基于PLC的数控机床电气控制分析

2017-03-10陈永志

环球市场 2017年18期

关键词：电源模块电气控制数控机床

陈永志

中安重工自动化装备有限公司

基于PLC的数控机床电气控制分析

陈永志

中安重工自动化装备有限公司

本文概述了数控机床的内涵，介绍了 PLC 的工作过程及数控机床电气控制系统的构成，对数控机床电气控制中PLC的作用与应用进行了分析，以供参考。

数控机床；PLC ；电气控制

前言

数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，具有典型的机电一体化系统。PLC 在数控机床中的应用是机床发展的必然趋势，既能提高机床的自动化水平，又能提高机床的加工精度和可操控性。

1 数控机床概述

机械装置、上下位机软件和硬件电路是数控机床最重要的构成部分。数控装置是机床的核心，数控机床的核心算法及刀具曲线的生成都由数控装置来完成。一般来说，PLC数控机床被划分为两种：第一种是内置型的PLC，这种设备能完善的体现数控机床的控制流程；第二种是独立的PLC，这种设备对软件和硬件两者来说都很完备，并且，在数控机床和控制领域都有较突出的表现，所以，第二种设备在控制过程应用更为广泛。

2 PLC 的工作过程

首先，PLC 运作的第一步是收集和输入初始数据。通过控制系统的软件程序的操作和控制，将预先编辑好的指令对输入区域进行扫描，从而达到分析和判断输入区域所处的运行状态是否正常的目的。第二步是关于程序对特定功能的处理。在遵循用户控制系统中原始设定的程序指令的前提下，依据预先规定的规则进行全面扫描，同时还要根据现场运行的具体状态以及指令要求等情况，作出实时的分析或者逻辑性运算处理。最后一步则是要控制响应过程，将收集执行程序的分析结果以及逻辑运算结果输出到系统控制的主机上面，再由主机向全部输出点发出响应信号，进而完成控制相关设备的任务。以上三个步骤每重新开始一遍，就预示着一个新的工作周期的开始和结束，PLC 在具体应用的过程中，除此之外，一般还需要配合很多设备的无数过程的工作。

3 数控机床电气控制系统

3.1 电气控制系统构成

电气控制系统由工控机、SIMOTION、电动机模块、电源模块、变频器、光栅尺和传感器等几大主要的模块构成。

(1)电源模块。电源模块在应用中要采用直流电，所以在运用中，变频器是将交流电变化为直流电的部分，而逆变器是把直流电变化成一定频率的交流电。这就形成了可调电源模块和不可调电源模块这两种模块。但是，在不可调电源模块应用时，因为只可提供固定直流电压数值，所以不能与SIMOTIO的功能结合。

(2)电动机模块。电动机模块被视为电气控制程序中的主要组成部分，而将直流电逆变为特定频率的交流电是该模块的主要工作。电动机模块划分为装柜型和书本型两大类型。

(3)西门子SIMOTION运动控制系统。SIMOTION是电气控制系统中的重要核心，它在系统运行中对系统可靠性及实时性都起着决定性作用，所以，要充分的重视SIMOTION 运动控制系统。SIMOTION系统能完成复杂的运动控制任务，更能完成逻辑控制和工艺控制，为生产机械提供完整的解决方案。

3.2 电气控制系统的硬件组成

(1)机械手自动换刀。在生产过程中，应用机械手自动换刀能够极大地提供数控机床的工作效率。它的工作原理就是通过电动阀的开闭控制机械手和刀具，实现夹紧或者松夹功能，最终完成自动换刀的过程。

(2)断刀检测系统。刀具磨损是生产加工过程中不可避免的一个问题，长时间的负荷生产必然加速其磨损，甚至当情节比较严重时，刀具也会出现断裂的情况，极大地制约了生产效率。因此，必须要及时检查刀具的使用情况。其能及时检测到刀具的磨损情况，并将信息反馈给机床，指导其进行自动换刀动作，保证生产工作的顺利进行。

(3)深度检测。深度检测是进行换刀过程中必不可少的一项环节，必须要通过一些专用的深度检测工具进一步对人工对刀或者是位于主轴夹紧位置的机械手做出判断，最终保证后续环节的顺利进行。

3.3 PLC数控机床电气控制方式

对于数控机床来说，其电气控制方式直接影响到电气控制系统的运行情况，决定其是否安全可靠，能否稳定运行。所以，将重点放在对PLC数控机床的电气控制方式方面具有重要的意义。但是，在实际工作中，很多电气工人对传感器信号的传递过程存在一定的错误理解，传感器信号应反馈至西门子通讯模块ET200，然后再进一步传达到SIMOTl0N中对相应信号做出处理，最终传至电气控制系统中。

4 基于PLC 的数控机床电气控制

4.1 PLC 在即时反馈中的作用

PLC 在通过自动化实施电气控制设备进行运转时，便对设备拥有了掌握和反馈信息的作用，操作员既可以通过全面掌握和控制工作中设备的运行情况，也可通过查看PLC 的反馈信息，从而对设备的异常情况(故障部位或者种类等)有一个及时和详细的认知，从而及时作出补救措施，从而简便操作员实施分析故障与处理的工作。

4.2 PLC 在分散控制体系中的应用

制定分散控制体系的目的便在于确保PLC 可以提高对于生产设备掌控的有效性。相较于传统的生产方式而言，生产线的存在可以更进一步提高产品的生产效率，但缺点就是控制生产线的设备即将成为一个棘手的问题，而PLC 的应用便可以是这一问题迎刃而解，PLC的分散控制体系可以实现对生产线上每一台设备进行独立的监控和控制，之后再由负责控制他们的PLC 装置进行信息的交流和传递操作，由总机分析相关信息，是的社工产线兼具整体和分散的单元双重身份，提高了生产精度以及设备运行的稳定性。

4.3 PLC 在自动控制中的作用

操作人员可以通过编写程序的方式，将大量的数据和程序编入到PLC 技术的中枢芯片里，这样机床电气设备就可以在这些数据和编程甚至是制定的程序的控制下工作，并完美的实现遇到特殊情况自动启动故障解决及反馈系统。

4.4 PLC 在数字操控的应用

通常数字操控的指令形式包括简单的数控操作以及复杂的程序式操作。负责机床电气控制的操作员可以通过PLC 设备向电气控制设备发送指令远程控制电气设备，电气设备在接收到收入指令后将立刻进入作业状态。