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        以PLC為基礎(chǔ)的新型機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2019-03-25 15:17祁偉
        粘接 2019年7期
        關(guān)鍵詞:控制系統(tǒng)

        祁偉

        摘要:隨著科技的發(fā)展,PLC技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中控制系統(tǒng)中,PLC技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了數(shù)控機(jī)床的控制能力,還提高了數(shù)控機(jī)床的精密度。文章首先全面介紹了PLC自動控制系統(tǒng),對以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)所存在的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了深入的探討,為提高機(jī)床生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性提供借鑒和參考。

        關(guān)鍵詞:PLC;新型機(jī)床;控制系統(tǒng)

        中圖分類號:TQ016.5+4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-5922(2019)07-0184-03

        傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的控制電路為繼電器邏輯電路RLC,隨著科技的不斷進(jìn)步,其控制電路已經(jīng)升級為可編程邏輯控制器PLC。PLC在對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制的過程中,不僅可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)坐標(biāo)軸的連續(xù)控制,還可以控制主軸的起停,液壓系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等的控制。另外,PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高,程序簡單,抗干擾能力強(qiáng),性價(jià)比高的特點(diǎn)。

        1 PLC概述

        可編程邏輯控制器簡稱PLC,其實(shí)質(zhì)是一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng),該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的服務(wù)環(huán)境為工業(yè)環(huán)境。其存儲器類型為可編程存儲器,主要用于邏輯運(yùn)算、技術(shù)等特殊指令,應(yīng)用數(shù)字式的輸入和輸出方式對機(jī)械的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制??删幊踢壿嬁刂破鲗儆谝环N新型的工業(yè)控制器,其將自動控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起。具有以下優(yōu)勢:邏輯運(yùn)算能力有所加強(qiáng),數(shù)字處理功能有所減弱;抗干擾能力強(qiáng),可以適應(yīng)不良的工業(yè)環(huán)境;結(jié)構(gòu)體積較小,安裝較為容易;操作起來更加方便,容易控制。

        2 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

        2.1數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

        2.1.1機(jī)床主體

        機(jī)床的主要任務(wù)就是零件加工,對各種原材料進(jìn)行處理,加工成為預(yù)先設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)。

        2.1.2電氣控制單元

        機(jī)床的主要控制部分為電氣控制系統(tǒng),電氣控制系統(tǒng)主要有三個(gè)部分構(gòu)成:電源、運(yùn)動控制器以及電機(jī)等,電源主要為整個(gè)機(jī)床提供電能,電源為機(jī)床供給電能的方式有兩種:一種是將固定電流轉(zhuǎn)換成一種可調(diào)節(jié)的電流,和控制器保持一定的通信聯(lián)系;另外一種不能對電流形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化,也不能和運(yùn)動控制器保持相應(yīng)的通信聯(lián)系。交流電是支撐數(shù)控機(jī)床電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要能量,而電機(jī)的作用就是將電流轉(zhuǎn)換為交流電。數(shù)控機(jī)床的指揮中心為電氣控制單元,電氣控制系統(tǒng)的主要組成部分為運(yùn)動控制器,運(yùn)動控制器的作用是實(shí)現(xiàn)對機(jī)床主體部分的邏輯控制,協(xié)調(diào)機(jī)床各項(xiàng)工作,保證運(yùn)動控制器正常穩(wěn)定的運(yùn)行,繼而保證整個(gè)電氣控制系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

        2.1.3電氣控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分

        該部分的功能是控制零件加工過程,應(yīng)用電池閥控制原材料加工活動,比如,通過調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)變化刀具角度,有效提高零部件的生產(chǎn)效率。

        2.1.4PLC

        該部分是數(shù)據(jù)機(jī)床的核心控制部分,PLC的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)程度的分析和應(yīng)用,通過用戶輸入的信息控制運(yùn)動控制器,然后實(shí)現(xiàn)對電機(jī)模塊的控制。傳感器會檢查數(shù)控機(jī)床在運(yùn)動過程中的實(shí)際狀態(tài)以及各項(xiàng)參數(shù),將所檢測到的參數(shù)上傳至PLC電氣控制系統(tǒng),繼而實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床的控制。

        2.2數(shù)控機(jī)床的特殊結(jié)構(gòu)

        數(shù)控機(jī)床在實(shí)際運(yùn)行過程中,可能會出現(xiàn)相應(yīng)的突發(fā)狀況,比如因?yàn)椴僮魅藛T操作不當(dāng)導(dǎo)致的生產(chǎn)問題等。為了避免這些問題,在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的過程中應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)。

        2.2.1緊急按鈕

        緊急按鈕的設(shè)置主要是為了可以保證技術(shù)人員可以對突發(fā)狀況進(jìn)行應(yīng)對,在正常情況下,緊急按鈕處于斷開狀態(tài),如果出現(xiàn)緊急狀況,工作人員按下緊急按鈕,那么急停按鈕的接觸點(diǎn)就會斷開,緊急按鈕所控制的回路繼電器也會斷開,電源直接被缺點(diǎn),保證了生產(chǎn)安全。按下緊急按鈕時(shí),控制系統(tǒng)還會接收到相應(yīng)的報(bào)警信號,然后系統(tǒng)就會發(fā)出指令,通知各個(gè)設(shè)備停止運(yùn)行,這些停止運(yùn)行的指令發(fā)出的同時(shí),系統(tǒng)程序也會復(fù)位。

        2.2.2超程限位

        機(jī)床在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),超程限位程序處于斷開狀態(tài),如果按下超程限位開關(guān)時(shí),那么開關(guān)位置的接觸點(diǎn)就會斷開,繼電器發(fā)生斷電,然后發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。控制系統(tǒng)首先會處理報(bào)警信息,當(dāng)合理處理故障后,警報(bào)就會解除。

        3 基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)

        3.1PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的工序步驟

        3.1.1輸入處理步驟環(huán)節(jié)

        該環(huán)節(jié)的主要工作是收集信息,主要收集的信息是數(shù)控機(jī)床各類電力的所有實(shí)際工作參數(shù),應(yīng)用PLC技術(shù)開展該項(xiàng)工作的過程中,電力系統(tǒng)處于接通狀態(tài),接通的電路會完成相應(yīng)的輸入工作。

        3.1.2PLC技術(shù)執(zhí)行環(huán)節(jié)

        僅憑系統(tǒng)程序是無法完成該階段工作任務(wù)的,在執(zhí)行環(huán)節(jié),系統(tǒng)首先會下達(dá)執(zhí)行命令,PLC接收命令后,就會對相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集,根據(jù)各個(gè)指令完成相應(yīng)的工作。該階段的操作一般需要不同的程序相互配合才能完成。

        3.1.3輸出處理環(huán)節(jié)

        在這個(gè)環(huán)節(jié),PLC技術(shù)的電路處于輸出電路狀態(tài),用戶可以根據(jù)實(shí)際工作確定一種特定的輸出模式,完成相應(yīng)的操作指令后,鎖存器會將輸出結(jié)果存儲起來,然后通過轉(zhuǎn)存操作,實(shí)現(xiàn)外部負(fù)載的目的。

        3.2PLC電氣控制系統(tǒng)組成

        PLC電氣控制系統(tǒng)的主要組成部分有:工控機(jī)、傳感器、電源模塊、運(yùn)動控制器等。先對其中兩種組成部分進(jìn)行具體的介紹。

        3.2.1電源模塊

        電源模塊的作用就是轉(zhuǎn)換電流形式,通過變頻器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,再通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?,?shù)控機(jī)床運(yùn)運(yùn)行通常應(yīng)用到的是交流電。電源模塊又有兩種形式:可調(diào)電源模塊和不可調(diào)電源模塊。其中可調(diào)電源模塊可以根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置一個(gè)預(yù)定的轉(zhuǎn)化數(shù)值,可以和運(yùn)動控制器相互連接建立通信關(guān)系。

        3.2.2運(yùn)動控制器

        該部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分,主要有三個(gè)功能:運(yùn)動控制、工藝控制以及邏輯控制。整個(gè)電氣系統(tǒng)的工作效率都和運(yùn)動控制器的速度和可靠性有著直接的關(guān)系,PLC控制系統(tǒng)如圖1所示。

        3.3PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的控制

        數(shù)控機(jī)床中PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)就是程序指令,程序指令會將相應(yīng)的信號和程序納入控制系統(tǒng)中,為了保證準(zhǔn)確性,還需要對其進(jìn)行一次更加全面深入的分析。PLC技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對面板的高效控制,保證CNC的安全性:PLC技術(shù)可以對信號的傳輸進(jìn)行有效的控制,為了避免信息傳輸中產(chǎn)生的錯(cuò)誤,必須保證信號穩(wěn)定有效。PLC技術(shù)還可應(yīng)用于警報(bào)系統(tǒng)中,一旦發(fā)生操作異常情況,首先對PLC系統(tǒng)的反饋進(jìn)行分許和診斷,然后完成相應(yīng)的診斷和分析工作,及時(shí)作出預(yù)警提示。在數(shù)控機(jī)床中所應(yīng)用到的PLC技術(shù)可以對系統(tǒng)完成升級和改進(jìn),在實(shí)際運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換時(shí)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)代化的發(fā)現(xiàn),PLC技術(shù)的應(yīng)用可以對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,升級數(shù)控機(jī)床的控制性能。

        3.4PLC數(shù)控機(jī)床電氣自動化控制

        3.4.1自動換刀

        該功能是數(shù)控機(jī)床的主要功能,不僅可以完成機(jī)械自動換刀的操作過程,傳統(tǒng)的人工換刀一般會浪費(fèi)較長的時(shí)間,而機(jī)械自動換刀可以節(jié)省大量的時(shí)間成本。另外,和傳統(tǒng)人工換刀相比,機(jī)械自動換刀具有兩個(gè)自由度,有效提高了數(shù)控機(jī)床的工作效率,控制電磁閥的開關(guān)可以完成刀具加筋和機(jī)械臂加筋的功能,繼而完成換刀的主要操作步驟。換刀的主要操作步驟有四個(gè):機(jī)械手伸展、機(jī)械手松開,機(jī)械手收回、機(jī)械手夾緊,只要完成這四個(gè)操作步驟,那么換刀操作也就完成,如圖2所示。

        3.4.2斷刀檢測

        數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中,十分容易出現(xiàn)一個(gè)問題就是斷刀故障,這個(gè)故障一旦發(fā)生,應(yīng)該立即停止所有的機(jī)械工作,避免發(fā)生更為嚴(yán)重的安全問題。OC門的光線傳感器是斷刀檢測的核心,OC門的3根接人線和24V電源上直接相連,OC門信號線與24V電阻相互組合構(gòu)成一個(gè)有效的電平輸出。為了降低傳感器發(fā)生磨損或者斷裂的概率,傳感器應(yīng)該及時(shí)檢查刀具,并且將刀具的檢查結(jié)果傳送到電氣控制系統(tǒng),電氣系統(tǒng)如果接收到刀具出現(xiàn)磨損的信號,那么控制中心就會發(fā)出暫停機(jī)床工作的指令,并且自動完成換刀,然后通知復(fù)位,繼續(xù)開展零件加工操作。

        3.4.3深度檢測

        機(jī)床在加工零部件的過程中,刀具的深度檢測是十分重要的工作,因?yàn)榈毒呱疃戎苯記Q定了換刀時(shí)主軸夾緊的位置,只有保證刀具深度滿足相應(yīng)的要求,才能保證所生產(chǎn)出來的零部件可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。所以,檢查刀具的深度是十分有必要的,如果刀具深度檢測結(jié)果不合理,那么需要重新調(diào)整刀具的深度,保證該深度可以符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

        4 結(jié)語

        隨著社會的進(jìn)步,科技信息的發(fā)展,PLC控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)的發(fā)展中去。PLC控制系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用,不僅有效提高了機(jī)床工作效率,同時(shí)還提高了機(jī)床加工的自動化。在機(jī)床未來的發(fā)展中,為了提高數(shù)控機(jī)場的控制能力,必須不斷完善和升級PLC電氣控制系統(tǒng)。

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