淺析PLC在數(shù)控銑床故障診斷系統(tǒng)中的應用

王曉波

【摘 要】隨著我國科學技術的快速發(fā)展，數(shù)控技術得到了不斷的提高，數(shù)控產業(yè)的發(fā)展使得數(shù)控系統(tǒng)的社會需求量逐步增加。我國傳統(tǒng)的機床控制系統(tǒng)不能夠確保機床的可靠性，它一般采用硬件邏輯控制電路，而PLC控制系統(tǒng)不僅具有較高的經濟性和可靠性，還能夠適用于機床的故障診斷系統(tǒng)，基于這一優(yōu)勢，使得PLC控制系統(tǒng)在各類數(shù)控機床中得到了廣泛的應用。本文重點論述了基于PLC數(shù)控銑床對控制系統(tǒng)及故障診斷的相關設計與開發(fā)。

【關鍵詞】數(shù)控銑床 PLC系統(tǒng) 應用

PLC控制具有較高的柔性和可靠性，且開發(fā)周期短，特別適合應用在機床的診斷和控制系統(tǒng)，應用PLC控制能夠有效的提高產品的生產效率和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是，在設計和開發(fā)基于PLC控制的數(shù)控銑床時，要注意相關的技術問題，并采取合適的技術手段使得PLC控制系統(tǒng)能夠與數(shù)控系統(tǒng)完美的結合，這樣才能設計和開發(fā)出具有高性能和高可靠性的數(shù)控銑床。

1 PLC的相關簡述

PLC（Programmable logic Controller），即可編程控制器的簡稱，指的是以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。早在1987年，國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做出如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行順序運算、邏輯運算、計數(shù)、計時和算術運算等操作的指令，并能通過模擬式或數(shù)字式的輸出和輸入，控制各種類型的機械或生產過程?！盤LC是基于電子計算機的一種點控制器，通過電路的物理過程來實現(xiàn)控制，在實現(xiàn)控制功能的過程中主要靠運行存儲于PLC內存中的程序。雖然PLC基于電子計算機，但功能和普通計算機的功能存在著很大的差別。相較于電子計算機而言，PLC控制系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且系統(tǒng)采用模塊化結構，編程也很簡單，這使得PLC控制技術得到了快速的發(fā)展。

2 數(shù)控銑床的結構及其控制要求

每一種數(shù)控機床都有其基本的組成部分，并且每個部分在整個系統(tǒng)中都起著重要的作用。因此，在設計和開發(fā)控制系統(tǒng)的過程中需要明確每個部分的功能，這樣才能夠滿足實際生產的要求。數(shù)控銑床和其他的數(shù)控機床一樣，有著基本的結構和相應的控制要求，因不同零件需要不同的程序去加工，因此程序的編寫也顯得尤為重要。

2.1 數(shù)控編程分為手工編程和自動編程

（1）手工編程；手工編程是指編制加工程序的全過程都由手工完成，它具有編程快速、及時的優(yōu)點，但對于形狀復雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件來說，采用手工編程比較困難且效率低下，最好是采用CAD/CAM軟件自動編程的方法來進行編程加工。（2）自動編程；自動編程是指用計算機編制數(shù)控加工程序的過程。自動編程的優(yōu)點是效率高、程序正確性高；自動編程大大減輕了編程人員的勞動強度，解決了手工編程無法解決的復雜零件的編程難題；工作表面的形狀愈復雜，工藝過程愈繁瑣，自動編程的優(yōu)勢愈明顯。因此，實踐教學中常以自動編程為主，手工編程為輔，兩者相結合的方式進行教學指導，既鍛煉了學生的編程能力，又達到了教學的目的。

2.2 數(shù)控銑床的基本結構

數(shù)控銑床的基本組成有：工控機、變頻器、伺服驅動器、可編程控制器PLC和CNC控制器，具體的工作原理如圖1所示。每一個組成部分都有著各自的功能，其中CNC控制器主要完成位置顯示、參數(shù)設置、調試等功能；伺服驅動器主要完成G功能；變頻器主要完成S功能；工控機主要完成狀態(tài)顯示、參數(shù)設置、遠程通信和程序設置等功能；而可編程控制器PLC主要完成電氣控制和系統(tǒng)故障診斷。

圖（1）數(shù)控系統(tǒng)結構簡圖

2.3 數(shù)控銑床的控制要求

數(shù)控銑床的控制可以分為輔助和主控控制部分。主控部分主要是對銑床的主軸進行控制，采用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制。輔助控制主要是通過將PLC的輸出和輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的其他功能單元連接起來，實現(xiàn)機床的M、T的相關功能。此外，數(shù)控銑床的控制還要能夠實現(xiàn)故障檢測的功能以及控制潤滑油泵、冷卻泵等一些輔助控制功能。

3 PLC選型及其硬件電路的設計與開發(fā)

為了能夠實現(xiàn)數(shù)控銑床對控制系統(tǒng)及故障診斷的相關要求，我們需要選用功能強大的SYSMAC CPMIA型可編程控制器。這種可編程的控制器有24個是輸入點，16個是輸出點。由于這種控制器是輸入、輸出一體化的組件型結構，在安裝和調試時很方便，輸入響應的速度比較快，同時也還能夠進行I/O口擴展。如下圖中PLC輸入、輸出電路：

圖2 直流輸入接口電路圖

4 PLC控制系統(tǒng)的軟件設計與開發(fā)

控制系統(tǒng)通過PLC軟件實現(xiàn)對數(shù)控銑床的控制，一般情況下，通過RS-233C通信接口在PC機WINDOWS環(huán)境下根據相應的控制要求以及PLC輸入、輸出地址表，可以利用梯形圖編制相關的控制程序。通常情況下PLC本身的可靠性相對比較高，但是與PLC外接的輸出元件容易發(fā)生故障。因此，在進行軟件設計和開發(fā)時，需要確保軟件具有檢測和消除故障的功能，這樣才能夠使整個數(shù)據銑床的可靠性得到大幅度的提高。下面主要針對數(shù)控銑床PLC軟件設計和開發(fā)中的相關問題進行論述。

4.1 強電關斷優(yōu)選

在數(shù)控銑床的軟件開發(fā)和設計中，一定要注意強電關斷優(yōu)選的原則。在控制信號中只要有強電關斷的信號，其他的信號無論出于何種狀態(tài)都需要關斷強電，只有關斷信號啟動后，中間繼電器信號才能夠啟動，并且中間繼電器通過常開觸點實現(xiàn)自鎖。

4.2 動作的互鎖控制

在設計開發(fā)時，還需要注意動作的互鎖控制。數(shù)控銑床的主軸正轉和反轉是不可能同時發(fā)生的動作，一旦一個動作發(fā)生了，另一個動作就不可能在這一時間發(fā)生，要想實現(xiàn)這一控制功能，需要采用互鎖控制，這時可以采用KM2和KM3的常閉觸點作為互鎖信號，然后在串入KM2和KM3的控制回路中關斷，進而來保障主軸正轉和反轉的不同時動作。KM2和KM3這兩個中間繼電器啟動的先決條件，就是另外的一個回路必須處于關斷狀態(tài)，具體的情況如下圖3所示。

圖（3）主軸轉向控制電路圖

4.3 動作順序聯(lián)鎖控制

數(shù)控銑床的操作順序中需要注意順序的聯(lián)鎖控制，有些是有嚴格要求的，不能夠出現(xiàn)順序錯誤，否則會影響數(shù)控銑床的正常運轉和工件的加工質量。在設計軟件時需要控制各個執(zhí)行動作的順序，通常會采用聯(lián)鎖控制的方法進行順序的控制。在數(shù)控銑床的PLC控制軟件設計中注意動作順序的控制，將會大大提高產品加工的可靠性和產品的質量。

5 結語

隨著科學技術的快速發(fā)展，數(shù)控行業(yè)也得到了快速的發(fā)展，一些數(shù)控產品相繼誕生。PLC控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，使得這種系統(tǒng)廣泛應用于各類數(shù)控機床。然而，基于PLC的數(shù)控銑床的設計和開發(fā)還需要進一步的研究，從而更進一步地滿足實際生產的要求。

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