數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

前言：本站為你精心整理了數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

【摘要】數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)是機(jī)械加工制造行業(yè)中的重點(diǎn)內(nèi)容，其能夠使機(jī)床實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動加工，與機(jī)械加工生產(chǎn)要求相符合，有助于加工效率提升。機(jī)械加工的精度和效率則取決于該控制系統(tǒng)性能及其運(yùn)行過程是否穩(wěn)定。將PCL應(yīng)用到該系統(tǒng)中，能夠提升其操作水平，使數(shù)控機(jī)床運(yùn)行更加靈活、可靠，為后續(xù)各產(chǎn)品及器件加工奠定良好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】PLC；數(shù)控機(jī)床；電氣控制系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)

1前言

數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺，其能夠通過工藝改進(jìn)及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量及效益提升。因微電子、計(jì)算機(jī)和自動控制技術(shù)均取得了突破及發(fā)展，以往數(shù)控機(jī)床技術(shù)已經(jīng)不具備適用性，難以滿足當(dāng)前的生產(chǎn)及工藝要求。以PLC為依托，將其應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中，有助于提高數(shù)控系統(tǒng)自動化水平及其生產(chǎn)效率，為機(jī)械加工和生產(chǎn)提供良好的外部條件。

2數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)

2．1基本結(jié)構(gòu)

通常情況下，數(shù)控機(jī)床基本結(jié)構(gòu)包含三個(gè)方面內(nèi)容:(1)機(jī)床主體。主要用以各零部件加工，滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。(2)電氣控制單元。將主體部分工作作為重點(diǎn)控制內(nèi)容，包含運(yùn)動、邏輯、工藝等。其在電氣控制系統(tǒng)中不可或缺。(3)數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。該部分功用是執(zhí)行零件加工工作，經(jīng)電磁閥控制，使機(jī)械各運(yùn)動順利完成。其是PLC的核心部分，既能夠?qū)ο到y(tǒng)軟件及程序等，進(jìn)行全面分析，在其使用過程中的作用也是不可規(guī)避的。

2．2數(shù)控機(jī)床特殊結(jié)構(gòu)

(1)急停按鈕。該按鈕通常處于斷開狀態(tài)，而開關(guān)燈接觸點(diǎn)也是閉合的。一旦按下急停按鈕，會使接觸點(diǎn)斷開，系統(tǒng)中全部控制繼電器也會隨之?dāng)嚅_。切斷電源能夠使系統(tǒng)更加安全。當(dāng)一切回歸正常后，能夠復(fù)位繼續(xù)開展相關(guān)工作。(2)超程限位程序。該程序處于松動狀態(tài)。按下某條軸超程限位開關(guān)，會使接觸點(diǎn)斷開，其在控制回路中的繼電器處于斷電狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)接收到報(bào)警信息后，安全性比較高［1］。

3PLC概述及作用

3．1PLC概述

PLC即可編程控制器件，它以可編程存儲器為依托，借助存儲器，實(shí)施邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)等相關(guān)指令。而各機(jī)械自動化控制則通過數(shù)字實(shí)現(xiàn)。PLC作為一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，主應(yīng)用界面是工業(yè)控制。主要結(jié)構(gòu)包含電源、CPU、存儲器、輸入輸出、功能模塊。其語言簡明，編程和應(yīng)用極為簡便。同時(shí)，它具備完整的硬件設(shè)施，適用性強(qiáng)，用戶能夠以此為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)進(jìn)行靈活配置，使其功能和規(guī)模各異。其以軟件對中間及時(shí)間繼電器進(jìn)行替代，僅包含少量硬件元件，可靠性高。該背景下，集成電路技術(shù)應(yīng)用比較多，通過微處理器，抵抗各類干擾。

3．2PLC在數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中的作用

數(shù)控機(jī)床具備自動化特征，內(nèi)置程序控制系統(tǒng)，在工業(yè)加工中應(yīng)用普遍。其本質(zhì)是設(shè)備產(chǎn)品，有助于加生產(chǎn)效率提升及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)為數(shù)控機(jī)床提供運(yùn)行依托，能夠?qū)哂锌刂凭幋a或氣體符號指令規(guī)定的程序進(jìn)行邏輯處理，在數(shù)控裝置中，以代碼形式輸入和呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床動作控制，并聽從指令，執(zhí)行相關(guān)操作。但是，當(dāng)前技術(shù)的變革和加工規(guī)模的擴(kuò)大，使該系統(tǒng)在運(yùn)行中受到諸多桎梏，穩(wěn)定性難以保障，運(yùn)行效率難以保障，且易發(fā)生安全事故，出現(xiàn)人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。數(shù)控機(jī)床運(yùn)行效率與其性能具備直接相關(guān)性。因而，需加大該系統(tǒng)研究力度。作為可編程控制器件，PLC核心是微處理器，將其應(yīng)用于機(jī)械制造加工中，極具優(yōu)越性。其是對傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)的創(chuàng)新，使接線更加簡單、靈活、可靠，有助于機(jī)械數(shù)控裝置自動化水平的提升。同時(shí)，PLC具備很強(qiáng)抗干擾性和自我檢測能力，在該領(lǐng)域極具適用性，使數(shù)控機(jī)床運(yùn)行更加安全、可靠［2］。

4PLC下的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)

PLC屬于全閉環(huán)系統(tǒng)，主要構(gòu)成要素有電動機(jī)、變頻器、光柵尺，實(shí)施控制過程中，精度極高。

4．1電氣控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要構(gòu)成元素有工控機(jī)、電源模塊、電動機(jī)模塊、光柵尺、SIMOTION、傳感器和變頻器等，如圖1所示。(1)電源模塊。經(jīng)變頻器，實(shí)現(xiàn)交流電向直流電轉(zhuǎn)化。繼而借助逆變器，使直流電轉(zhuǎn)化為預(yù)定頻率交流電。電源模塊可細(xì)分為可調(diào)和不可調(diào)。前者依托于參數(shù)，以預(yù)定可變值，對轉(zhuǎn)化出來的直流電進(jìn)行穩(wěn)定，可與SIMOTION實(shí)現(xiàn)通信。不可調(diào)電源模塊僅能對固定直流電壓值進(jìn)行輸出，無法與SIMOTION進(jìn)行通信。(2)電動機(jī)模塊。依托于電動機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)直流電至預(yù)定頻率交流電逆變，以服務(wù)于電動機(jī)。該模塊共有裝機(jī)樁柜型和書本型兩種，書本型又可以單軸和雙軸兩種形式細(xì)化。(3)SIMOTION運(yùn)動控制器。在電氣控制系統(tǒng)中，其居于核心位置，運(yùn)行速度及可靠性直接關(guān)乎電氣控制系統(tǒng)性能。主要功能包含運(yùn)動、邏輯和工藝控制三個(gè)方面。

4．2電氣控制系統(tǒng)硬件部分

硬件設(shè)計(jì)屬電氣控制系統(tǒng)重點(diǎn)內(nèi)容，可細(xì)化為如下三個(gè)方面內(nèi)容。(1)機(jī)械手自動換刀。其自由度共2個(gè)，能夠提高數(shù)控機(jī)床性能及工作效率。具體實(shí)施方法是經(jīng)電磁閥開關(guān)控制，伸展機(jī)械臂或夾緊刀具，順利完成機(jī)械手各動作，使換刀過程更加簡便，具備自動化特征。(2)斷刀檢測。光纖傳感器是斷刀檢測系統(tǒng)核心，在24V電源上，直接對OC門三根接入線進(jìn)行接入。經(jīng)上述操作，實(shí)現(xiàn)電平輸出。執(zhí)行加工操作時(shí)，很容易磨損刀具，或出現(xiàn)斷裂情況。為保障加工質(zhì)量及性能，需對刀具實(shí)施檢測。一旦磨損，機(jī)床可自動換刀，并向上機(jī)位發(fā)出通知。光纖傳感器對斷刀檢測提供技術(shù)依托。(3)深度檢測。通常情況下，機(jī)械手或人工插入刀具深度，決定了換刀過程中的主軸夾緊位置。因而，可借助深度檢測器，對刀具深度實(shí)施檢測［3］。

4．3PLC下的數(shù)控機(jī)床電氣控制研究方法

電氣控制系統(tǒng)是否安全、可靠，主要取決于數(shù)控機(jī)床電氣控制方法。該過程中PLC數(shù)控機(jī)床電氣控制研究極為必要。軟件設(shè)計(jì)在電氣控制系統(tǒng)中尤為重要，屬核心部件。在SIMOTION中運(yùn)行的軟件為下位機(jī)軟件。上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，并對執(zhí)行部件工作過程實(shí)施控制，并檢測機(jī)床狀態(tài)。完成軸組裝工作之后，可依托于程序?qū)嵤┫嚓P(guān)操作，經(jīng)操作系統(tǒng)，對SIMOTION內(nèi)部程序?qū)嵤┱{(diào)用。工控機(jī)多進(jìn)行文件信息讀取，實(shí)施數(shù)據(jù)傳遞。SIMOTION經(jīng)數(shù)據(jù)接收后，對電動機(jī)模塊進(jìn)行控制和驅(qū)動，以帶動工作臺，實(shí)施位置控制。同時(shí)，經(jīng)光柵尺，對工作臺信息進(jìn)行檢測，后傳遞給SIMOTION，以實(shí)施工作臺位置調(diào)整。但其不能夠直接識別光柵尺信號，執(zhí)行該工作之前，需要借助傳感器，實(shí)現(xiàn)光柵尺信號轉(zhuǎn)化，使其為標(biāo)準(zhǔn)信號。通過多個(gè)傳感器，檢測工作臺狀態(tài)，并發(fā)送至電氣控制系統(tǒng)。傳感器信號，經(jīng)ET200，至SIMOTION，實(shí)現(xiàn)處理，最終傳至電氣控制系統(tǒng)。

5數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)常見故障

為有效預(yù)防或規(guī)避數(shù)控機(jī)床加工過程中，對操作人員、機(jī)床本身或工件產(chǎn)生損害，可將急停和超程作為重點(diǎn)處理對象。急停按鈕的主要作用是當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)或機(jī)床出現(xiàn)緊急情況時(shí)，使其立即停止工作，或?qū)⑺欧?qū)動器等動力裝置主電源立即切斷。一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)中有自動報(bào)警信息，按下急停按鈕。完成信息查看及故障處理之后，回歸原有狀態(tài)，使系統(tǒng)能夠正常工作。通常情況下，機(jī)床會因如下原因出現(xiàn)無法復(fù)位情況。首先，電氣原因，急停回路被切斷、損壞限位開關(guān)或急停按鈕等。其次，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，存在偏差，無法對系統(tǒng)信號進(jìn)行正常輸入輸出，也不能夠及時(shí)復(fù)位，出現(xiàn)急停故障及問題。PLC軟件沒有及時(shí)向系統(tǒng)發(fā)送復(fù)位信息。對KA中間繼電器和PLC程序?qū)嵤z查。第三，PLC系統(tǒng)復(fù)位所需信息，與相關(guān)要求不符合，未能對電源模塊、接線問題和伺服動力電源空氣開關(guān)實(shí)施準(zhǔn)確檢查。第四，PLC程序編寫存在偏差［4］。

6PLC下的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電機(jī)、光柵尺和變頻器是PLC數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成元素。以該技術(shù)為依托，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)升級及改進(jìn)，提升其精確度。該系統(tǒng)在全封閉狀態(tài)下，執(zhí)行換刀、斷刀、刀位及通信檢測等相關(guān)功能，使數(shù)控機(jī)床更具自動化特征，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率及工藝水平的提升。

6．1優(yōu)選電氣控制系統(tǒng)方式

數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)能否成功，與其電氣控制方式具備很大相關(guān)性。為提升產(chǎn)品加工精度，需將電氣機(jī)床控制系統(tǒng)性能提升作為重點(diǎn)考量內(nèi)容。基于上述要素考量，產(chǎn)品加工精度及效率由數(shù)控機(jī)床性能決定。依據(jù)實(shí)際工況，全面分析零件加工條件，對系統(tǒng)功能具備清晰的認(rèn)知和了解，依據(jù)相關(guān)特性，實(shí)施程序編輯。依據(jù)PLC控制，對X軸和Y軸予以確定。該控制方式極為封閉，經(jīng)該操作，可對PLC電氣控制系統(tǒng)的文件處理、數(shù)據(jù)處理及人機(jī)交互能力進(jìn)行全面發(fā)揮。因而，將閉環(huán)控制作為最佳控制方式，經(jīng)計(jì)算機(jī)加運(yùn)動控制器和電機(jī)光柵尺方式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，以傳感器為依托，連接數(shù)控機(jī)床，并及時(shí)反應(yīng)感應(yīng)信息。運(yùn)動控制器中軸數(shù)量不是固定不變的，具備擴(kuò)展性特征，使系統(tǒng)維護(hù)及升級更加便利。倘若以標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)施系統(tǒng)運(yùn)動控制接入，便于其對PLC功能執(zhí)行進(jìn)行有效控制。而光柵尺又能夠向控制系統(tǒng)傳送高精度位置信息。該部分工作任務(wù)由系統(tǒng)配合完成。

6．2以PLC為依托的程序設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床電氣控制中，PLC屬于重點(diǎn)內(nèi)容。數(shù)控機(jī)床的PLC程序，能夠?qū)崿F(xiàn)處理時(shí)間控制，使其在幾十毫秒至幾百毫秒之間。以該種方式，使數(shù)據(jù)信息處理更加科學(xué)、便利。該過程中，也會存在諸多制約性因素。例如，部分響應(yīng)速度要求高的信號暢通性不足。因而，設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，可對其實(shí)施高級程序和低級程序劃分。繼而依據(jù)控制功能特性，將低級程序劃分為多個(gè)模塊，執(zhí)行編譯工作。主要編譯內(nèi)容有主軸、三大直線軸及各類操作面板等。

6．3PLC下數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)參數(shù)配置

研究該系統(tǒng)工作時(shí)，需將參數(shù)配置作為重點(diǎn)考量內(nèi)容。該過程中涉及到的相關(guān)參數(shù)包括完成機(jī)床各類所需功能、數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)相匹配所需設(shè)置的各類數(shù)值。因而，無論是軟硬件設(shè)計(jì)，還是PLC程序設(shè)計(jì)，都要重點(diǎn)參考立式加工中心各功能及結(jié)構(gòu)相關(guān)要求。以此為依據(jù)，對數(shù)控機(jī)床各指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。科學(xué)執(zhí)行上述操作，能夠使基于PLC技術(shù)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，與實(shí)際生產(chǎn)需求相符合，最大程度發(fā)揮系統(tǒng)性能優(yōu)勢，達(dá)到良好的生產(chǎn)設(shè)計(jì)效果［5］。

6．4PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床間信息交換

信息共享及交換是數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的重點(diǎn)內(nèi)容。當(dāng)信息無法正常傳遞或交換，會對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作產(chǎn)生干擾。以數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)為界面，為對PLC進(jìn)行有效應(yīng)用，可重點(diǎn)關(guān)注信息之間的傳遞和交換。該過程中，信息的產(chǎn)生、傳遞和交換以PLC、數(shù)控機(jī)床和數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)為主要依托。為使信息傳遞和交換更加便利，需對底層PLC控制和上位機(jī)監(jiān)控實(shí)施全面組合，以對數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。分別將PLC主機(jī)安裝在集控系統(tǒng)3個(gè)控制室中，在PLC、數(shù)控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)間建立良好的連接關(guān)系。在PLC輸入接口對機(jī)床外側(cè)I/O單元接口進(jìn)行有效連接。編程人員可依據(jù)數(shù)控機(jī)床的信息傳遞情況，進(jìn)行自由定義及修改，繼而將其傳遞至機(jī)床。在機(jī)床接口對PLC輸出接口進(jìn)行接入時(shí)，也可對由PLC通過輸出接口向機(jī)床傳遞出的信息內(nèi)容及地址進(jìn)行自由定義。然后由CNC至PLC。開展信息交流及交換工作時(shí)，經(jīng)由CNC廠家，對PLC送至CNC的全部信號地址和含義進(jìn)行確定。PLC編程者僅有使用權(quán)限，不能夠?qū)υ擃愋畔⑦M(jìn)行隨意更改或增刪。

7結(jié)語

綜上所述，在數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中，對PLC技術(shù)進(jìn)行科學(xué)應(yīng)用，有助于其邏輯處理能力提升及完善。設(shè)計(jì)人員要對該過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，使設(shè)計(jì)內(nèi)容更加完整，從而達(dá)到良好的生產(chǎn)應(yīng)用效果。同時(shí)，該系統(tǒng)也具備成本和功能方面的優(yōu)勢。但受外部科技環(huán)境制約，其仍然存在諸多限制性因素。應(yīng)用正確的方式，對其進(jìn)行加工設(shè)計(jì)，提升其生產(chǎn)效率及精確度，為數(shù)控機(jī)床電氣控制工作開展奠定良好的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備性能提升，使其功能更加完善及多樣化。

參考文獻(xiàn):

［1］王玲．基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)研究［J］．新技術(shù)新工藝，2013(12):125～127．

［2］陳麗芳．淺析基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］．科技展望，2015(16):149．

［3］陳北莉．基于PLC的數(shù)控雙面鏜組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．自動化與儀器儀表，2015(06):54～55，58．

［4］丁立．?dāng)?shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)［J］．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012(11):28，31．

［5］慕卒也．淺議PLC在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用［J］．信息記錄材料，2016(05):32～34。

作者:何偉 單位:重慶電力高等專科學(xué)校電力工程學(xué)院