PLC具有比其他控制系統更多的優點,例如:穩定的性能、較強的抗干擾能力;較強的通用適應性;硬件齊全、編程簡單、易于操作;功能完善、控制靈活;體積小重量輕、便于攜帶、能耗低、運行快、易維修等,這些優點導致了PLC在機床電氣控制中的運用越來越安全穩定。而我國目前采用繼電器控制系統的普通機床仍然廣泛運用在企業中,尤其在一些工業較落后的地區。由于這些設備在多年使用后易發生故障、可靠性較差、維修困難;其準確度、工作效率、自動化程度已滿足不了當前的生產需要,給正常的工業生產帶來了嚴重的影響。所以用PLC對這類普通機床控制系統進行改造是非常必要的。

1PLC與其他控制系統的比較

1.1PLC與繼電器控制系統相比較。a.組成器件不同;b.控制方式不同;c.工作方式不同;d.經濟上有差異。

1.2PLC與微機控制系統相比較。a.PLC專門為惡劣的施工環境所設計,有體積小、方便攜帶、耐磨損等優點,更適用于施工現場環境;而且PLC性能穩定,在抗干擾能力方面比微機高。b.PLC的邏輯語言針對整個控制過程,繼電器的邏輯梯形圖為它的主要表達方式,圖表直觀方便、編程操作簡單易懂,能讓工作人員迅速掌握。c.PLC大都采用模塊式的結構,在對不同對象和控制要求進行改善組合時,靈活性較強,且易于維修。調試周期較短;能在短時間內培訓出大量工作人員,而微機的操作維修方面需要專業的技術人員,且培訓難度較大。

1.3PLC與單片機控制系統相比較。a.單片機對設計人員有一定的技術要求,要具備一些計算機硬件和相關軟件知識。PLC只需操作人員熟悉相關指令和操作方法,就可以直接應用。b.單片機用來做自動控制時,需要在輸入和輸出口做大量的工作;而PLC有設計好的I/O端口,可以直接與信號相連接,簡單方便。c.單片機在抗干擾措施上遠沒有PLC的可靠性高,PLC在硬件和軟件上同時采用了控制抗干擾措施,安全穩定。

2PLC改造原理

普通機床主要有兩種運動方式:一種是安裝在床身主軸箱內的主軸轉動;另一種是安裝在刀架上的刀具與滑板一起沿主軸軸線方向進給移動。若加工的工件較大時,轉動慣量也相應比較大,停車時必須有停車制動功能,多采用電氣制動。加工的過程中,為減小工人勞動強度和節省工作時間,在提供切削液的前提下要求溜板箱(帶動刀架移動)能夠高速的移動。劃分控制電路時,一般分為主電動機和電動機的控制電路。而主電動機控制電路較復雜,因而可以進一步劃分為局部電路:如正反轉起動、點動控制電路、停車制動控制電路等。組合機床一般采用順序控制,在實際生產過程中,電氣控制系統的構成多采用可編程序控制器,它具有體積小,重量輕、工作可靠等特點,并且易于修改。因為PLC的輸出形式有三種,所以要根據負載的工藝要求選擇合適形式的輸出。

3PLC改造方法及過程

3.1確定控制對象,首先要明確控制任務和相關設計要求,對改造工程和機械運動中各執行元件之間的關系及電控系統的相關要求要做到心中有數,擬定系統設計的條件。要對改造機床的工作流程做深入全面的了解,分析其控制的幾種基本方式以及完成動作的前提關系,了解現有機床的操作控制系統是否需要加以改進,若有需要,在后續設計中應予以特別實現。整理得出結果后,確定所需要的輸入、輸出設備能完成預期改造要求,且系統簡單經濟,能最大限度地使用原有設備,達到降低成本的目的。

3.2制定控制方案和PLC選型。在生產工藝及機械運動的控制要求前提下,預設出電控系統的工作方式。由工藝過程和機械運動的步驟和狀態,確立信號的輸入和輸出;由PLC驅動哪些負載,統計出各輸入、輸出點。PLC硬件設計的重要部分是機型的選擇和I/O配置;以滿足控制系統的功能需要為選型原則,統計出被控設備的輸入輸出點數總需要量。PLC的輸入和輸出要有合理的地址編號,能方便PLC系統的系統調整以及硬件、軟件的設計。

3.3設計I/O的連接、分配表、以及I/O接線圖的繪制。相同類型的輸入或輸出點要集中,連續分配,這樣有利于編寫和閱讀程序。

3.4軟件設計。編寫用戶程序時,可借鑒原有控制電路原理圖,在上面加以修改完善,或者靈活應用各種指令和功能指令。采取其他方法設計PLC的程序,力求做到設計的程序簡捷易讀。

3.5室內調試。程序輸入PLC后首先要仔細檢驗,可先在室內做模擬調試,觀察各輸入量、輸出量的變化及邏輯方面是否符合最初設計要求,若調試中有問題出現要及時、反復改正,直到達到要求再對其進行整理和歸檔。

3.6現場調試。在PLC的外部接線準確無誤的條件下,反復進行現場調試,發現問題立刻解決,若反復調試仍達不到指定設計要求,需調整硬件和軟件系統,一般修改用戶程序就可以解決問題。

4PLC改造過程中須注意的問題

4.1首先應詳細了解原始資料,明確機床的整個控制過程后再設計改造方案。了解電力控制的要求與特點,詳細分析控制電力線路的原理圖,確認各種控制信號含義及其間的相互關系,確定信號是否需要輸入PLC或由PLC輸出,以經濟實用為準則選擇PLC主機。選擇過程中要留有余量,以方便日后的系統修改及變更。

4.2在改造中要保證外圍設備與選用的PLC輸出類型相配套。

4.3為達到更有效、更穩妥的保護措施。梯形圖程序要與接觸器、繼電器的觸點進行連鎖結合、互鎖保護。比如在PLC程序中,雖然電動機正反轉控制已經進行了互鎖保護,但在實際交流中接觸器觸點會發生熔焊,不能斷開,電動機就會造成電源短路。所以增加正、反轉接觸器的互鎖是避免電源短路的重要方法。

4.4在重要的安全保護部分直接作硬件處理。例如,設置急停按鈕和緊急限位開關等,忽略PLC輸入端,采用直接由PLC的輸出端接入來保護負載電路。

4.5最大限度的保證控制系統在工作時能安全穩定的進行。

用PLC對一些舊式機床設備進行改造是非常有必要的,從經濟和技術來講也是可行的,改造傳統繼電器控制系統可以充分發揮PLC可靠性高、抗干擾性強、節能壽命長、維修量少的優點,提高了工作效率,為企業帶來了較好的經濟效益,是一種行之有效的方法。