PLC在機床電氣控制系統改造中的應用

何達庭

（廣西城市職業大學 廣西 崇左 532200）

1 引言

本文首先概述PLC及其結構，分析PLC在機床電氣自動化控制改造中的重要作用以及具體應用，然后從系統工作方式、系統編程方案、系統運行參數、信息輸出類型匹配、機床控制系統硬件、機床自動控制系統等幾個方面，圍繞應用PLC改造機床電氣控制系統的設計，提出幾點操作方法方面的建議。

2 PLC及其結構概述

PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫，其內部程序采用了可編程的存儲器，能夠通過數字進行信息輸入和輸出，向用戶發出指令，讓用戶自動執行定時、計數、運算、控制等命令，主要用于控制生產過程和各種機械工作中，能夠取代傳統繼電器更好地進行相關控制[1]。在工業自動化控制領域，PLC發揮的作用十分突出，并且隨著生產工藝和技術的進步，PLC的作用將無可替代。其編程簡單、功能完備、使用范圍廣、操作方便，具有可靠性、通用性、抗干擾性等特點。

PLC由電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊等幾部分配置組合而成，按照組合規則的不同，具體又可分為固定式和組合式兩種。電源，是保證PLC正常工作的基礎，在整個PLC中作用十分重要，需要保持電源的可靠、良好、穩定。中央處理單元是PLC的“大腦”，能夠根據PLC程序賦予的功能，接收、存儲、診斷用戶鍵入的程序和數據，發出指令。存儲器，主要是存放PLC系統軟件程序和用戶的應用軟件程序。輸入輸出接口電路，是現場控制PLC接口界面的輸入、輸出通道，可以通過PLC向現場執行部件輸出相應的信號。功能模塊，可以通過PLC進行定位、計數。

3 PLC應用到機床電氣自動化控制改造中的重要作用

3.1 增加機床電氣設備的數據、信息存儲量

PLC是以計算機技術為基礎的，實際上是一種控制計算機，擁有自己的存儲器，可以獨立存儲系統程序軟件和用戶的應用軟件，因此有效提高了機床電氣設備的數據、信息存儲量[2]。在實際工作中，還能根據不同需要調出電氣設備的歷史數據，精準定位故障部位，幫助準確、及時查找和排除設備故障。

3.2 促進機床電氣控制系統實現智能化

PLC主要是利用軟件對系統進行控制，在機床電氣化自動控制系統中，通過把PLC與自動控制技術結合，能夠大大提高機床電氣控制的智能化水平，提升系統的反應速度和效率。在實際工作的電氣控制系統中，PLC的中央處理單元能夠控制整個系統的數據，并進行準確處理、判斷，提高電氣控制系統性能，促使其更好、更高效地運行[3]。同時，還能解決傳統控制系統缺乏靈活性、觸點不穩定的情況，進一步提高機床自動化水平。

3.3 提升機床電氣自動化控制的抗干擾性

機床電氣自動化控制系統，在外部環境發生變化的時候，如溫度、電磁等，容易受到一些干擾，可能會影響控制系統的正常工作，甚至干擾到整個系統。而PLC應用到機床電氣自動化控制中能提高系統的抗干擾性，可以根據外部環境變化，自動進行數據、參數的調整，降低外部環境對系統的影響。

4 PLC在機床電氣控制系統改造中的具體應用

4.1 提高機床電氣控制系統的整體性能

在機床電氣控制系統改造中應用PLC，分為獨立式和內置式兩種方式。采用獨立式PLC改造機床電氣控制系統，應當結合機床電氣控制系統特點和工作實際需要，有針對性地選擇產品。讓PLC在機床電氣控制系統工作過程中更好發揮功能，優化和提升機床電氣控制系統的性能，進而提高整個機床的整體工作性能。采用內置式PLC，應當與機床NC技術結合，提高不同技術在機床電氣控制系統中傳遞信號的速度，優化機床內部電氣控制系統總線交換，讓信息傳遞變得更順暢、更快速，提升系統應用功能。

4.2 提高機床電氣控制系統內部信息交換效率

機床電氣控制系統主要任務是實現對機床運行程序的精準化、精細化控制，其融合了信息技術、數字控制、電氣化等技術。PLC在機床電氣控制系統改造中的應用，應當充分發揮其信息交換自動化、智能化的功能，與機床電氣控制系統內部信息相互融合，提高信息交換的效率。可以控制機床內局部信息的交換，也可以控制機床運行系統信息的全面交換。通過機床不同功能模塊的接口，利用PLC進行控制，并根據工作實際需要靈活調整設置，發揮出PLC在機床內控制系統信息交換方面的優勢。

4.3 提高機床電氣控制系統流程控制精度

在機床電氣控制系統改造中應用PLC技術，能夠提高系統工作流程的控制精度，具體可以通過以下幾個方面來完成：（1）在機床電氣控制系統輸入階段，通過PLC獲取機床運行各項數據，掌握機床運行實際情況。在這個階段，利用PLC把外部輸入與電氣控制系統電路連接，準確獲取輸入的信息，保證相關程序的正確執行。（2）在機床電氣控制系統執行階段，通過PLC按照程序、指令全面指揮操作，在讀取相關指令的基礎上規范程序運行。（3）在程序指令執行方面，通過PLC輸入信息與執行，在穩定輸入的同時有效輸出，并準確執行各項指令。

5 應用PLC改造機床電氣控制系統的設計

5.1 設計系統的工作方式

應用PLC能提高機床電氣控制系統的操作精度，進行精準信息反饋以及檢測機床運行，提高工作效率。為進一步提高機床電氣控制系統操作精度，應基于PLC對機床電氣控制系統工作方式進行設計。結合系統的功能模塊，合理設計系統操作功能和程序，分類執行機床數據信息，進行集成化操作，提高機床運行的精度和可控性。在機床電氣控制系統內部進行信息控制，操控系統在閉環狀態下運行，通過鏈接傳感器與內部模塊，可以把設備運行狀態及時反饋到操作系統中。還可以進行功能拓展，利用控制器操作功能，通過接口把控制器與系統鏈接，用PLC數據指令執行實現對機床工作流程精準控制。

5.2 設計系統的編程方案

應用PLC改造機床電氣控制系統，應結合PLC制訂控制系統編程方案，確定編程語言、指令語句。要想做好這項工作，應遵循讓操作者方便使用、易學易懂的原則，即使是初學者也可以在短時間里掌握操作方法。比如，在設計機床電氣控制系統編程方案中，可以使用與計算機系統語言相通的指令語句表，讓操作者通過熟悉的計算機語言實現記憶。還可以在繼電器梯形圖的基礎上優化設計，升級梯形圖編程語言。在程序編寫和執行上要遵循一定規則和順序，如從上到下、從左到右等，在執行指令上也應當如此。與此同時，還要關注梯形圖的起始和終止母線，編程方案中控制系統的邏輯行設計。

5.3 設計系統的運行參數

設計機床電氣控制系統的運行參數，主要針對系統中的軟件和硬件，以PLC為基準，結合功能模塊進行分類配置。確保機床操作運行正常化，順利完成機床各項操作，完善機床操作功能。通過PLC接收到的機床控制信號，控制機床軟件和硬件，并編入系統，進行編號排列，完成對機床整體運行的控制。

5.4 信息輸出類型匹配的設計

應用PLC對機床電氣控制系統進行改造的過程中，在信息輸出類型上，機床電氣控制系統外圍設備應與PLC相互匹配。反之，對于機床電氣控制系統的改造將不能正常進行。因此，應當對兩者信息輸出類型進行匹配設計，這包括輸出負載、電流、頻率等多個關鍵環節。比如，由于PLC本身負載的不同，在輸出方式和類型設計上，也必須根據PLC進行選擇，以消除機床系統運行的不穩定性，保障機床運行安全。

5.5 機床電氣控制系統硬件設計

編程、運行參數、輸出類型等設計，都屬于機床電氣控制系統的軟件部分設計，應用PLC改造機床電氣控制系統，還應對系統硬件進行合理設計[4]。主要包括機床的自動換刀和檢測，其中檢測涉及檢測斷刀和深度檢測兩項內容。（1）自動換刀的設計。自動換刀在機床運行中的作用至關重要，我們可以通過PLC控制和誘導機械臂完成相關動作。如刀具的展伸與回收，以及夾緊與松開，完成機床自動換刀。（2）檢測斷刀的設計。在機床運行中發生斷刀故障比較常見，這也是影響機床順利運行的主要故障之一，因此在運用機床進行生產的過程中，如何有效預測和避免斷刀，成為一項重要工作。應用PLC改造機床電氣控制系統過程中，我們可以設計通過傳感器檢測斷刀，如刀具的磨損、斷裂、縫隙等，并進行及時處理，有效減少斷刀事故的發生。（3）對機床進行深度檢測。這項工作也應在PLC改造機床電氣控制系統硬件設計中引起重視，否則會直接影響機床的后續工作或者是產品質量。

5.6 機床自動控制系統的設計

PLC在機床電氣控制系統改造中的應用，應設計機床自動控制系統，去掉繁瑣的手工控制工序，最大限度地實現機床工作的自動化控制。通過編程把機床運行數據、參數、程序等，輸入到PLC中央處理單元，然后控制機床電氣控制系統，發出指令指揮機床自動運行。在機床發生故障和異常時，也可以通過這種設計自動反饋信息，啟動機床的故障解決功能。或者是發出故障警報，并提示故障的部位、原因等，輔助維修人員或是操作人員對機床進行維修，以便快速解除故障。

6 結語

綜上所述，PLC在機床電氣控制系統改造中的應用，可以提高機床電氣控制系統的整體性能、內部信息交換效率以及工作流程控制精度。應當從系統工作方式、編程、運行參數、信息輸出、硬件、自動控制等幾個方面入手，通過PLC設計、改造機床電氣控制系統。