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1 引言
隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)的逐漸發(fā)展，很多工業(yè)生產(chǎn)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的功能，都采用PLC來構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)，尤其是對(duì)于一些電氣控制較為復(fù)雜的電氣設(shè)備和大型機(jī)電裝備，PLC在電氣化和自動(dòng)化控制方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，如順序控制，可靠性高，穩(wěn)定性好，易于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化控制，以及實(shí)現(xiàn)無人值守等眾多優(yōu)點(diǎn)。基于此，PLC技術(shù)逐漸成為工業(yè)電氣自動(dòng)化控制的主要應(yīng)用技術(shù)。
本論文主要結(jié)合數(shù)控機(jī)床的電氣化功能的改造，詳細(xì)探討數(shù)控機(jī)床電氣化改造過程中基于PLC技術(shù)的應(yīng)用，以及PLC技術(shù)在實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化控制功能上的應(yīng)用，以此和廣大同行分享。
2 數(shù)控機(jī)床的電氣化改造概述
2.1 數(shù)控機(jī)床的主要功能
數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工、制造和生產(chǎn)中應(yīng)用的為廣泛的一類機(jī)電設(shè)備。數(shù)控機(jī)床依托數(shù)控化程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的自動(dòng)切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，主要依靠手動(dòng)控制完成切削加工，無法實(shí)現(xiàn)基本的電氣化和自動(dòng)化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的電氣化改造，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
（1） 數(shù)控機(jī)床的所有電機(jī)、接觸器等實(shí)現(xiàn)基于PLC的自動(dòng)化控制；
?。?）數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由PLC控制自動(dòng)完成，無需人工手動(dòng)干預(yù)；
?。?） 自動(dòng)檢測(cè)零部件切削過程中的相關(guān)參數(shù)，如加工參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)等等；
（4） 結(jié)合上位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程控制，以達(dá)到無人值守的目的。
2.2 電氣化改造的總體方案
結(jié)合上文對(duì)于數(shù)控車床的電氣化、自動(dòng)化改造的功能要求，確定了采用上位機(jī)與下位機(jī)結(jié)合的自動(dòng)化改造方案。該方案總體結(jié)構(gòu)分析如下：
?。?） 上位機(jī)借助于工控機(jī)，利用工控機(jī)強(qiáng)大的圖像處理能力，重點(diǎn)完成數(shù)控車床的生產(chǎn)組態(tài)畫面顯示，以及必要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸、保存、輸出，同時(shí)還要能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)控制指令的下達(dá)，確保數(shù)控車床能夠自動(dòng)完成所有切削加工生產(chǎn)任務(wù)。
?。?2）下位機(jī)采用基于PLC技術(shù)的電氣控制模式，由傳感器、數(shù)據(jù)采集板卡負(fù)責(zé)采集數(shù)控車床的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等所有參數(shù)，由PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，并傳輸給上位機(jī)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統(tǒng)還接收來自于上位機(jī)的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車床的遠(yuǎn)程控制。
（3） 對(duì)于數(shù)控車床為關(guān)鍵的控制――進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制，利用PLC+運(yùn)動(dòng)控制板卡的模式實(shí)現(xiàn)電氣化和自動(dòng)化的控制。具體實(shí)現(xiàn)方式為：選用合適的運(yùn)動(dòng)控制板卡，配合PLC的順序控制，對(duì)進(jìn)給軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)伺服運(yùn)動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化控制。
3 數(shù)控車床電氣化自動(dòng)控制改造的實(shí)現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)改造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
數(shù)控車床的電氣化自動(dòng)控制改造，其整體結(jié)構(gòu)如下圖1所示，其整體結(jié)構(gòu)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：
3.1.1 底層設(shè)備
底層設(shè)備主要包括兩個(gè)方面，首先是實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床自動(dòng)切削加工運(yùn)轉(zhuǎn)等基本功能的必要電氣、機(jī)電設(shè)備，如電源模塊、電機(jī)模塊等，這些機(jī)電設(shè)備能夠保證數(shù)控車床的基本功能的穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)；其次，底層設(shè)備還包括各類傳感器，比如監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監(jiān)測(cè)進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)給量的光柵尺等，這些傳感類和數(shù)據(jù)采集類設(shè)備為實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床自動(dòng)化控制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。
3.1.2 本地PLC站
本地PLC站主要負(fù)責(zé)接收底層傳感設(shè)備傳送過來的傳感參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)及其他檢測(cè)參數(shù)，通過內(nèi)部程序的運(yùn)算，判斷整個(gè)數(shù)控車床的工作狀態(tài)，并將其中的重點(diǎn)參數(shù)上傳到遠(yuǎn)程控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的圖形化顯示、存儲(chǔ)、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時(shí)還接收來自于遠(yuǎn)程控制終端所下達(dá)的控制指令，比如停機(jī)、啟動(dòng)等控制指令，PLC站通過對(duì)相應(yīng)執(zhí)行器（比如電機(jī)）的控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的功能。
3.1.3 遠(yuǎn)程控制終端
遠(yuǎn)程控制終端主要是依賴于工控機(jī)實(shí)現(xiàn)的上位機(jī)數(shù)據(jù)管理和狀態(tài)監(jiān)控，需要專門開發(fā)一套面向數(shù)控車床加工、生產(chǎn)和自動(dòng)控制的軟件程序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車床的遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化控制，真正實(shí)現(xiàn)無人值守的功能。
基于PLC的數(shù)控車床電氣自動(dòng)化改造框圖
3.2 PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
本研究論文以CK6140普通數(shù)量機(jī)床為具體研究對(duì)象，詳細(xì)探討其電氣化、自動(dòng)化控制的改造。通過上文對(duì)機(jī)床改造方案和結(jié)構(gòu)功能的分析，可以確定整個(gè)機(jī)床電氣化、自動(dòng)化改造，一共需要實(shí)現(xiàn)14個(gè)系統(tǒng)輸入，9個(gè)系統(tǒng)輸出。結(jié)合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據(jù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關(guān)、輔助觸點(diǎn)等電氣控制元件，與PLC共同實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機(jī)模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數(shù)控車床電氣化改造。
4 結(jié)語
隨著電氣設(shè)備的越來越復(fù)雜，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于電氣控制的要求也越來越高，基于PLC的自動(dòng)化控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，逐漸成為了當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)控制中的主流技術(shù)之一。采用PLC技術(shù)大的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制同時(shí)具有較高的可靠性和抗干擾能力，極大的避免了由于采用單片機(jī)技術(shù)而造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。本論文結(jié)合電氣控制詳細(xì)探討了PLC自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，給出了具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)于進(jìn)一步提高PLC自動(dòng)化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用具有很好的指導(dǎo)和借鑒意義。
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