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        以PLC為基礎的新型機床控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

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

        祁偉

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

        關鍵詞:PLC;新型機床;控制系統(tǒng)

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

        傳統(tǒng)的數(shù)控機床的控制電路為繼電器邏輯電路RLC,隨著科技的不斷進步,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)控機床進行控制的過程中,不僅可以實現(xiàn)各個坐標軸的連續(xù)控制,還可以控制主軸的起停,液壓系統(tǒng)、報警系統(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,性價比高的特點。

        1 PLC概述

        可編程邏輯控制器簡稱PLC,其實質(zhì)是一種數(shù)字運算電子系統(tǒng),該系統(tǒng)設計的服務環(huán)境為工業(yè)環(huán)境。其存儲器類型為可編程存儲器,主要用于邏輯運算、技術等特殊指令,應用數(shù)字式的輸入和輸出方式對機械的生產(chǎn)過程進行控制。可編程邏輯控制器屬于一種新型的工業(yè)控制器,其將自動控制技術和計算機技術有機的結合在一起。具有以下優(yōu)勢:邏輯運算能力有所加強,數(shù)字處理功能有所減弱;抗干擾能力強,可以適應不良的工業(yè)環(huán)境;結構體積較小,安裝較為容易;操作起來更加方便,容易控制。

        2 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的基本結構

        2.1數(shù)控機床基礎結構

        2.1.1機床主體

        機床的主要任務就是零件加工,對各種原材料進行處理,加工成為預先設計的零件結構。

        2.1.2電氣控制單元

        機床的主要控制部分為電氣控制系統(tǒng),電氣控制系統(tǒng)主要有三個部分構成:電源、運動控制器以及電機等,電源主要為整個機床提供電能,電源為機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行轉(zhuǎn)化,也不能和運動控制器保持相應的通信聯(lián)系。交流電是支撐數(shù)控機床電動機運轉(zhuǎn)的主要能量,而電機的作用就是將電流轉(zhuǎn)換為交流電。數(shù)控機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動控制器,運動控制器的作用是實現(xiàn)對機床主體部分的邏輯控制,協(xié)調(diào)機床各項工作,保證運動控制器正常穩(wěn)定的運行,繼而保證整個電氣控制系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定的運行。

        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,應用電池閥控制原材料加工活動,比如,通過調(diào)整相應的參數(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)機床的核心控制部分,PLC的應用可以實現(xiàn)對相應程度的分析和應用,通過用戶輸入的信息控制運動控制器,然后實現(xiàn)對電機模塊的控制。傳感器會檢查數(shù)控機床在運動過程中的實際狀態(tài)以及各項參數(shù),將所檢測到的參數(shù)上傳至PLC電氣控制系統(tǒng),繼而實現(xiàn)對數(shù)控機床的控制。

        2.2數(shù)控機床的特殊結構

        數(shù)控機床在實際運行過程中,可能會出現(xiàn)相應的突發(fā)狀況,比如因為操作人員操作不當導致的生產(chǎn)問題等。為了避免這些問題,在設計數(shù)控機床系統(tǒng)的過程中應該設計相應的特殊結構。

        2.2.1緊急按鈕

        緊急按鈕的設置主要是為了可以保證技術人員可以對突發(fā)狀況進行應對,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,保證了生產(chǎn)安全。按下緊急按鈕時,控制系統(tǒng)還會接收到相應的報警信號,然后系統(tǒng)就會發(fā)出指令,通知各個設備停止運行,這些停止運行的指令發(fā)出的同時,系統(tǒng)程序也會復位。

        2.2.2超程限位

        機床在正常運行狀態(tài)時,超程限位程序處于斷開狀態(tài),如果按下超程限位開關時,那么開關位置的接觸點就會斷開,繼電器發(fā)生斷電,然后發(fā)出相應的報警信息??刂葡到y(tǒng)首先會處理報警信息,當合理處理故障后,警報就會解除。

        3 基于PLC的數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)

        3.1PLC技術在數(shù)控機床中的工序步驟

        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)控機床各類電力的所有實際工作參數(shù),應用PLC技術開展該項工作的過程中,電力系統(tǒng)處于接通狀態(tài),接通的電路會完成相應的輸入工作。

        3.1.2PLC技術執(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的,在執(zhí)行環(huán)節(jié),系統(tǒng)首先會下達執(zhí)行命令,PLC接收命令后,就會對相應的數(shù)據(jù)信息進行收集,根據(jù)各個指令完成相應的工作。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)

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

        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、傳感器、電源模塊、運動控制器等。先對其中兩種組成部分進行具體的介紹。

        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)榻涣麟姡瑪?shù)控機床運運行通常應用到的是交流電。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)設置一個預定的轉(zhuǎn)化數(shù)值,可以和運動控制器相互連接建立通信關系。

        3.2.2運動控制器

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

        3.3PLC技術在數(shù)控機床中的控制

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

        3.4PLC數(shù)控機床電氣自動化控制

        3.4.1自動換刀

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

        3.4.2斷刀檢測

        數(shù)控機床在運行過程中,十分容易出現(xiàn)一個問題就是斷刀故障,這個故障一旦發(fā)生,應該立即停止所有的機械工作,避免發(fā)生更為嚴重的安全問題。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電阻相互組合構成一個有效的電平輸出。為了降低傳感器發(fā)生磨損或者斷裂的概率,傳感器應該及時檢查刀具,并且將刀具的檢查結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)出暫停機床工作的指令,并且自動完成換刀,然后通知復位,繼續(xù)開展零件加工操作。

        3.4.3深度檢測

        機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,因為刀具深度直接決定了換刀時主軸夾緊的位置,只有保證刀具深度滿足相應的要求,才能保證所生產(chǎn)出來的零部件可以滿足相關標準。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的標準要求。

        4 結語

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

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