PLC控制器在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用

　　一、引言

　　近年來(lái)，PLC在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來(lái)愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,它在位置控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來(lái)越多。在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中,為了提高數(shù)控機(jī)床加工的精度，對(duì)其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。永宏FBs系列PLC的NC定位功能較其它PLC更精準(zhǔn)，且程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試相當(dāng)方便。本文提出的是如何應(yīng)用永宏P(guān)LC的NC定位控制實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制功能的方法來(lái)滿足控制要求，在實(shí)際運(yùn)行中是切實(shí)可行的。整機(jī)控制系統(tǒng)具有程序設(shè)計(jì)思路清晰、硬件電路簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，具有良好的性能價(jià)格比等顯著優(yōu)點(diǎn)，其軟硬件的設(shè)計(jì)思路可供工礦企業(yè)的相關(guān)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)改造借鑒。

　　二、數(shù)控機(jī)床組成結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

　　本例數(shù)控機(jī)床由輸入、輸出裝置、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)反饋裝置和機(jī)床主機(jī)等組成，如圖1所示。

　　圖1數(shù)控機(jī)床組成機(jī)構(gòu)圖

　　輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)。在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已趨于淘汰;目前，使用鍵盤、磁盤等，大大方便了信息輸入工作。輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)(含機(jī)床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等)，一般在機(jī)床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時(shí)間后，再將輸出與原始資料作比較、對(duì)照，可幫助判斷機(jī)床工作是否維持正常。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心與主導(dǎo)，完成所有加工數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算工作，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床各功能的指揮工作。它包含微計(jì)算機(jī)的電路，各種接口電路、CRT顯示器等硬件及相應(yīng)的軟件。可編程控制器對(duì)主軸單元實(shí)現(xiàn)控制，將程序中的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行處理而控制主軸轉(zhuǎn)速;管理刀庫(kù)，進(jìn)行自動(dòng)刀具交換、選刀方式、刀具累計(jì)使用次數(shù)、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數(shù)等管理;控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止、準(zhǔn)停、切削液開(kāi)關(guān)、卡盤夾緊松開(kāi)、機(jī)械手取送刀等動(dòng)作;還對(duì)機(jī)床外部開(kāi)關(guān)(行程開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、溫控開(kāi)關(guān)等)進(jìn)行控制;對(duì)輸出信號(hào)(刀庫(kù)、機(jī)械手、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等)進(jìn)行控制。檢測(cè)反饋裝置由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，主要是檢測(cè)速度和位移，并將信息反饋于數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制以保證數(shù)控機(jī)床加工精度。數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程如圖2所示。

　　圖2數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程框圖

　　數(shù)控加工的準(zhǔn)備過(guò)程較復(fù)雜，內(nèi)容多，含對(duì)零件的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)、工藝分析、工藝方案的制訂、加工程序編制、選用工裝及使用方法等。機(jī)床的調(diào)整主要包括刀具命名、調(diào)入刀庫(kù)、工件安裝、對(duì)刀、測(cè)量刀位、機(jī)床各部位狀態(tài)等多項(xiàng)工作內(nèi)容。程序調(diào)試主要是對(duì)程序本身的邏輯問(wèn)題及其設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行檢查和調(diào)整。試切加工則是對(duì)零件加工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)下的考察，而整個(gè)過(guò)程均需在前一步實(shí)現(xiàn)后的結(jié)果評(píng)價(jià)后再作后一步工作。試切成功后方可對(duì)零件進(jìn)行正式加工，并對(duì)加工后的零件進(jìn)行結(jié)果檢測(cè)。前三步工作均為待機(jī)時(shí)間，為提高工作效率，希望待機(jī)時(shí)間越短越好，越有利于機(jī)床合理使用。該項(xiàng)指標(biāo)直接影響對(duì)機(jī)床利用率的評(píng)價(jià)(即機(jī)床實(shí)動(dòng)率)。

　　三、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)需要解決的幾個(gè)問(wèn)題

　　機(jī)床是由機(jī)械和電氣兩部分組成，在設(shè)計(jì)總體方案時(shí)應(yīng)從機(jī)電兩方面來(lái)考慮機(jī)床各種功能的實(shí)施方案，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械要求和數(shù)控系統(tǒng)的功能都很復(fù)雜，所以更應(yīng)機(jī)電溝通，揚(yáng)長(zhǎng)避短。機(jī)床控制系統(tǒng)選件、裝配、程序編制及操作都應(yīng)該比較合理，精度和穩(wěn)定性都必須滿足使用要求。同時(shí)為便于調(diào)試和檢修，各項(xiàng)操作均設(shè)手動(dòng)功能，如手動(dòng)各軸快慢移動(dòng)、主軸高低速旋轉(zhuǎn)、切削液及潤(rùn)滑開(kāi)關(guān)等。PLC按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作或按照時(shí)序動(dòng)作，另外還有與順序、時(shí)序無(wú)關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制的主要產(chǎn)品,在機(jī)床的電氣控制中應(yīng)用也比較普遍。

　　在實(shí)際控制中如何既能提高定位速度，同時(shí)又能保證定位精度是一項(xiàng)需要認(rèn)真考慮并切實(shí)加以解決的問(wèn)題。精度是機(jī)床必須保證的一項(xiàng)性能指標(biāo)。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度。因此位置精度是一個(gè)極為重要的指標(biāo)。

　　為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對(duì)位置檢測(cè)元件提出精度的要求。因?yàn)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，對(duì)于檢測(cè)元件本身的誤差和被檢測(cè)量的偏差是很難區(qū)分出來(lái)的，反饋檢測(cè)元件的精度對(duì)系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測(cè)元件作為保證。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)必須能作相應(yīng)的修改，為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對(duì)控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應(yīng)在線進(jìn)行。盡管使用編程器可以方便快速地改變?cè)O(shè)定參數(shù)，但編程器一般不能交現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用;所以，應(yīng)考慮開(kāi)發(fā)其他簡(jiǎn)便有效的方法實(shí)現(xiàn)PLC的可變控制參數(shù)的在線修改。另外為了防止電壓過(guò)高損壞PLC，電源輸入端加上壓敏電阻。

　　為了防止過(guò)熱,PLC不許安裝在變壓器等發(fā)熱元件的正上方，變頻器與PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器等保持一定距離。在元件間留有適當(dāng)?shù)目障叮员闵幔⑶以谂潆娤渖习惭b風(fēng)扇降溫。此外，為保證控制系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)解決控制系統(tǒng)的安全保護(hù)問(wèn)題，如系統(tǒng)的行程保護(hù)、故障元件的自動(dòng)檢測(cè)等。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　我國(guó)是一個(gè)機(jī)床生產(chǎn)和應(yīng)用大國(guó)，但數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平還不高，嚴(yán)重制約著我國(guó)制造業(yè)水平的提高。國(guó)際上的相關(guān)開(kāi)發(fā)計(jì)劃對(duì)我國(guó)的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也帶來(lái)了機(jī)遇。只有選擇合適的PLC才能使定位達(dá)到預(yù)期的效果。

　　由于采用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機(jī)床的運(yùn)行可靠性，因而增加了設(shè)備的柔性，提高了設(shè)備的使用效率。