PLC在机床电气控制系统改造中的应用

刘吉祥

（云南工业技师学院，云南 曲靖 655000）

PLC在机床电气控制系统改造中的应用

刘吉祥

（云南工业技师学院，云南 曲靖 655000）

在机加工领域中，机床是一种应用最为广泛的设备。在一般情况下，机床的电气控制系统都是采用继电器或者接触器作为控制器的主体部分。与新兴的PLC技术相比，继电器等控制方式在稳定性与可靠性等方面都已经明显落后。本文对PLC与其它控制系统进行比较,并对传统的机床电气控制系统改造方法进行深入探讨。

PLC；机床；电气控制系统

PLC就是可编逻辑控制器，至今已经经过了将近50年的持续发展，其各方面性能一直在不断提高和完善,与传统的基础控制模式相比，这种技术的可靠性更高，抗干扰的性能也更加强大，并且具有更好的扩展性以及维修方便等很多优点。目前我国的一些企业所使用的机床还存在可控性较差等问题。面对这样的情况，我们必须运用PLC对机床设备中的电气控制系统进行科学的升级与改造。

1 机床的主要构成与电气控制系统

在现代工业生产中，需要应用的机床类型越来越多。在各个类型的机床中，通常由以下几个基本的部分构成：一是支承部件，该部分的功能主要是承受其它部件在静止与运转状态下产生的重力和切削力；二是变速机构；三是进给机构,其主要的作用是对原料的进给量进行调整；四是主轴箱,用来安放机床的主轴；五是执行机构，在工作过程中，其需要利用能源和控制系统进行工作；最后就是刀库和刀架、机床电气控制系统等其他附属设备。 机床的电气控制系统中的主电路部分需要直接承担电能的交换或控制任务。而控制电路则是指用来对主电路中各参数和各接触器主触点等元器件的工作状态进行控制、保护、调节、测量和监视工作的那一部分电路。在机床的运转过程中，这两种电路不仅起到保障机床正常工作的作用，还必须负责保障与维护机床的保护、照明等功能。

2 PLC与继电器电气控制系统的比较

2.1 组成器件有较大差别

继电器控制系统中的线路主要是由硬件设备组成的，其中的继电器不仅数量大，而且种类繁多，如时间继电器和中间继电器等。这些种类繁多的零部件不仅增加了机床的操作难度，而且维修和保养的工作也更加复杂。而新型的PLC控制系统之中，不仅保留了传统继电器电气控制系统线路中的主令元件以及一些其他的元器件，而且把旧式的继电器电气控制系统线路中的中间环节的硬件设备与线路替换为编程的形式，其在某种程度上可以说成是对传统的继电器电气控制系统所进行的升级换代。这种新技术不仅很大程度上使控制系统中硬件设备的数量得到明显减少，而且有效地简化了控制系统中的线路，因此无论是操作还是维护都更加便捷。

2.2 可容纳触点数量不同

在继电器电气控制系统中，继电器的触点数量只能达到4～8对。而PLC中，传统的继电器已经被替换为软元件。理论上PLC中的元件触点数量可以达到无穷多。在这方面PLC已经遥遥领先于传统的继电器，具有更大的发展潜力。

2.3 控制方法的差距

传统的继电器控制系统中最主要的控制方法，就是经由元件之间的硬件连接来实现其对机床的控制。过去的实践已经证明，这种控制方法不仅控制功能单一，并且严重缺乏灵活性。此外，这种传统的控制模式所需设备的体积较大，这就使其安装与维护工作更加困难。然而PLC中的一部分硬件设备可以用软件进行替代。对于继电器控制系统的上述弊端，PLC可以做到更好的规避。

2.4 不同的性价比

在传统的继电器控制系统中，由于需要大量使用的都是价格比较低廉的硬件设备，因此其价格普遍不会太高。而PLC的价格就比较高，正是因为如此，PLC控制系统的价格与传统的继电器电气控制系统相比，可能会更加昂贵一些。根据以上结论，一些人直观地认为PLC的性价比不高，这是不对的。PLC具有更长的使用寿命，而且出现故障或损坏的几率比传统的继电器要低很多，这就可以有效地降低设备维修与更新的费用，与此同时，PLC还可以有效提升机床的工作效率，从而为企业创造更多的效益。PLC无疑具有更高性价比。

3 改造的方法与过程

3.1 制定科学的控制方案

要想真正有效地完成这一工作，相关的技术人员首先就必须要熟悉控制系统的所有功能和指标要求，并能够准确列出，之后再根据需要改造设备中各个元件之间的关联来对系统设计的总体方案进行科学的规划与拟定，从而确定设备的电气拖动方案。其次，还要对电动机的类型和参数进行更加合理的选取，并对控制系统中需要的其它相关配套设备进行选择，继而确定企业所真正需要的PLC输入输出点数，并将其作为选择PLC型号的重要依据。此外，还要对PLC中I/0点进行更加科学的配置，所分配的I/0地址必须尽量保障连续性，并且将相同类型的输入点或输出点进行相对集中的配置，这样不仅可以保证所编写与阅读的程序更加精确，最终生成精确的1/0分配表而且还可以在预期的改造要求已经完成的大前提下，最大程度上发挥原有设备的潜能，从而使系统更新换代的成本降到最低。而且在原有设备的基础上进行改造，可以大大缩短相关操作人员对设备的熟悉时间，更快地投入生产工作之中。

3.2 绘制精确直观的原理图

在已经指定好系统总体方案，以及PLC的I/O点分配表的前提下，就要根据这些数据绘制精确的系统电气控制原理图。在图纸中主电路、控制电路和辅助电路这三者都是不可或缺的。在这之后，还要列出相关的元器件清单。并根据电气控制原理图，设计并绘制电气设备总的布置图。之后所绘制的一系列的原理图，都必须参考这些数据，因此在绘制图纸的时候就必须做到认真细致，从而保障系统顺利地运行。

3.3 软件设计与系统调试

进行软件设计，我们必须首先设计一个系统流程图或功能图，以便搞清楚各种类型的操作动作的顺序与条件。在此之后，还要依据系统的流程图或者功能表，再结合系统1/0地址分配来对相关的应用程序进行编写。在机床控制系统的改造过程中，传统的控制电路原理图依然具有相当的参考价值，技术人员完全可以以此为基础对系统进行改造与完善。

4 改造过程中需要注意的事项

（1）1/0点的合理分配。在对1/0点地址进行分配的过程中，必须严格参照输入设备和输出设备的数量和型号进行分配，从而使技术人员更加方便地绘制出接线图并且编写相关程序。在这个过程中，尤其需要注意的就是PLC的输出点。在进行独立输出的时候，对不同的输出点进行供电必须使用独立的电源。这里需要注意的是，各输出点相互之间的隔离工作不可或缺，而且必须做好。在进行分组输出时，不同的输出点可以使用共同的电源进行供电。此外，企业中的采购人员在对PLC进行选购的时候，通常需要在实际需要点数的基础上预留出至少1/10的裕量，从而在系统在此进行升级与扩展时，还可以继续使用旧有设备，这样也可以使企业节约一笔不小的成本。

（2）PLC输出类型的匹配。在对机床控制系统进行改造的过程中，其外围设备和PLC两者的输出类型必须能够相互匹配。如果这一前提条件无法保证，则改造就无法正常进行。控制系统中的输出端所带的负载，主要分为直流型与交流型两种。按照通过的电流大小，也可分为大电流型与小电流型两类。此外输出点的动作还存在不同的频率。在实际工作中，技术人员可以根据这些情况考虑应该选择继电器输出、晶体管或者晶闸管输出三种方式中的哪一种。对于负载不同的PLC，技术人员必须选择不同类型的输出方式进行输出，这一点对于保障系统的安全与稳定至关重要。通常情况下，继电器输出是应用最为广泛的方式。这种方式不仅电路设计简单,而且其抗干扰能力与和带负载的能力都较强，是一种应用比较广泛的方式。

（3）必不可少的保护措施。在使用机床设备和PLC进行实际工作时，为了保证更加有效的安全防护，应该在每个继电器、接触点安装硬件互锁保护装置。一般情况下，机床自身的电机已经能够对正反转进行控制与保护，然而，在主电路中的交流接触器的主要接触点在实际工作中经常会因为短时间内通过的电流过大或超出正常的使用时间而导致熔焊现象的发生。一旦发生这样的情况，电动机就极有可能发生短路故障，甚至引起事故。因此，增加接触器中各个触点的正、反转主触点之间的硬件互锁是非常有必要的，这样就可以给设备加上双保险，更好地保障设备的安全、稳定运行。

（4）对重要的防护部位的处理。在机床中一些需要进行重点防护的部分,技术人员可以选择忽略PLC的输入端,不通过程序软件来达到控制机床的目的，而是直接将急停按钮和紧急限位开关等元件设置在PLC的输出端上，从而更有效地保护负载电路。

5 结语

综上所述，使用PLC对传统的继电器控制系统进行升级换代是十分必要的，而且具有较高的科学性与可行性，在经过改造之后，机床电气控制系统可以更好地提升机床的工作效率。

[1]游中国.浅议PLC在机床电气控制系统改造中的应用[J].科技信息,2013,16:269.

[2]何永玲.PLC在典型机床控制系统改造中的应用[J].机电工程技术,2007,12:108-110+122.

TG659

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1671-0711（2017）05（上）-0050-02