基于PLC的數(shù)控銑床電氣控制方法研究

譚青絲

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣西 南寧 530031）

數(shù)控銑床又可稱為CNC床，其主要工作原理是依靠電子級數(shù)字化信號進(jìn)行操作控制，數(shù)控銑床是在傳統(tǒng)銑床的基礎(chǔ)上，通過不斷地創(chuàng)新得到的一種自動(dòng)加工設(shè)備，與傳統(tǒng)銑床的加工工藝基本相同，并且結(jié)構(gòu)也較為相似。數(shù)控銑床共分為兩種類型，一種是不帶刀庫類型，一種是帶刀庫類型，其中第二種類型又被稱為加工中心。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的社會(huì)生產(chǎn)需求量日益增加，數(shù)控產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前最受人們關(guān)注的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，具有高精度、高效率等突出優(yōu)勢。尤其是在小批量多品種產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域中，針對復(fù)雜形狀零件的自動(dòng)化加工更突顯其優(yōu)越性。PLC的全稱為可編程邏輯控制器，其工作原理是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對電子控制器件的控制，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N全自動(dòng)化的設(shè)備控制裝置。目前，PLC在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，但目前并沒有一個(gè)完善的基于PLC的數(shù)控銑床電氣控制方法。數(shù)控銑床中電氣設(shè)備的傳統(tǒng)控制方法均采用繼電器、接觸器等設(shè)備連接的方法對其進(jìn)行控制，不僅接線十分復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)異常問題，導(dǎo)致對數(shù)控銑床電氣設(shè)備組的運(yùn)行控制可靠性較差。對此，本文結(jié)合PLC控制器的優(yōu)勢，開展基于PLC的數(shù)控銑床電氣控制方法研究。

1 基于PLC的數(shù)控銑床電氣控制方法設(shè)計(jì)

1．1 基于PLC的電氣控制參數(shù)采樣輸入

在對數(shù)控銑床進(jìn)行基于PLC的電氣控制前，首先，要對其控制參數(shù)進(jìn)行采集并輸入，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床的自動(dòng)化控制需要，本文選用OMRON公司近幾年生產(chǎn)的SYSNFNN-2100型號的可編程邏輯控制器，該控制器外形尺寸為125mm×95mm×25mm，安裝孔尺寸為105mm×65mm，孔徑為φ6，包括35點(diǎn)輸入輸出口，其中輸入為20點(diǎn)，輸出為15點(diǎn)，其整體結(jié)構(gòu)為輸入以輸出一體化的組件型結(jié)構(gòu)，具有安裝和調(diào)試方便的特點(diǎn)，且在其應(yīng)用過程中輸入響應(yīng)速度更快，可進(jìn)行輸入和輸出口的擴(kuò)展。在進(jìn)行電氣控制參數(shù)采樣輸入時(shí)，PLC控制器可以通過全面掃描的方式，對控制人員提出的數(shù)控銑床的電氣設(shè)備運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行讀取，并在完成對參數(shù)的讀取后，將有效數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。本文將印象區(qū)域設(shè)為控制參數(shù)的存儲(chǔ)區(qū)域，并在存儲(chǔ)過程中按照電氣控制動(dòng)作的一般規(guī)律依次進(jìn)行存儲(chǔ)。在完成對控制參數(shù)的采集后，對執(zhí)行內(nèi)容和輸入?yún)?shù)進(jìn)行及時(shí)的更新處理。

同時(shí)，若出現(xiàn)PLC控制器在對電氣設(shè)備控制時(shí)，控制參數(shù)發(fā)生了明顯的改變，此時(shí)，參數(shù)的變化也不會(huì)對印象區(qū)域中存儲(chǔ)的參數(shù)造成影響，進(jìn)而引起控制動(dòng)作錯(cuò)誤的問題發(fā)生。同時(shí)，若在對電氣設(shè)備控制過程中，輸出的控制信號屬于脈沖信號的形式，則控制信號的脈沖寬度應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整個(gè)掃描的周期長度，從而保證控制參數(shù)在輸入后，被PLC控制器完全讀取。

1．2 數(shù)控銑床電氣設(shè)備動(dòng)作互鎖控制

完成基于PLC的電氣控制參數(shù)采樣輸入后，再對數(shù)控銑床進(jìn)行動(dòng)作互鎖控制時(shí)，首先，需要對PLC控制器的輸入和輸出通道進(jìn)行分配，表1為輸入/輸出分配表。

表1 輸入/輸出分配表

將PLC控制器的輸入和輸出口與對應(yīng)的電氣設(shè)備相連接，從而達(dá)到對數(shù)控銑床中各類電氣設(shè)備的控制目的。其次，在對數(shù)控銑床進(jìn)行控制時(shí)，需要注意數(shù)控銑床各個(gè)電氣設(shè)備的電源開關(guān)狀態(tài)。在一般情況下，在對數(shù)控銑床電氣設(shè)備進(jìn)行控制前，需要留置關(guān)閉信號，并將電源斷開。在進(jìn)行動(dòng)作互鎖控制時(shí)，不僅要控制主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，同時(shí)，還要控制數(shù)控銑床控制動(dòng)作的行進(jìn)路徑。為避免出現(xiàn)方向與路徑異常的問題，本文在對數(shù)控銑床進(jìn)行電氣控制時(shí)，主要采用互鎖控制的方法。互鎖信號采用常閉接觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，分別將兩個(gè)常閉接觸點(diǎn)設(shè)置為N001和N002，首先，將N001和N002并入PLC控制回路中，使繼電器與N002同時(shí)啟動(dòng)。若在其運(yùn)行過程中，有一個(gè)回路能夠保證另一個(gè)回路的電源始終處于關(guān)閉的狀態(tài)，則可以直接保證二者之間不會(huì)發(fā)生同樣的控制動(dòng)作產(chǎn)生。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

將本文控制方法與傳統(tǒng)控制方法共同建立在由仿真實(shí)驗(yàn)軟件建立的數(shù)控銑床電氣設(shè)備運(yùn)行的仿真模擬環(huán)境中，分別選擇數(shù)控加工企業(yè)常見的兩組型號相同的數(shù)控銑床電氣設(shè)備組作為本次對比實(shí)驗(yàn)的研究對象，并將本文控制方法設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)控制方法設(shè)置為對照組，由同一名控制人員分別在兩組中進(jìn)行同樣的電氣設(shè)備動(dòng)作控制。在實(shí)驗(yàn)過程中，分別向?qū)嶒?yàn)組和對照組輸入完全相同的控制參數(shù)，待完成實(shí)驗(yàn)后，將兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制如圖1所示的實(shí)驗(yàn)組與對照組動(dòng)作延遲時(shí)間對比圖。

圖1 實(shí)驗(yàn)組與對照組動(dòng)作延遲時(shí)間對比圖

圖1清晰地表現(xiàn)出在電氣設(shè)備不同控制動(dòng)作次數(shù)下，兩組控制方法動(dòng)作延遲時(shí)間的變現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)組控制方法在對數(shù)控銑床電氣設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，各個(gè)電氣設(shè)備在控制人員發(fā)出控制信號后其完成動(dòng)作的延遲時(shí)間最多為18.34ms，而對照組高達(dá)82.14ms。并且伴隨著控制動(dòng)作次數(shù)的不斷增加，實(shí)驗(yàn)組的電氣設(shè)備動(dòng)作延遲時(shí)間并未有明顯的變化，而對照組的電氣設(shè)備動(dòng)作延遲時(shí)間，呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，受控制動(dòng)作次數(shù)的影響嚴(yán)重。因此，通過本文上述對比實(shí)驗(yàn)可以證明，新的控制方法可以有效縮短數(shù)控銑床電氣設(shè)備的動(dòng)作延遲時(shí)間，提高控制動(dòng)作的同步率，更適合在實(shí)際工藝生產(chǎn)中對數(shù)控銑床電氣設(shè)備進(jìn)行控制。

3 結(jié)語

利用PLC的自動(dòng)化優(yōu)勢，將PLC控制器引入對數(shù)控銑床電氣設(shè)備的控制方法中，通過該控制方法可以有效提高工藝生產(chǎn)的質(zhì)量、技能水平的自動(dòng)化發(fā)展，從而為工藝生產(chǎn)企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸廣泛，在未來基于PLC的控制方法具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ诤罄m(xù)的研究中，還將對本文提出的控制方法進(jìn)行更加全面的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)控銑床電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。