基于PLC 的组合机床的电气控制系统设计分析

向六昭,蒲珊珊

（内江职业技术学院，四川内江，641100）

0 引言

常见类型的组合机床是双面形式的二工位铣钻结构，一般主要由双面铣床与双面钻床组合而成，第一工位是双面铣床，第二工位是双面钻床。其电气控制系统具有半自动循环加工与手动调整两种功能。在一次半自动循环过程中，在两个工位分别对工件进行铣与钻的加工处理，每一个工位都需要经过快速进给与工作进给两个环节；手动调整功能是指按下调整按钮后，系统会执行相关的动作，松开这个按钮后动作马上停止。

1 PLC 的主要优点

⑴可编程控制器使用存储逻辑，除了其输入端与输出端需要与现场连接线路之外，控制逻辑是以程序的形式存储在PLC 内存中的。如果需要对控制逻辑进行修改处理，只需要将程序的对应部分进行修改，而对输入输出连接线路的改动并不复杂，所以PLC 的灵活性与扩展性相对较好，同时PLC 是通过大规模集成电路组装成的，具有功耗小与体积小的特点。

⑵可编程控制器通常是根据程序指令对半导体电路进行控制而达到控制目的的，速度很快（每条指令的执行时间一般在微秒级）。如果使用晶体管或晶闸管输出方式，则不会发生触点抖动现象，更不会产生触点拉弧现象。

⑶可编程程序控制器使用半导体集成电路作为相应的定时器，定时精度高、定时范围广。用户能够根据实际需要设置定时值，定时时间不受实际环境的影响，定时时间在编程时设定好后不会发生变化，而且PLC 能够完成相应的计数功能。

⑷应用PLC 完成一项具体的控制工程之后，现场施工与控制逻辑的具体设计能够同时进行，周期较短，调试与修改都非常方便。

⑸PLC 使用微电子技术，大部分的开关动作是由无触点的半导体电路完成，可靠性高。PLC 的自检与监控功能，可以自行诊断及显示本身的故障，还可以动态地监视控制程序的执行状况，为现场调试与维护提供了方便。

⑹PLC 使用面向操作者形式的语言编程，例如梯形图、状态转移图等，对于使用者而言，只需要较短时间去了解PLC 的指令系统与操作方法，就能够达到使用与编程的目的。

⑺PLC 的输入接口能够和无源开关进行直接连接，输出接口具有一定的驱动负载的能力，可以适应一般形式的控制要求。同时，因为使用了光电耦合器件，所以现场的干扰信号不容易进入到PLC 中而干扰PLC 的正常工作。

⑻PLC 在设计与制造过程中使用了抗干扰措施，稳定性与可靠性相对较高。

2 PLC 控制系统的设计原则

⑴完整性原则。要求所设计的PLC 控制系统充分满足工业生产领域对控制系统提出的各种要求。

⑵可靠性原则。确保控制系统的可靠性和稳定性，以防止由于其本身性能的不稳定因素而影响到工业生产领域的正常工作进度。

⑶经济性原则。PLC 控制系统应当符合经济标准，并且系统要容易实现操作管理，有助于让更多的工人可以熟练掌握PLC 控制系统，从而可以有效促进PLC 自动控制技术的进一步发展。

⑷发展性原则。工业生产领域的发展较快，大多数工业生产设备或者生产工艺技术需要不断进行更新，所以在设计环节中应当充分考虑到其相应的扩展能力，特别在I/O 接口和通信能力等各个方面更需要注重其具体的设计标准。

3 PLC 控制系统的设计过程

⑴全面了解被控对象。在设计PLC 控制系统时，要全面了解控制对象，把其在运行过程中的各种工序、动作与动作更换时间、实际生产所需要的各种条件等方面都进行相关性的调查分析以满足设备的需求。

⑵硬件选取。PLC 控制系统的主要硬件一般包含了系统I/O设备、I/O 端口分配等部分，而且需要设计相应的PLC 外围硬件部分路线图，从而可以确定出系统的硬件设施相对应的电气连接线路。

⑶设计应用程序。应用程序的设计是PLC 控制系统用于实现自动化控制管理目标的关键过程，在编写应用程序时需要在工业生产领域的基础上进行，以保证各个工序的控制功能，从而确保PLC 控制系统安全而稳定地运行。

⑷程序调试。程序调试分两个阶段，第一个阶段为模拟调试，第二个阶段为现场调试。程序模拟调试一般是通过便捷的形式模拟产生现场的实际状态，为了程序的具体运行需要创造一定的环境条件，其时效性相对较强。拟调试后还要进行现场调试，在现场调试中可能需要对控制系统的硬件或者控制程序进行不断修改，直至达到设备的控制要求为止。

4 基于PLC 的组合机床电气控制系统设计

⑴双面单工位组合机床的电气控制条件

在双面单工位组合机床的控制电路之中，具有左右两台动力头电动机，其中一台是冷却泵电动机，而且分别单独设置了左右动力头电动机相应的调整开关以及冷却泵电动机具体的工作选择开关。

⑵PLC 选型和I/O 资源分配

根据具体组合机床相应的控制条件，系统总共需要的开关量输入信号有21 个，分别为4 个按钮、9 个行程开关、3 个热继电器动断触点、2 个压力继电器与3 个转换开关，其中开关量输出有7 个，3 个是接触器线圈，4 个是电磁阀线圈。在具体设计过程中，本控制系统适当地改变了输入信号接线从而达到节省输入点的目的，使用这种方法可以将PLC 中的输入点数从21 点减少到15 点。

⑶PLC 控制系统的程序设计

双面单工位的组合机床的PLC 控制系统程序可以通过原继电器--接触器控制系统的转换获得，具体的转换过程需要注意以下几个方面：①输入设备的处理。在继电器--接触器的控制电路当中，假如这种设备是由常开触点所组成，转变成PLC 控制之后，这种设备仍然可以使用常开触点作为PLC 相应的输入设备，在程序当中对应触点的实际状态不变，假如这种设备是由常闭触点所组成，转变成PLC 控制之后，这种设备仍然可以使用常闭触点作为PLC 相应的输入设备，在程序中相对应的触点应当取相反状态。②输出设备的处理。在原继电器--接触器控制系统中电磁阀线圈与接触器线圈使用相对应的输出继电器线圈所替代。③中间继电器的处理。在原继电器--接触器控制系统中的中间继电器由PLC 的辅助继电器所替代。④设置中间单元。在设计程序过程中要充分考虑继电器--接触器控制电路中的各个线圈实际上会受到哪些触点与电路的相应控制，如果多个线圈都会受到某一触点串并联电路的相应控制，在实际程序中可以设置使用这电路控制的辅助继电器来达到简化程序的目的。

5 结束语

组合机床是对特定工件，根据特定的工序进行批量加工处理的组合专用化设备，生产效率较高、结构相对复杂，这就要求电气控制系统具有良好的稳定性和可靠性。改为PLC 控制后，克服了原继电器-接触器控制系统接线复杂、可靠性低、故障率高、维修量大的缺点，同时，利用PLC 自身的输入输出接口的通断显示功能，系统维护人员能够快速地对故障部分做出精确的判断，从而节省了维修维护工作量，缩短了维修维护时间，极大地增加了机床工作的可靠性和稳定性，从而提高了生产效率。

[1] 史宜巧,孙业明,景邵学.PLC 技术及应用项目教程[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 王宇,任思,李忠勤.PLC 电气控制与组态设计[M].北京:电子工业出版社,2010.

[3] 曾燕飞,李虎山.基于PLC 的三面铣组合机床电气控制系统设计[J].组合机床与自动化加工技术,2011.