PLC控制器在機床數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用

　　一、引言

　　近年來，PLC在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。在機床的實際設(shè)計和生產(chǎn)過程中,為了提高數(shù)控機床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。永宏FBs系列PLC的NC定位功能較其它PLC更精準，且程序的設(shè)計和調(diào)試相當方便。本文提出的是如何應(yīng)用永宏P(guān)LC的NC定位控制實現(xiàn)機床數(shù)控系統(tǒng)控制功能的方法來滿足控制要求，在實際運行中是切實可行的。整機控制系統(tǒng)具有程序設(shè)計思路清晰、硬件電路簡單實用、可靠性高、抗干擾能力強，具有良好的性能價格比等顯著優(yōu)點，其軟硬件的設(shè)計思路可供工礦企業(yè)的相關(guān)數(shù)控機床設(shè)計改造借鑒。

　　二、數(shù)控機床組成結(jié)構(gòu)及工作過程

　　本例數(shù)控機床由輸入、輸出裝置、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服系統(tǒng)、檢測反饋裝置和機床主機等組成，如圖1所示。

　　圖1數(shù)控機床組成機構(gòu)圖

　　輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計算機。在數(shù)控機床產(chǎn)生的初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已趨于淘汰;目前，使用鍵盤、磁盤等，大大方便了信息輸入工作。輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)(含機床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等)，一般在機床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心與主導(dǎo)，完成所有加工數(shù)據(jù)的處理、計算工作，最終實現(xiàn)數(shù)控機床各功能的指揮工作。它包含微計算機的電路，各種接口電路、CRT顯示器等硬件及相應(yīng)的軟件。可編程控制器對主軸單元實現(xiàn)控制，將程序中的轉(zhuǎn)速指令進行處理而控制主軸轉(zhuǎn)速;管理刀庫，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數(shù)、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數(shù)等管理;控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止、準停、切削液開關(guān)、卡盤夾緊松開、機械手取送刀等動作;還對機床外部開關(guān)(行程開關(guān)、壓力開關(guān)、溫控開關(guān)等)進行控制;對輸出信號(刀庫、機械手、回轉(zhuǎn)工作臺等)進行控制。檢測反饋裝置由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，主要是檢測速度和位移，并將信息反饋于數(shù)控裝置，實現(xiàn)閉環(huán)控制以保證數(shù)控機床加工精度。數(shù)控機床的工作過程如圖2所示。

　　圖2數(shù)控機床的工作過程框圖

　　數(shù)控加工的準備過程較復(fù)雜，內(nèi)容多，含對零件的結(jié)構(gòu)認識、工藝分析、工藝方案的制訂、加工程序編制、選用工裝及使用方法等。機床的調(diào)整主要包括刀具命名、調(diào)入刀庫、工件安裝、對刀、測量刀位、機床各部位狀態(tài)等多項工作內(nèi)容。程序調(diào)試主要是對程序本身的邏輯問題及其設(shè)計合理性進行檢查和調(diào)整。試切加工則是對零件加工設(shè)計方案進行動態(tài)下的考察，而整個過程均需在前一步實現(xiàn)后的結(jié)果評價后再作后一步工作。試切成功后方可對零件進行正式加工，并對加工后的零件進行結(jié)果檢測。前三步工作均為待機時間，為提高工作效率，希望待機時間越短越好，越有利于機床合理使用。該項指標直接影響對機床利用率的評價(即機床實動率)。

　　三、機床數(shù)控系統(tǒng)需要解決的幾個問題

　　機床是由機械和電氣兩部分組成，在設(shè)計總體方案時應(yīng)從機電兩方面來考慮機床各種功能的實施方案，數(shù)控機床的機械要求和數(shù)控系統(tǒng)的功能都很復(fù)雜，所以更應(yīng)機電溝通，揚長避短。機床控制系統(tǒng)選件、裝配、程序編制及操作都應(yīng)該比較合理，精度和穩(wěn)定性都必須滿足使用要求。同時為便于調(diào)試和檢修，各項操作均設(shè)手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉(zhuǎn)、切削液及潤滑開關(guān)等。PLC按照邏輯條件進行順序動作或按照時序動作，另外還有與順序、時序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進行聯(lián)鎖保護動作的控制，PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進行順序控制的主要產(chǎn)品,在機床的電氣控制中應(yīng)用也比較普遍。

　　在實際控制中如何既能提高定位速度，同時又能保證定位精度是一項需要認真考慮并切實加以解決的問題。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。

　　為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。當現(xiàn)場條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)必須能作相應(yīng)的修改，為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應(yīng)在線進行。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設(shè)定參數(shù)，但編程器一般不能交現(xiàn)場操作人員使用;所以，應(yīng)考慮開發(fā)其他簡便有效的方法實現(xiàn)PLC的可變控制參數(shù)的在線修改。另外為了防止電壓過高損壞PLC，電源輸入端加上壓敏電阻。

　　為了防止過熱,PLC不許安裝在變壓器等發(fā)熱元件的正上方，變頻器與PLC、伺服驅(qū)動器等保持一定距離。在元件間留有適當?shù)目障叮员闵幔⑶以谂潆娤渖习惭b風(fēng)扇降溫。此外，為保證控制系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行，還應(yīng)解決控制系統(tǒng)的安全保護問題，如系統(tǒng)的行程保護、故障元件的自動檢測等。

　　四、結(jié)束語

　　我國是一個機床生產(chǎn)和應(yīng)用大國，但數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平還不高，嚴重制約著我國制造業(yè)水平的提高。國際上的相關(guān)開發(fā)計劃對我國的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，同時也帶來了機遇。只有選擇合適的PLC才能使定位達到預(yù)期的效果。

　　由于采用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機床的運行可靠性，因而增加了設(shè)備的柔性，提高了設(shè)備的使用效率。