基于PLC电气控制在数控系统上的应用

　　摘要：针对传统数控机床采用的继电器控制，对比分析证明了采用PLC控制的优点。以搬运机械手在机床上的控制为例，介绍了采用PLC实现控制的方法，包括控制总体方案、PLC选型、控制原理及梯形图的设计。试验结果表明，该控制系统能达到预定控制要求，灵活性和可靠性得到提高。
　　关键字：PLC，数控系统，梯形图
　　
　　引言
　　传统机床的电气控制多为继电器控制，设备相对独立性差，接线复杂且控制不及时，长期使用会大大降低设备的可靠性，造成控制故障和机械故障。PLC（可编程控制器）具有应用灵活、扩展性好、操作方便、标准化的硬件和软件设计、通用性强以及完善的监视和诊断功能、控制功能强大、可适应恶劣的工业应用环境、体积小重量轻、性价比高而且省电的优点，是传统继电器逻辑控制柜无法与之相比的。所以PLC的应用，几乎覆盖了所有的工业企业。本文以搬运机械手的控制为例，介绍了数控机床电气控制系统的软件设计和硬件设计。
　　1、PLC安装原理
　　安装在床身上的主轴箱中的主轴转动，带动装夹在其端头的工件转动；刀具安装在刀架上，与滑板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动，主轴的转动和溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，较好的停车制动是采用电气制动。在加工的过程中，还需提供切削液，并且为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，要求带动刀架移动的溜板箱能够快速移动。控制电路可划分为主电动机的控制电路和电动机的控制电路两部分。
　　组合机床的控制是一典型的顺序控制，实际生产中，常采用可编程序控制器来构成电气控制系统，使得电气控制设备体积小，工作可靠，控制要求易于修改。PLC有三种输出形式，要根据负载的要求来决定选择哪一种形式的输出。
　　下面以继电器输出形式为例，介绍几点注意事项。
　　1.1PLC的输出接线有独立输出和分组输出两种类型。独立输出型，各输出点之间相互隔离，每一个输出点都可使用单独的电源。
　　1.2根据PLC输出端的带负载能力，选择负载的接线形式。采用继电器输出的PLC可以驱动2A的电阻负载，也就是说PLC输出公共端允许的最大电流是2A。
　　1.3PLC的输出端接有感性元件(如线圈负载)时，要加抗干扰电路。
　　2、控制系统的梯形图
　　目前多大数使用的"梯形图"编程语言，沿用了继电器控制线路中的一些图形符号和定义，对于熟悉继电器电路的工程技术人员很容易将继电器控制线路“翻译”成PLC梯形图。由于PM具有使用灵活、通用性强、编程简单的特点，因而在机床控制中的应用日益广泛。根据机械手的工艺流程图，可以设计如下的梯形图（如图1所示）。
　　
　　梯形图的执行过程是：
　　（1）机械手应处于原位。运行时，先按下复位按钮SB2，输入继电器的动合触点406闭合，单脉冲指令使辅助继电器200产生一个脉冲，移位寄存器复位。因此，移位寄存器的动断触点101~111均为闭合状态。同时，因机械手在原点，上限位开关ST2。左限位开关ST4被压合，相应的动合触点402、404闭合，程序使100置1，输出继电器430得电，原点指示灯亮。
　　（2）压下启动按钮SB1，400接通，产生移位信号，使100右移一位，则101为1，从而使431得电，执行下降动作。机械手下降，上限位开关ST2打开，402失电，100置0。
　　（3）机械手下降到位时，下限位开关ST1被压下，401闭合，产生移位信号，100的0态移到101，使431失电，机械手下降停止。同时，101的1态移到102，使201得电并保持，通过201的保持触点使432、定时器450同时得电，将工件夹紧，并延时。
　　（4）延时继电器450延时3s，其动合触点接通，产生移位信号，使103为1，102为0，于是433得电，驱动电磁阀YA1执行上升动作。由于201的保持作用，432不会失电，工作继续保持夹紧状态。
　　（5）机械手上升到位时，上限位开关ST2被压下，402接通，产生移位信号，使104为1，103为0，从而使433失电，机械手停止上升；输出继电器434得电，驱动电磁阀YA4，使机械手右移。
　　（6）机械手右移到右限位开关ST3动作时，403接通，又产生移位信号，使105为1，104为0，从而使434失电，机械手停止右移；431再次得电，驱动电磁阀YA1，执行下降动作。
　　（7）机械手下降到位时，压下ST1，401接通，产生移位信号，使105为0，106为1，从而使431失电，下移停止，201复位，从而使432失电，夹紧的工件被松开。同时，定时器451得电，开始松开并延时。
　　（8）451延时2s后，气触点接通，产生移位信号，使106为0，107为1，433再次得电，使机械手上升。
　　（9）机械手上升到上限位开关处时，压下ST2，402接通，产生移位信号，使107为0，110为1，从而使433失电，机械手停止上升，435得电，使机械手左移。
　　3、PLC与上位机通讯协议
　　存储设备与传输设备执行PLC命令，高速度、高密度地自动输送存取货物，同时在上位机可进行实时监控。当选择自动工作方式时，上位机可以通过通讯来控制PLC，控制交流变频器并最终控制交流电机，实现堆垛机的送货和取货过程。
　　4、总结
　　实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能，提高了效率，为企业创造较好的经济效益。
　　
　　参考文献：
　　[1]齐占庆，王振臣．电气控制技术[M]．北京:机械工业出版社，2002．
　　[2]史国生．电气控制与可编程控制器技术[M]．北京:化学工业出版社，2003．
　　[3]马志溪．电气工程设计[M]．北京:机械工业出版社，2002

《基于PLC电气控制在数控系统上的应用》

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