机床电控系统的PLC技术数字化改造与应用研究

刘建芬

摘 要：PLC是一种以微处理器为核心，集通信技术、自动化技术、微机技术于一体的工业控制装置。很多机械企业为了提高机床的工作效率以及精度，将PLC控制技术引入到机床的电控系统中，实现了对机床的控制方式进行改造的目的，以求机床能够适应市场经济的需要，提高经济效益。文章将具体分析机床电控系统的PLC技术数字化改造技术，主要分析了改造的方法、一般步骤以及需要注意的特殊事项。

关键词：PLC；电控系统；微处理器

我国大多数的机械制造行业的生产以及加工装备绝使用的是传统的机床，大多数都是役龄10年以上的老机床。这些老机床不但能耗高，工作效率低，而且加工出来的机械产品质量差、品种少、档次低以及成本高，从而使得我国制造业在国际以及国内市场上缺乏竞争力，这不但影响企业的效益、市场以及产品，而且还阻碍着企业的发展。我国的大陆地区成为“世界工厂”，这使得我国的制造业面临着巨大的机遇与挑战，没有先进的加工手段，企业是不可能在激烈的市场竞争中生存下来的。

1 机床电控系统的PLC技术数字化改造方法

利用PLC技术对机床电气系统进行改造，可使得机床电路大大的简化。基本的改造方法是将机床中的电气元件直接与PLC的各个输入以及输出端口相连，各线圈的停启状态由逻辑程序确定；利用PLC对机场进行改造不但设计线路简单，而且机床控制主要由逻辑程序来确定使得机床的维护和设计比较容易。

1.1 电气元件与PLC的硬件连线

将机床控制电路中的开关、按钮、继电器触点以及接触器辅助触点与PLC的输入端口相连接，将电磁阀线圈、接触器线圈、继电器线圈、照明灯、指示灯等耗能元件与PLC的输出端口相连接；确定各触点对应的端口号，一般情况下一个电气元件的多个触点只需连接PLC的一个输入口。建立输入以及输出端口分配表，按照各个端口号编写逻辑程序实现逻辑运算。

1.2 逻辑程序设计

将电气元件与PLC的硬件连线之后，接下来就需要编写逻辑程序，确定各输出端口得电以及失电的逻辑条件，实现对各输出端口对应耗能元件的状态的控制。依照机床中原控制电路的逻辑关系以及控制要求编写PLC程序。编写好程序之后，接下来就要运行PLC程序，PLC程序能够实现对输入端口状态的采集，由编写的PLC逻辑程序实现逻辑运算，实现对输出端电气元件的控制，如电动机、液压系统以及其他电气元件工作；PLC程序逻辑控制就是通过开发逻辑程序代替原来元器件间的串、并联接线，达到简化电路以及方便维修的目的。

2 机床电控系统的PLC技术数字化改造方案

2.1 机械修理与电气改造相结合

通常对利用PLC进行改造的机床，需进行机械的修理。首先需要确定修理的要求、范围、内容；其次确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；最后需要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。

2.2 先易后难、先局部后全局

当改造步骤确定之后，将整个电气部分改造可以将整体分成若干个子系统，并对子系统分别进行改造，如数控系统、测量系统、主轴各个子系统等；对各个子系统分别改造之后，将子系统对应部分连接起来组成整个系统。在每个子系统工作中，首先做技术性较低而且工作量较大的工作，然后做技术性高并且要求精细的工作。

2.3 根据使用条件选择系统

根据机床的外部使用条件，如机床的工作环境、工作温度、周围湿度以及灰尘等等，从而选择改造后的电气系统性能，如防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等等；这样便使得改造后的电气系统达到最优。

2.4 落实参与改造人员及其责任

机床改造是一项系统的、工程量巨大的工程，人员配备十分重要。由于是PLC系统改造，要选择对PLC以及改造机床比较熟悉的研究人员，根据每个子项目的大小，合理地确定项目人数以及具体分工，确定人员的职责，每子项目要有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作，在目标明确的前提下，界定分工、确定技术协调人员。

2.5 改造范围与周期的确定

有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床中的全部电气系统，经过专业人员的分析决定改造范围。停机改造的周期，由具体企业的实际情况而定，考虑因素有新系统大小与复杂程度、人员技术水平、生产紧张程度、天气状况、准备工作充分程度。

3 针对落地镗床的PLC技术数字化改造

3.1 落地镗床主传动控制的PLC改造

3.1.1 主传动主控制电路

落地镗床的主轴由30kW，400V直流电动机来驱动，系统采用速度环、电流环双环调节系统和无环流电枢可逆方式，参数可通过键盘和显示单元进行调整或输入。主轴电动机的调速范围为1：18，最高转速n=1500r/min，最低转速n=83.3r/min。由悬挂按钮站上的调速器进行无级调速。

3.1.2 主传动控制的PLC外围电路设计为扩大机

落地镗床的主轴有4挡液压机械变速，使用旋钮SA6切换电磁液压阀YV1、YV2来实现变换机械挡位。机床的主轴能实现正反向点转，点转时电动机的转速83r/min。

3.1.3 主传动的PLC控制程序设计

落地镗床的主传动控制主要是对主电机的正转、反转、正向点动和反向点动以及转动速度可控调节等进行调控；因此，PLC需要需12个输入点、10个输出点，落地镗床主传动I/O地址分配见表1，落地镗床主传动PLC外部接线如图1所示。

3.2 落地镗床保护部分控制的PLC改造

3.2.1 急停保护

落地镗床设有三个急停按钮：SB0、SB1、SB2，分别位于电柜面板、床身、操作站，主要在紧急情况下使用。出现需要急停时，所有运行设备立即停止。

3.2.2 电机保护主要为每台电机设置有短路、过载保护。

3.2.3 气压保护主要用来检测气压是否达到额定值。

3.2.4 液压系统保护主要测量油位检测、压力检测等。

3.2.5 润滑系统保护主要为润滑系统对每台电机的保护、流量检测、润滑油温检测等。

3.2.6 直流电机保护，当驱动器检测到电机异常时报警，并对直流电机的励磁电流进行检测。

3.2.7 信号异常保护：如果系统发出指令，未收到反馈信号，则报警。

3.2.8 超时保护：当机床在一定时间内设定动作为完成，系统报警。

3.2.9 编码器保护：当系统检测到计数模块或编码器出现短路等异常状况时报警，就会在触摸屏上会显示出报警内容，则系统将自动停止相关的设备。

3.3 进给运动的PLC控制程序设计

落地镗床进给运动主要控制进给电机的正转、反转、正向和反向点动以及转动速度可控调节等；因此，PLC需要12个输入点，12输出点，辅助部分I/O地址分配以及PLC外部接线如表2、图2所示。

3.4 落地镗床的控制程序设计

主要通过控制面板的转换开关为SA，且电气控制系统可以通过手动/自动进行复位控制，为了使得保护部分更加准确，程序采用了PID算法，程序流程如下图3所示。

依据以上部分的设计，落地镗床的其余部分的控制均按同样方法实现；将PLC应用于落地镗床不但可以节约大量的电气元件以及导线，而且还能提高落地镗床的可靠性，使得操作更加的方便、灵活，落地镗床利用PLC使得调试比较简单，减少落控制系统的设计时间，从而达到改善了落地镗床加工零件的合格率，提高了落地镗床的经济效益。

4 结束语

机床电控系统的PLC技术数字化改造，可以改变传统机床在工作过程中存在的故障多、效率低、维修费等很多问题。机床电控系统的PLC技术数字化改造主要通过机床的电路图与PLC的梯形图中的各个部分元件进行一一对应，改动尽量达到最小化，从而提高了机床控制系统的工作效率以及工作精度，机床电控系统的PLC技术数字化改造是企业在生产活动中能够更有效地利用资源、节省资源。机床电控系统的PLC技术数字化改造的应用，给企业的生产活动带来了更大的经济利益，因此其应用前景十分地广阔。

参考文献

[1]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]丁伟.可编程序控制器在工业控制中的应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]黄晓红.工厂电气控制与可编程序控制器[M].北京：中国科学出版社，2003.

3.2.2 电机保护主要为每台电机设置有短路、过载保护。

3.2.3 气压保护主要用来检测气压是否达到额定值。

3.2.4 液压系统保护主要测量油位检测、压力检测等。

3.2.5 润滑系统保护主要为润滑系统对每台电机的保护、流量检测、润滑油温检测等。

3.2.6 直流电机保护，当驱动器检测到电机异常时报警，并对直流电机的励磁电流进行检测。

3.2.7 信号异常保护：如果系统发出指令，未收到反馈信号，则报警。

3.2.8 超时保护：当机床在一定时间内设定动作为完成，系统报警。

3.2.9 编码器保护：当系统检测到计数模块或编码器出现短路等异常状况时报警，就会在触摸屏上会显示出报警内容，则系统将自动停止相关的设备。

3.3 进给运动的PLC控制程序设计

落地镗床进给运动主要控制进给电机的正转、反转、正向和反向点动以及转动速度可控调节等；因此，PLC需要12个输入点，12输出点，辅助部分I/O地址分配以及PLC外部接线如表2、图2所示。

3.4 落地镗床的控制程序设计

主要通过控制面板的转换开关为SA，且电气控制系统可以通过手动/自动进行复位控制，为了使得保护部分更加准确，程序采用了PID算法，程序流程如下图3所示。

依据以上部分的设计，落地镗床的其余部分的控制均按同样方法实现；将PLC应用于落地镗床不但可以节约大量的电气元件以及导线，而且还能提高落地镗床的可靠性，使得操作更加的方便、灵活，落地镗床利用PLC使得调试比较简单，减少落控制系统的设计时间，从而达到改善了落地镗床加工零件的合格率，提高了落地镗床的经济效益。

4 结束语

机床电控系统的PLC技术数字化改造，可以改变传统机床在工作过程中存在的故障多、效率低、维修费等很多问题。机床电控系统的PLC技术数字化改造主要通过机床的电路图与PLC的梯形图中的各个部分元件进行一一对应，改动尽量达到最小化，从而提高了机床控制系统的工作效率以及工作精度，机床电控系统的PLC技术数字化改造是企业在生产活动中能够更有效地利用资源、节省资源。机床电控系统的PLC技术数字化改造的应用，给企业的生产活动带来了更大的经济利益，因此其应用前景十分地广阔。

参考文献

[1]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]丁伟.可编程序控制器在工业控制中的应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]黄晓红.工厂电气控制与可编程序控制器[M].北京：中国科学出版社，2003.

3.2.2 电机保护主要为每台电机设置有短路、过载保护。

3.2.3 气压保护主要用来检测气压是否达到额定值。

3.2.4 液压系统保护主要测量油位检测、压力检测等。

3.2.5 润滑系统保护主要为润滑系统对每台电机的保护、流量检测、润滑油温检测等。

3.2.6 直流电机保护，当驱动器检测到电机异常时报警，并对直流电机的励磁电流进行检测。

3.2.7 信号异常保护：如果系统发出指令，未收到反馈信号，则报警。

3.2.8 超时保护：当机床在一定时间内设定动作为完成，系统报警。

3.2.9 编码器保护：当系统检测到计数模块或编码器出现短路等异常状况时报警，就会在触摸屏上会显示出报警内容，则系统将自动停止相关的设备。

3.3 进给运动的PLC控制程序设计

落地镗床进给运动主要控制进给电机的正转、反转、正向和反向点动以及转动速度可控调节等；因此，PLC需要12个输入点，12输出点，辅助部分I/O地址分配以及PLC外部接线如表2、图2所示。

3.4 落地镗床的控制程序设计

主要通过控制面板的转换开关为SA，且电气控制系统可以通过手动/自动进行复位控制，为了使得保护部分更加准确，程序采用了PID算法，程序流程如下图3所示。

依据以上部分的设计，落地镗床的其余部分的控制均按同样方法实现；将PLC应用于落地镗床不但可以节约大量的电气元件以及导线，而且还能提高落地镗床的可靠性，使得操作更加的方便、灵活，落地镗床利用PLC使得调试比较简单，减少落控制系统的设计时间，从而达到改善了落地镗床加工零件的合格率，提高了落地镗床的经济效益。

4 结束语

机床电控系统的PLC技术数字化改造，可以改变传统机床在工作过程中存在的故障多、效率低、维修费等很多问题。机床电控系统的PLC技术数字化改造主要通过机床的电路图与PLC的梯形图中的各个部分元件进行一一对应，改动尽量达到最小化，从而提高了机床控制系统的工作效率以及工作精度，机床电控系统的PLC技术数字化改造是企业在生产活动中能够更有效地利用资源、节省资源。机床电控系统的PLC技术数字化改造的应用，给企业的生产活动带来了更大的经济利益，因此其应用前景十分地广阔。

参考文献

[1]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]丁伟.可编程序控制器在工业控制中的应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]黄晓红.工厂电气控制与可编程序控制器[M].北京：中国科学出版社，2003.