點。在實際工作中，PLC輸入輸出點比一般理論值多百分之三十。為了方便操作，可設置20個輸出點及其30個輸入點。PLC控制系統的線路設計是機床電氣控制的關鍵步驟。通過電路連接將輸出元件與輸入元件連接起來，從而控制機床。與傳統的繼電器控制系統布線相比較，PLC控制系統的線路連接相對簡單一些。PLC控制系統代替了傳統控制系統中較為復雜的邏輯電路。根據PLC功能特點、控制對象，通過PLC將輸入與輸出元件有效結合起來。每一個輸入點都對應相應的輸出點，并且通過PLC對輸出元件動作加以控制。對于一般車床電氣控制，其輸入輸出點數不超過256點，采用小型PLC來控制。小型PLC只需要簡單的邏輯運算，通過開合、起停及先后順序來控制相應操作。綜合考慮經濟性與實用性，可采用PLC系統，該系統具有體積小及價格低廉的優點。輸入及輸出點都超過所需要的數據，可采用EM221數字量8點直流輸入模塊2個，擴展后的PLC有26個輸出點、30個輸入點，可滿足實際應用要求。

（2）程序設計。編寫PLC程序時，通過語句表、梯形圖及程序塊等形式來表示相應程序。其中梯形圖具有直觀性，通過這一梯形圖形式可編寫PLC程序。在編寫完成后應用PC/PPI電纜將程序送往PLC之中。通過分析PIC控制機制可得到連接SB2 Q0.0動作，電機啟動，車床運行。接通SB1、Q02釋放，斷開SB1、Q01動作，電機停止，車床停止操作。通過旋轉z2按鈕，Q04動作，可實現快速移動。需要冷卻時，通過接通SB7 Q03動作，電動機輸送冷卻液。接通SB8后，PLC系統停止。編寫PLC程序時，通過這一設計，有效簡化了復雜繁瑣的布線結構，在執行新的生產流程時，需要重新編寫及調整內部程序，避免反復布線所造成的物力、人力資源浪費。對于普通的車床，需要簡單的條件及順序指令即可實現控制。僅僅在控制按鈕發出信號后，并對程序進行計算，即可發出相應的設備指令，控制系統。

（3）機床電氣控制系統常見故障。為了有效減少機床在加工過程中對機床自身、工作人員的傷害，通常對急停和超程進行處理。急停按鈕對于當前數控系統、數控機床出現緊急情況時，需要對數控機床立即進行停止運動或切斷動力裝置的主電源。當數控系統出現自動報警信息后，立即按下急停按鈕。查看報警信息排除故障后，松開急停按鈕，使系統恢復正常。若機床長期處于急停狀態，不能進行復位操作。可能由于系統參數設置錯誤，系統信號并不能正確輸入輸出或復位條件不滿足引起的急停故障。也有可能由于PLC中所規定的系統復位并不能完成信息要求，應檢查電源模塊。

3 結語

總之，隨著我國信息技術的飛速發展，制動自動化思想已深入人心。就當前來看，我國制造業處于智能化及高度自動化階段，基于PLC車床電氣控制系統在制造業中扮演著越來越重要的作用，PLC控制模塊與機床數控模塊有機結合起來，才能夠提高PLC的精確控制能力，同時在很大程度上提高了我國制造業生產效率，促進我國制造業實現可持續發展。