用可編程控制器對機(jī)床線路的電氣優(yōu)化

羅音騰

（大連市普蘭店區(qū)職業(yè)教育中心，遼寧大連 116000）

0 引言

工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)電一體化成為機(jī)械設(shè)備主要的發(fā)展方向。可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是保障機(jī)電一體化設(shè)備順利運(yùn)行的基礎(chǔ)，要確保機(jī)電一體化機(jī)械生產(chǎn)運(yùn)行質(zhì)量，就必須從PLC 技術(shù)出發(fā)，提升機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制水平，促進(jìn)企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)效率。加工制造產(chǎn)業(yè)是工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中重要組成部分，很多特殊要求、工藝復(fù)雜的零部件需求量日間增大，這種零部件是通過多道工序、多工位共同加工來完成的。很多工件的精度要求較高，相比一臺(tái)單一工序的機(jī)床來說，機(jī)電一體化機(jī)床的生產(chǎn)效率更高，可以結(jié)合工件產(chǎn)品的需求，科學(xué)合理配置資源，減少加工時(shí)間、降低不必要的人力、物力、財(cái)力、資源耗費(fèi)。PLC 技術(shù)是保障電氣一體化機(jī)床高效運(yùn)行的技術(shù)手段，結(jié)合機(jī)床的實(shí)際需求，將傳統(tǒng)單一機(jī)床開展線路優(yōu)化與重組，通過合理調(diào)試來提高機(jī)床運(yùn)行效率。針對PLC 對機(jī)床線路的電氣化優(yōu)化方法進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 機(jī)床與電氣控制系統(tǒng)內(nèi)含概述

機(jī)床是加工制造產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備，機(jī)床按功能可分為“銑床、鉆床、車床”等?？梢酝ㄟ^機(jī)床變速機(jī)構(gòu)來改變機(jī)床主運(yùn)動(dòng)速度；通過機(jī)床支撐部件來負(fù)責(zé)支撐、安裝其他工件、部件；利用機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)裝置[1]。一般情況下，在機(jī)床可承受的切削力和重量之下，機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)對工件的加工、處理工作。

電氣控制系統(tǒng)是在PLC 技術(shù)支撐下，由控制電路、主電路、輔助電路共同構(gòu)建出控制系統(tǒng)。PLC 可以有效針對電氣控制系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測量、調(diào)節(jié)、控制、監(jiān)控，結(jié)合機(jī)床工作的實(shí)際要求，對機(jī)床各項(xiàng)操作參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在PLC 程序編制之下，控制任務(wù)電路可以實(shí)現(xiàn)電能交換[2]?？刂齐娐泛椭麟娐范际墙Y(jié)合機(jī)床加工零件開展設(shè)計(jì)的，并且在控制電路的基礎(chǔ)上，對機(jī)床當(dāng)中每個(gè)電動(dòng)機(jī)的速度、制動(dòng)、啟動(dòng)環(huán)節(jié)開展控制，以便于確保機(jī)床生產(chǎn)質(zhì)量。

2 PLC 應(yīng)用優(yōu)勢

PLC 在實(shí)際運(yùn)用的過程中具備很大優(yōu)勢，主要的優(yōu)勢展體現(xiàn)在以下3 點(diǎn)。①重量輕、體積小。PLC 的重量一般＜150 g，并且尺寸也小，一般＜100 mm。在實(shí)際運(yùn)用過程中，耗費(fèi)的功率相對較低[3]。一般超小型PLC 容易安裝在機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化打下良好基礎(chǔ)保障；②運(yùn)用范圍較為廣泛。在機(jī)械自動(dòng)化進(jìn)程日漸發(fā)展的當(dāng)下，PLC 運(yùn)用的領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。PLC 除了基礎(chǔ)邏輯處理能力之外，還能夠用于類似機(jī)床等諸多機(jī)械當(dāng)中，PLC 在機(jī)械數(shù)控領(lǐng)域運(yùn)用相對較多。近年來PLC 已經(jīng)普遍運(yùn)用到溫度控制、CNC 以及位置控制等諸多領(lǐng)域當(dāng)中[4]；③PLC 抗干擾能力較強(qiáng)。在PLC 大規(guī)模運(yùn)用的當(dāng)下，PLC 已經(jīng)呈現(xiàn)出規(guī)模化、現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，PLC 技術(shù)也日漸完善。在大數(shù)據(jù)時(shí)代的當(dāng)下，現(xiàn)代化集成電路技術(shù)，體現(xiàn)在生產(chǎn)與內(nèi)部電路等各個(gè)層面。在PLC 設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的過程中，紛紛使用新型抗干擾技術(shù)，強(qiáng)化PLC 使用的可靠性。與此同時(shí)，PLC 還具備自動(dòng)檢測硬件故障的功能，若在硬件運(yùn)行的過程中出現(xiàn)故障，PLC 便可以第一時(shí)間檢測到故障，并且將外圍器件故障診斷程序編入到該軟件當(dāng)中，強(qiáng)化電氣化系統(tǒng)的自我保護(hù)效率。

3 PLC 在電氣化機(jī)床線路中運(yùn)用的一般步驟

PLC 在電氣化機(jī)床線路當(dāng)中運(yùn)用時(shí)，一般會(huì)按照以下5 個(gè)步驟開展設(shè)計(jì)：①結(jié)合機(jī)床加工生產(chǎn)的實(shí)際要求，明確機(jī)床加工生產(chǎn)流程，并且弄清楚設(shè)備的繼電器與控制原理；②結(jié)合電氣化機(jī)床的實(shí)際情況，來確定機(jī)床電器元件。根據(jù)機(jī)床電氣化現(xiàn)場信號(hào)、控制命令、作用等諸多條件，確定現(xiàn)場輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，并且將其科學(xué)合理的分配到可編程控制器當(dāng)中[5]；③在開展明確設(shè)置之前，需要結(jié)合機(jī)床的型號(hào)和機(jī)床電氣化系統(tǒng)形式，把控輸入、輸出形式和點(diǎn)數(shù)，科學(xué)合理的設(shè)置PLC 型號(hào)；④明確PLC 編制流程，結(jié)合PLC 的梯形圖形式，合理寫出指令程序等內(nèi)容，確保PLC 編制流程的科學(xué)性、穩(wěn)定性；⑤在上述環(huán)節(jié)確定完畢之后，便可以將電氣化機(jī)床的程序，輸入到計(jì)算機(jī)與PLC 當(dāng)中，并進(jìn)行接線調(diào)試工作。

傳統(tǒng)繼電器控制下的老設(shè)備數(shù)量多，很多機(jī)床設(shè)備都無法滿足工件加工生產(chǎn)需求[6]。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床設(shè)備創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造，便可以將PLC、變頻器、觸摸屏等技術(shù)形式，有效替換老設(shè)備當(dāng)中的控制手段。在案例當(dāng)中，使用PLC 對機(jī)床線路的電氣化系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理優(yōu)化，提升機(jī)床的性能和勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

4 PLC 對機(jī)床電氣化改造實(shí)例

車間的設(shè)備為Z3040 搖臂鉆床，在實(shí)際優(yōu)化改造的過程中，使用PLC 對Z3040 搖臂鉆床電氣化改造。

4.1 電路設(shè)計(jì)

在開展電路設(shè)計(jì)的過程中，結(jié)合Z3040 搖臂鉆床的生產(chǎn)要求、實(shí)際運(yùn)用流程等相關(guān)內(nèi)容，按照以下4 步確定電機(jī)的控制要求。①結(jié)合M1 電機(jī)的要求，進(jìn)行單方向旋轉(zhuǎn)、過載保護(hù)設(shè)計(jì)[7]；②結(jié)合M2 電機(jī)的要求，開展全壓正反轉(zhuǎn)控制，并且進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)；③結(jié)合M3 電機(jī)的要求，開展全壓正反控制，并開展長期過載保護(hù)設(shè)計(jì)；④結(jié)合M4 電機(jī)的實(shí)際情況來看，因?yàn)镸4 電機(jī)容量相對較小，所以開展SA 控制，實(shí)施單方向運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。

4.2 確定I/O 點(diǎn)數(shù)

確定I/O 點(diǎn)數(shù)是PLC 對機(jī)床線路的電氣化優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)。在確定I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，詳細(xì)找出可編程控制器輸入信號(hào)、輸出信號(hào)。輸出信號(hào)為9 個(gè)，輸入信號(hào)為13 個(gè)。在確定I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)該考慮到發(fā)展的需求，并且留有一定的余量。結(jié)合I/O 點(diǎn)數(shù)端子分配表來看，案例選擇的是FX2-32MR 可編程控制器。將輸入、輸出信號(hào)科學(xué)合理的進(jìn)行分配。

4.3 繪制I/O 端子接線圖

在明確I/O 點(diǎn)數(shù)之后，結(jié)合I/O 點(diǎn)數(shù)端子分配結(jié)果、機(jī)床工作實(shí)際需求，繪制出端子接線圖。在端子接線圖當(dāng)中，熱繼電器和保護(hù)信號(hào)作為常閉點(diǎn)輸入，主令電器的常閉觸點(diǎn)可以改為常開觸點(diǎn)進(jìn)行輸入，確保編程簡單、便捷、有邏輯[8]。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)該結(jié)合繼電控制系統(tǒng)的工作原理和工作情況，結(jié)合PLC 的特點(diǎn)和使用規(guī)律，繪制出可編程控制器梯形圖程序，確保PLC 在電氣化機(jī)床當(dāng)中的運(yùn)用效率。

5 PLC 對機(jī)床線路的電氣優(yōu)化注意事項(xiàng)

在開展PLC 對機(jī)床線路的電氣優(yōu)化的過程中，要注意以下2 點(diǎn)內(nèi)容，保障改造優(yōu)化實(shí)際質(zhì)量：①在選擇PLC 設(shè)備機(jī)型時(shí)，要留有一定的余量，為日后電氣化機(jī)床的修改、工藝變更等工作打下基礎(chǔ)，確保日后的可持續(xù)優(yōu)化；②為了保障各個(gè)環(huán)節(jié)的使用安全，各個(gè)熱繼電器常閉觸點(diǎn)不作為PLC 輸入端。熱繼電器常閉觸點(diǎn)可以直接與輸出端連接，以便于對負(fù)載電路起到良好保護(hù)作用。

6 結(jié)束語

在制造業(yè)不斷發(fā)展和進(jìn)步的當(dāng)下，加工制造產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出技術(shù)化、信息化、智能化發(fā)展趨勢。PLC 作為一種具備科學(xué)性、高效性的技術(shù)手段，可以有效對生產(chǎn)力落后的機(jī)床設(shè)備進(jìn)行改造。在日后，PLC 對機(jī)床電氣化改造仍舊是PLC 技術(shù)發(fā)展的主要趨勢之一。在實(shí)際開展PLC 電氣化機(jī)床改造的過程中，必須要結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)床的實(shí)際情況，通過自我診斷、自我測試的形式，針對機(jī)床的性能、可靠性進(jìn)行測試，明確傳統(tǒng)機(jī)床的落后問題。結(jié)合機(jī)床生產(chǎn)加工要求、編程控制器功能，在PLC 技術(shù)的正確處理之下，全面提升機(jī)床設(shè)備的使用效率。