PLC在數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

鄭文智，顧視江

(陜西工商職業(yè)學(xué)院，陜西 西安 710061)

0 引言

PLC的全稱為“可編程邏輯控制器”，是數(shù)字化技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，可靠性與穩(wěn)定性都很高，對(duì)外界的干擾有較強(qiáng)的抵抗能力。PLC的優(yōu)勢使其在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用變得越來越廣泛，而且為工業(yè)生產(chǎn)水平的提升帶來很大幫助，尤其是在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，應(yīng)用十分廣泛。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，維護(hù)起來也很方便，而且PLC系統(tǒng)成功取代繼電器電路，可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制，PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用，使得數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化控制水平更高，在運(yùn)行過程中自動(dòng)化控制穩(wěn)定性有很大提升。

1 PLC概述

PLC是一種數(shù)字化操作系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)提供邏輯化控制和數(shù)字化運(yùn)算操作。PLC系統(tǒng)的構(gòu)成比較復(fù)雜，采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在PLC的內(nèi)部可以進(jìn)行多種操作，比如在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)等，都可以經(jīng)過精確的控制以及專業(yè)化的計(jì)算之后，通過系統(tǒng)的輸入輸出接口傳遞出對(duì)應(yīng)的數(shù)字化或者模擬化信號(hào)，從而對(duì)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)以及制造過程進(jìn)行控制。

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也變得越來越廣泛，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。例如在車床生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)的機(jī)床控制采用繼電控制器，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，很容易出現(xiàn)故障；PLC采用電氣控制系統(tǒng)，不需要像傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)一樣隨時(shí)更換零件，而是對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行更改，從而達(dá)到變換生產(chǎn)工藝的目的。所以，PLC技術(shù)的應(yīng)用可以節(jié)約成本，也可以提高生產(chǎn)效率，減少機(jī)械和設(shè)備生產(chǎn)過程中的時(shí)間消耗，這也是數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。隨著PLC技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，很多數(shù)控生產(chǎn)企業(yè)開始引進(jìn)這一技術(shù)，應(yīng)用過程中的問題也越來越多，比如在生產(chǎn)過程中要使用繼電器，但是這些繼電器的控制箱很龐大，在對(duì)線路進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候，就需要人力、物力、財(cái)力的支持，這也是未來PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)研究中需要考慮的問題。

2 PLC在數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化控制中的優(yōu)勢

2.1 可靠性高

PLC是一種可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制的系統(tǒng)，PLC的可靠性與穩(wěn)定性都很高，主要表現(xiàn)為：①PLC系統(tǒng)具有性能優(yōu)良的開關(guān)電源。②可以實(shí)現(xiàn)自我診斷，當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自我診斷，找到故障所在。③可以對(duì)器件質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)過程中，通過PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的各種元器件的質(zhì)量進(jìn)行控制，質(zhì)量不合格的元件會(huì)被立即淘汰，提高元件質(zhì)量。④屏蔽能力強(qiáng)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 豐富的I/0接口模塊

良好的輸入輸出接口是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效控制的基礎(chǔ)，在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用過程中，如果輸入輸出接口可以快速響應(yīng)，則可以提高元件的生產(chǎn)效率。PLC系統(tǒng)可以運(yùn)用適應(yīng)的輸入輸出模塊，并且可以對(duì)強(qiáng)弱不同的信號(hào)、電位不同的信號(hào)等不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)行處理，達(dá)到精準(zhǔn)快速的處理效果。

2.3 模塊化結(jié)構(gòu)

為了更好地滿足工業(yè)控制需要，在數(shù)控機(jī)床發(fā)展過程中，一些小型的PLC系統(tǒng)會(huì)逐漸淘汰，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為模塊化結(jié)構(gòu)。在PLC系統(tǒng)中，采用模塊化設(shè)計(jì)各個(gè)部件，例如CPU、I/O等，可以將更多模塊連接起來，形成一個(gè)全新的系統(tǒng)，再根據(jù)系統(tǒng)的不同需求，對(duì)功能進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終達(dá)到自動(dòng)化控制的目標(biāo)。

2.4 編程簡單易學(xué)

PLC系統(tǒng)的編程較為簡單，不需要有特別專業(yè)化的計(jì)算機(jī)知識(shí)，很多工程人員都可以完成系統(tǒng)的編程工作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。

2.5 維修方便，安裝簡單

PLC的靈活性很強(qiáng)，可以在工業(yè)環(huán)境下直接操作，打破了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)需要專門的機(jī)房這一限制。在PLC應(yīng)用過程中，可以將相應(yīng)的I/0端與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行連接，然后對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行控制，使得機(jī)械設(shè)備使用變得更加便捷，而且在各個(gè)模塊上都安裝了相應(yīng)的指示運(yùn)行和故障提示裝置，運(yùn)行情況清晰可見，一旦運(yùn)行過程中出現(xiàn)任何問題，都可以及時(shí)停止運(yùn)行，查找故障，直到將所有的故障都排除為止，提高了故障處理水平。

3 PLC在數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化中的應(yīng)用

3.1 故障診斷

在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，PLC具有十分完善的自我診斷功能，尤其是自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，為機(jī)床的自我診斷提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)數(shù)控機(jī)床在工作過程中出現(xiàn)故障問題的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)立即識(shí)別故障，并且發(fā)出報(bào)警信息，報(bào)警信息會(huì)及時(shí)顯示在CRT上，此時(shí)操作人員和維護(hù)人員可以通過顯示出來的各種信息，精確地查找和分析故障原因，并且及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排除，為系統(tǒng)生成提供良好基礎(chǔ)。在數(shù)控機(jī)床的操作過程中，有十分明確的動(dòng)作順序，可以按照這些順序進(jìn)行自動(dòng)交換動(dòng)作，而PLC在數(shù)控機(jī)床的故障診斷過程中的應(yīng)用，就是通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)的先后順序特征來判斷的。

3.2 T功能

T功能指的是對(duì)刀具進(jìn)行選擇的功能，在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)過程中，不同的元件生產(chǎn)需要不同的刀具，對(duì)刀具進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，也可以通過PLC來自動(dòng)完成。當(dāng)需要更換刀具的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出一個(gè)指令，可編程控制器接收來自于系統(tǒng)輸出的需要更換刀具的代碼指令，開始對(duì)這個(gè)指令進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以找到需要更換的刀具對(duì)應(yīng)的號(hào)碼，然后將找到的刀具與生產(chǎn)所需要的刀具進(jìn)行對(duì)比，如果不符合，則會(huì)發(fā)出需要換刀的指令，直到最終選擇出所需要的刀具。具體的控制過程是，首先要接入PLC輸入端的軟開關(guān)，使得電機(jī)旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，然后選刀、換刀，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，等到刀架落下之后再將其壓緊；換刀結(jié)束之后系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)，說明可以繼續(xù)開始生產(chǎn)。

3.3 M功能

M功能指的是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)和停止的功能，當(dāng)可編程控制器接收到機(jī)床系統(tǒng)傳送出的M指令之后，PLC會(huì)對(duì)這個(gè)指令進(jìn)行編譯，根據(jù)編譯的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的操作。PLC的輔助性功能會(huì)因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的類別不同而有一定差異，盡管數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但是所有的輔助性功能基本相同，比如程序運(yùn)行、停止、換刀等過程中，功能指令相同。

3.4 S功能

S功能指的是對(duì)數(shù)控機(jī)床的主軸進(jìn)行控制，其控制的方法主要有2類，分別是代碼控制法和直接指定法。前者指的是在S的后面有2個(gè)不同的數(shù)字，這2個(gè)數(shù)字代表的是抓后轉(zhuǎn)速序列的序號(hào)，直接制定法指的是直接顯示數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的大小。在PLC應(yīng)用過程中，可以將數(shù)控機(jī)床主軸運(yùn)行過程中的情況清晰地顯示出來，并且直觀地展示出運(yùn)行過程中各種參數(shù)的變化情況，對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控，防止出現(xiàn)異常情況。

4 結(jié)語

PLC的可靠性、穩(wěn)定性、靈活性等都比較強(qiáng)，在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛。在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)過程中，PLC的應(yīng)用可以提高機(jī)床的自動(dòng)化控制水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)的有效控制，例如對(duì)程序進(jìn)行啟動(dòng)、停止，在生產(chǎn)過程中自動(dòng)換刀，對(duì)生產(chǎn)過程中的各種故障進(jìn)行自動(dòng)診斷和處理等，都可以通過PLC技術(shù)的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。