可编程控制器在机床控制系统中的应用分析

摘要：随着科技的快速发展，社会生产力也在逐步提高，人们对机床控制系统也提出了较高要求，因而应重点分析可编程控制器在机床控制系统中的应用情况。文章概述了可编程控制器的特点、在机床控制系统应用中存在的问题，并提出了针对性的改进意见。

关键词：可编程控制器；机床控制系统；PLC；电气控制系统；控制电路 文献标识码：A

中图分类号：TG502 文章编号：1009-2374（2016）10-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.022

PLC（可编程控制器）诞生于20世纪，经过数十年的发展，其各项性能均已得到极大的提高，同时还具备了便于维修、组态灵活、抗干扰力强、可靠性和扩展性好等诸多优点。然而“接触器-继电器”这一控制系统仍被广泛地使用于一些较为落后的地区。因为“接触器-继电器”机床控制系统的工作效率和精确度相对较低，同时在运用过程中极易出现难于维修、事故频发等问题，它们的自动化程度已经无法满足目前的实际生产需求，并限制了工业生产的顺利发展，因而应逐步借助可编程控制器来改造机床控制系统。

1 电气控制系统和机床组成概述

机床一般可以分为组合机床、钻床、车床等，它通常由如下部件组成：变速结构：可以改变机床主运动的实际速度；支撑部件：支撑、安装其他工件和部件，还可承受它们的切削力及重量，例如立柱和机床床身；执行机构：完成旋转运动或者直线运动的重要驱动装置；进给机构：可以改变机床的进给量。

控制电路和主电路共同构成机床控制系统，前者用于测量、调节、控制和监测主电路中接触器的主要触点和各参数的实际工作状态；后者用于控制任务电路或者直接负责电能交换。控制电路和主电路均是依据机床加工零件的真实工作过程进行设计，并据此控制机床中每个电动机的调速、制动以及启动等环节，此外还能控制机床的照明、冷却等情况。

2 PLC的优点

2.1 重量轻、体积小

超小型的可编程控制器的重量低于150g，底部尺寸小于100mm，实际功耗仅达数瓦；超小型PLC体积较小，容易装在机械内，利于实现机电一体化。

2.2 具备普遍实用性

除了基础的逻辑处理能力之外，可编程控制器还能用于各类机床控制场合。目前，多数PLC被用在数控领域，用于数据计算。近些年，可编程控制器已被普遍运用到温度控制、CNC以及位置控制等诸多领域中。

2.3 具有较强的抗干扰力

可编程控制器运用了大规模的、现代化的集成电路技术，在生产工艺以及内部电路等方面均运用了新型抗干扰技术，其可靠性较高。此外，可编程控制器还有自动检测硬件故障的功能，当检测到故障时会主动报警，使用者在运用该软件过程中可将外围器件故障诊断程序编入该软件中，使系统得到自我保护功能。

2.4 使用简便

可编程控制器是一种面向企业的重要工控设备，具备接口容易、工程人员易于理解编程语言等优点，特别是其表达方式、梯形图语言及图形符号类似于继电器的电路图，仅需可编程控制器的开关逻辑指令来实现机床电气控制工作。

2.5 便于改造和维护

接线逻辑替代了可编程控制器的存储逻辑，减少了设计、建造控制系统的时间和控制设备的外在接线，便于改变程序、后期维护，可以很快地改变生产过程。

3 PLC的运行原理

3.1 数据采样

可编程控制器能够全面扫描输入端的各项数据信息，并将其保存至寄存器内，可以刷新寄存器，然后过渡到执行过程，此时可编程控制器的各类部件和寄存器会相互隔离，而外界信息变化不会影响寄存器的信息数据；在同一运行周期内，寄存器中存储的信息数据具有较好的稳定性，不会因外界信息改变而出现差错，这为可编程控制器准确、高效运行奠定了坚实基础。

3.2 执行程序

采集完信息数据后，需要依照可编程控制器的运行原则全面扫描所有程序，然后进入执行程序阶段。当可编程控制器执行命令时常会出现跳转指令，此时需要详细分析跳转条件，然后进行执行判断，跳转地址直接决定该过程；在执行程序过程中，假如跳转指令中含有大量的输出或者输入信息时，可编程控制器会在上一阶段自动采集其他数据信息，然后将端子状态输入到存储装置中，进而搜寻到相应的工作状态；当可编程控制器寻找到程序当前的正常工作状态后，便可以执行逻辑运算，然后把运算结果存储在寄存器内；当存储完运算结束后，需要全面分析工作性质和状态，然后运算结果会随着程序的执行而产生变化。

3.3 数据输出

采集后的信息数据常经由程序执行阶段存储到寄存器内，然后以输出或者输入状态存至锁存器中，输出上述处理结果，并据此驱动外部负载。

4 改造PLC的原则和流程

4.1 明确各控件之间的控制要求

在改造PLC之前，应先确定电气控制系统的有关要求和各控件之间的控制要求，然后全面、系统地分析待改造机床的实际工作流程，进而准确列出机床控制系统的技术指标和功能要求。

4.2 选取合适的硬件设备和可编程控制器

按照机床控制系统的实际要求，详细估算可编程控制器的I/O点数；在购买可编程控制器时，应以实际点数为基础，存留10%～15%的裕量。因为可编程控制器有多种型号，应把I/O点数当成选型的最基本条件，然后充分考虑可编程控制器的特殊功能、数据处理速度以及数据存储量等，最后选择性价比较高、性能优良的可编程控制器。在某些控制系统中，还应按照“输入/输出”这一回路中的信号要求和种类来选取相应的“输入/输出”模块；在最大程度运用原有的输出、输入设备的原则上，明确所需的声光显示单元、电磁阀、按钮、接触器及传感器等外部设备。

4.3 系统的硬件设计

依据所选的外部设备和可编程控制器来改造控制电路，并绘制机床电气控制系统的安全图、电器布置图以及接线图等；设计系统硬件过程中，应把同种类型的输出点、输入点集中在一起，并对其进行连续分配，以便于阅读和编写程序。

4.4 系统的软件设计

在编写程序过程中，可将已有的“接触器-继电器”电路控制原理图转化成相应的梯形图，然后进行必要的完善、修改，即所谓的经验设计法；如有必要，可以依据改造机床的实际控制需求来重新绘制程序流程图，并运用顺序控制设计和逻辑设计来设计可编程控制器程序，使可编程控制器程序简单、易懂。

4.5 系统调试

应仔细检查输入可编程控制器内的程序：可以进行室内模拟调试，查看各逻辑功能、输出和输入量变化是否符合实际需求；室内调试准确无误后，在确保可编程控制器外部接线准确情况下，进行多次现场调试，如若发现问题应即刻解决的，如果无法达到预期目标应及时调整软件或者硬件设施。

5 可编程控制器在机床控制系统应用中的潜存问题

5.1 控制系统中存在的问题

短路或者断路会影响控制设备中运转信号的完整传输，如果可编程控制器接收的是不完整信息，该控制系统将无法准确分析、判断这些不完整信息，进而导致控制系统中误差的出现；而短路或者断路的根本原因是线路故障，例如长时间使用线路而未进行适当的维护和检修均会引发线路老化，此外，机械拉扯、振动、松动或者昆虫损坏均会影响电路的畅通性。

5.2 指令执行中存在的问题

接触器或者电动阀门发生故障后，可编程控制器向机床控制设备发出的信息指令不能完整地传递到信息指令的执行方，因而命令执行方将无法依据要求完成预设行为。上述问题的主要诱因是电磁干扰或者接触器未按要求紧密连接等。

6 PLC应用技术在机床电气控制中的改进措施

6.1 增强信号的稳定性及设备的安全性

随着可编程控制器被广泛地运用到人们的日常工作和生活中，PLC操作和控制的安全性、信息反馈和指令传输的稳定性以及控制设备的连续性均显得更加重要，因而应定期保养、检修可编程控制器的配件和主体，及时更换损坏严重和老化的配件，并逐步升级可编程控制器操作系统的功能模块和界面，增强机床控制系统传输信息的稳定性和信息反馈的灵敏性，使可编程控制器系统能更好地判断、分析机床电气设备。

6.2 完善系统故障预警功能

借助可编程控制器控制系统收集数据信息，然后判断、分析该信息，并及时反馈上述信息的结果，然后发挥故障提醒功能；依据智能分析给操作员以安全隐患警示；上述措施相互作用，可以确保操作人员及时发现安全隐患，且能在第一时间发现、确诊、分析和解决故障。通过全方位收集、反馈和检查生产过程中的各项数据信息，从而避免机械设备故障和隐患引发的经济损失和生命财产损失。此外，需要在可编程控制器系统操作界面中开发处理故障和安全隐患的模块，借助系统化和人性化程序编译为企业提供稳固发展的基础保障。

7 结语

可编程控制器设备中电子芯片的可塑性较强，这在无形中扩大了可编程控制器的使用范围，这也使可编程控制器在机床控制系统中具备了更多的个性化设计，进而为企业的生产安全和稳定发展奠定了良好基础。通过分析可编程控制器在机床控制系统中的应用情况，企业应逐步增强可编程控制器系统中信号输入的可靠性、完善预警系统的有效性，以确保可编程控制器在机床控制系统中的有效运用，进而提升企业日常生产的生产效率、可靠性和安全性，促进企业的可持续性发展。

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作者简介：边金田（1972-），供职于鄂尔多斯职业技术学校，研究方向：光机电一体化设备组装与调试、可编程控制器、照明线路维修与施工。

（责任编辑：黄银芳）

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