國產(chǎn)plc數(shù)控系統(tǒng)中電氣控制的應(yīng)用
國產(chǎn)plc數(shù)控系統(tǒng)中電氣控制的應(yīng)用
一、plc簡介
PLC的最核心部分為中央處理器，即CPU，其包括存儲器 與CPU兩個部分。一般中小型的PLCCUP通常是8位或者16位的微處理器，控制器為單片機(jī)。PLC的存儲器也有兩個部分，分別是系統(tǒng)程序存儲器與用戶 程序存儲器。其中監(jiān)控、命令解釋、故障診斷以及鍵盤輸入處理與調(diào)用管理、功能子程序等均存儲于系統(tǒng)存儲器中；而一些編程輸入的程序則存儲于用戶程序存儲器 中。由此可見，PLC其實(shí)質(zhì)屬于一種專用的計算機(jī)，其組成形式近似于微機(jī)，具體而言，PLC的主要組成部分包括：CPU，即微處理器、用戶輸入輸出模塊、 輸入輸出的擴(kuò)展接口、相關(guān)的外圍設(shè)備與電源等。
其中PLC的I/O接口模塊的主要作用是連接CPU與作業(yè)現(xiàn)場，其包括開關(guān)量I/O接口、智能I/O接口以及模擬量I/O接口和通訊接口等，在實(shí)際應(yīng)用過程中，用戶可以按照自身的需求選擇，進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展，從而組成與實(shí)際生產(chǎn)要求相符的PLC控制系統(tǒng)。
通常PLC內(nèi)置型與獨(dú)立型兩種。內(nèi)置型PLC是指其包含在CNC裝置中，屬于CNC的一個組成部分，通常這種PLC不再另配I/O接口，而是與CNC 共用I/O接口進(jìn)行輸出與輸出；獨(dú)立型PLC則自身具備完整的軟硬件，可以獨(dú)立完成CNC的任務(wù)要求，這種PLC有自己的獨(dú)立的I/O接口，比較有利用后 續(xù)的功能擴(kuò)展。
PLC的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，傳統(tǒng)機(jī)床無法加工的曲面、曲線等工件可以通過PLC加工出來，因?yàn)橛嬎銠C(jī)可以將每個坐標(biāo)軸的瞬時運(yùn)動量準(zhǔn) 確的計算出來，從而復(fù)合為復(fù)雜的曲線、曲面。第二，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性自動化的加工模式，與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，其工作效率可以提高七倍。計算機(jī)的記憶存儲功能可以 存儲輸入的程序，只需自動執(zhí)行程序即可完成自動控制。第三，加工出來的工件尺寸分散小、精度高，使得裝配更加容易。第四，多工序集中處理，從而工件可以不 必在機(jī)床間被頻繁移動。第五，PLC擁有各種自動報警、監(jiān)控及自動補(bǔ)償?shù)裙δ埽L時間無人看管也可自動加工，解放了勞動力。
二、PLC的整體設(shè)計
通常一臺車床的加工控制系統(tǒng)包括控制模塊、伺服單元、控制面板、編碼器、顯示器、刀庫以及機(jī)床的外部信號和手脈等幾個部分。如果控制系統(tǒng)所用的是內(nèi)置型PLC，則要把PLC集成至控制單元中，在CNC與 PLC之間進(jìn)行內(nèi)部控制信號的雙向傳遞；CNC控制伺服單元，編碼器向伺服單元反饋位置信號；其它的操作面板、機(jī)床外部信號以及刀庫等均由PLC通過位置 反饋半閉環(huán)控制的方法進(jìn)行控制。
CNC與PLC共同組成控制模塊，再連接伺服單元、操作面板、刀庫及機(jī)床的外部信號進(jìn)行信號傳輸；在加工過程中，可以通過PLC的輸入模塊、限位開關(guān)以及 脈沖編編碼器等模塊實(shí)時采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，再將整理過的數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊，做相應(yīng)的運(yùn)算，此時控制模塊會參照顯示器與操作面板所顯示范操作指令結(jié) 合前面的計算結(jié)果，最終完成加工過程及其相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。
三、PLC在數(shù)控機(jī)床中的安全互鎖
（一）安全互鎖
我們可以假設(shè)現(xiàn)在有A、B兩個加工過程，基于安全角度考慮，A動作后會對B動作有所限制，則這種限制則稱為A對B有安全互鎖，如果A與B互有安全互鎖功 能，則稱其為雙向安全互鎖。PLC在異常的情況下，要有安全互鎖功能緊急保護(hù)設(shè)備與操作者，而且要向操作者發(fā)出報警。所以在設(shè)計時要詳細(xì)分析易出現(xiàn)事故的 工作環(huán)境，在電氣設(shè)計過程中實(shí)現(xiàn)安全互鎖功能。
（二）急停
如果發(fā)生了緊急情況，操作人員要按下急停按鈕，以防止出現(xiàn)事故或者事故進(jìn)一步擴(kuò)大，所以爭停按鈕非常重要，必須保證其可以將各運(yùn)動部件及時停止，比如 進(jìn)給軸、刀架以及主軸等等。目前常見的作法是按下急停按鈕除了控制電源外，其它的動力電源全部關(guān)閉。還可以按停急停按鈕將各運(yùn)動部件驅(qū)動器的使能信號切 斷，不過這種方法不適用于驅(qū)動器失控的情況下。在電氣設(shè)計中，急停的安全互鎖是必不可少的。
（三）限位
如果進(jìn)給軸或者其它移動部件有位置要求，超出了設(shè)計的行程范圍，則要利用限位信號對其予以保護(hù)。通常限位信號不僅要在出現(xiàn)限位時禁止移動部件發(fā)生移 動，而且還要向NC發(fā)出限位方向的通知，從而如果脫離限位狀態(tài)是通過超程解除等方法來實(shí)現(xiàn)的情況下，不會出現(xiàn)由于誤操作而導(dǎo)致超行程的進(jìn)一步擴(kuò)大，即只允 許移動部件向著限位方向的反方向移動限位。通常這種安全互鎖在電氣設(shè)計與軟件設(shè)計時可以實(shí)現(xiàn)。
（四）進(jìn)給驅(qū)動裝置
一般數(shù)據(jù)機(jī)床自動加工過程中的進(jìn)給運(yùn)動需要由至少兩個或者以上的進(jìn)給驅(qū)動裝置共同完成，所以如果其中一個驅(qū)動裝置發(fā)生報警，則自動加工裝態(tài)就要停止。通常在軟件設(shè)計過程中，即可實(shí)現(xiàn)這種驅(qū)動裝置的安全互鎖。
（五）主軸單元
機(jī)床的刀具或者工件所產(chǎn)生的切削運(yùn)動是由數(shù)控機(jī)床的 主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動所帶動的，主軸單元的安全互鎖主要包括以下幾點(diǎn)要求：第一，如果主軸出現(xiàn)報警，則要立刻停止自動加工，以避免刀具或者主軸被損壞；第二，如果 主軸的檔位有數(shù)個，則主軸未成功換擋的情況下要禁止機(jī)床繼續(xù)自動加工以及主軸不可再連續(xù)運(yùn)動；第三，如果主軸處于運(yùn)動的狀誠，要絕對禁止需要主軸靜止才能 操作的過程，比如自動換刀或者刀具的松緊等。通常在進(jìn)行軟件設(shè)計時可以實(shí)現(xiàn)前兩點(diǎn)，而第三點(diǎn)則可以通過電氣設(shè)計來實(shí)現(xiàn)。
（六）三相異步電動機(jī)的換向
電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以通過更換三相異步電機(jī)任意兩相電源來實(shí)現(xiàn)。如果同時閉合控制正、反轉(zhuǎn)的兩個交流接觸器，就會使得在相電源的其中兩相出現(xiàn)短路，所以 該兩個交流接觸器控制要雙向安全互鎖。而且交流接觸器的釋放會相對滯后，如果兩個交流接觸器的控制線圈同步得電，則仍然存在一個瞬間同步接通的過程，從而 使得電源瞬時短路，所以軟件設(shè)計過程中正、反轉(zhuǎn)的安全互鎖必不可少。
（七）換刀
在換刀或者換刀不成功時，要絕對禁止主軸運(yùn)動，特別是銑床，而且系統(tǒng)程序的自動加工進(jìn)給也要同時禁止；自動換刀鏜銑床如果使用的是盤式刀庫或者機(jī)械后，則 在松、緊刀時要禁止Z軸移動。當(dāng)自動換刀鏜銑刀庫與主軸靠近時，Z軸要禁止移動，在刀具未被夾緊的情況下，主軸要禁止旋轉(zhuǎn)，機(jī)床的自動進(jìn)給同樣要禁止。
四、調(diào)試
按照相關(guān)要求對數(shù)控控制柜、現(xiàn)場接線進(jìn)行全面檢查后，就要進(jìn)行成套設(shè)備的聯(lián)機(jī)調(diào)試，在通電的情況下，出于安全考慮，要準(zhǔn)備隨時按急停按鈕以便即時切斷 電源。通常調(diào)試的基本步驟如下：第一步，進(jìn)行通電試車，在通電后先觀察是否有報警，再將其它各部件手動啟動，對導(dǎo)軌的運(yùn)行狀況、部件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、安全裝置 的作用等進(jìn)行測量；第二步，程序的調(diào)試，利用通訊接口將事前編好的梯形圖傳送至控制系統(tǒng)，再由監(jiān)視功能調(diào)試梯形圖程序；第三步，調(diào)試伺服系統(tǒng)，以保證機(jī)床的運(yùn)行效率；此外還要對機(jī)床的運(yùn)行參數(shù)做進(jìn)一步的優(yōu)化，以保證系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。
