PLC在机床电气控制系统改造中的应用

何达庭

（广西城市职业大学 广西 崇左 532200）

1 引言

本文首先概述PLC及其结构，分析PLC在机床电气自动化控制改造中的重要作用以及具体应用，然后从系统工作方式、系统编程方案、系统运行参数、信息输出类型匹配、机床控制系统硬件、机床自动控制系统等几个方面，围绕应用PLC改造机床电气控制系统的设计，提出几点操作方法方面的建议。

2 PLC及其结构概述

PLC是可编程逻辑控制器的英文缩写，其内部程序采用了可编程的存储器，能够通过数字进行信息输入和输出，向用户发出指令，让用户自动执行定时、计数、运算、控制等命令，主要用于控制生产过程和各种机械工作中，能够取代传统继电器更好地进行相关控制[1]。在工业自动化控制领域，PLC发挥的作用十分突出，并且随着生产工艺和技术的进步，PLC的作用将无可替代。其编程简单、功能完备、使用范围广、操作方便，具有可靠性、通用性、抗干扰性等特点。

PLC由电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路、功能模块等几部分配置组合而成，按照组合规则的不同，具体又可分为固定式和组合式两种。电源，是保证PLC正常工作的基础，在整个PLC中作用十分重要，需要保持电源的可靠、良好、稳定。中央处理单元是PLC的“大脑”，能够根据PLC程序赋予的功能，接收、存储、诊断用户键入的程序和数据，发出指令。存储器，主要是存放PLC系统软件程序和用户的应用软件程序。输入输出接口电路，是现场控制PLC接口界面的输入、输出通道，可以通过PLC向现场执行部件输出相应的信号。功能模块，可以通过PLC进行定位、计数。

3 PLC应用到机床电气自动化控制改造中的重要作用

3.1 增加机床电气设备的数据、信息存储量

PLC是以计算机技术为基础的，实际上是一种控制计算机，拥有自己的存储器，可以独立存储系统程序软件和用户的应用软件，因此有效提高了机床电气设备的数据、信息存储量[2]。在实际工作中，还能根据不同需要调出电气设备的历史数据，精准定位故障部位，帮助准确、及时查找和排除设备故障。

3.2 促进机床电气控制系统实现智能化

PLC主要是利用软件对系统进行控制，在机床电气化自动控制系统中，通过把PLC与自动控制技术结合，能够大大提高机床电气控制的智能化水平，提升系统的反应速度和效率。在实际工作的电气控制系统中，PLC的中央处理单元能够控制整个系统的数据，并进行准确处理、判断，提高电气控制系统性能，促使其更好、更高效地运行[3]。同时，还能解决传统控制系统缺乏灵活性、触点不稳定的情况，进一步提高机床自动化水平。

3.3 提升机床电气自动化控制的抗干扰性

机床电气自动化控制系统，在外部环境发生变化的时候，如温度、电磁等，容易受到一些干扰，可能会影响控制系统的正常工作，甚至干扰到整个系统。而PLC应用到机床电气自动化控制中能提高系统的抗干扰性，可以根据外部环境变化，自动进行数据、参数的调整，降低外部环境对系统的影响。

4 PLC在机床电气控制系统改造中的具体应用

4.1 提高机床电气控制系统的整体性能

在机床电气控制系统改造中应用PLC，分为独立式和内置式两种方式。采用独立式PLC改造机床电气控制系统，应当结合机床电气控制系统特点和工作实际需要，有针对性地选择产品。让PLC在机床电气控制系统工作过程中更好发挥功能，优化和提升机床电气控制系统的性能，进而提高整个机床的整体工作性能。采用内置式PLC，应当与机床NC技术结合，提高不同技术在机床电气控制系统中传递信号的速度，优化机床内部电气控制系统总线交换，让信息传递变得更顺畅、更快速，提升系统应用功能。

4.2 提高机床电气控制系统内部信息交换效率

机床电气控制系统主要任务是实现对机床运行程序的精准化、精细化控制，其融合了信息技术、数字控制、电气化等技术。PLC在机床电气控制系统改造中的应用，应当充分发挥其信息交换自动化、智能化的功能，与机床电气控制系统内部信息相互融合，提高信息交换的效率。可以控制机床内局部信息的交换，也可以控制机床运行系统信息的全面交换。通过机床不同功能模块的接口，利用PLC进行控制，并根据工作实际需要灵活调整设置，发挥出PLC在机床内控制系统信息交换方面的优势。

4.3 提高机床电气控制系统流程控制精度

在机床电气控制系统改造中应用PLC技术，能够提高系统工作流程的控制精度，具体可以通过以下几个方面来完成：（1）在机床电气控制系统输入阶段，通过PLC获取机床运行各项数据，掌握机床运行实际情况。在这个阶段，利用PLC把外部输入与电气控制系统电路连接，准确获取输入的信息，保证相关程序的正确执行。（2）在机床电气控制系统执行阶段，通过PLC按照程序、指令全面指挥操作，在读取相关指令的基础上规范程序运行。（3）在程序指令执行方面，通过PLC输入信息与执行，在稳定输入的同时有效输出，并准确执行各项指令。

5 应用PLC改造机床电气控制系统的设计

5.1 设计系统的工作方式

应用PLC能提高机床电气控制系统的操作精度，进行精准信息反馈以及检测机床运行，提高工作效率。为进一步提高机床电气控制系统操作精度，应基于PLC对机床电气控制系统工作方式进行设计。结合系统的功能模块，合理设计系统操作功能和程序，分类执行机床数据信息，进行集成化操作，提高机床运行的精度和可控性。在机床电气控制系统内部进行信息控制，操控系统在闭环状态下运行，通过链接传感器与内部模块，可以把设备运行状态及时反馈到操作系统中。还可以进行功能拓展，利用控制器操作功能，通过接口把控制器与系统链接，用PLC数据指令执行实现对机床工作流程精准控制。

5.2 设计系统的编程方案

应用PLC改造机床电气控制系统，应结合PLC制订控制系统编程方案，确定编程语言、指令语句。要想做好这项工作，应遵循让操作者方便使用、易学易懂的原则，即使是初学者也可以在短时间里掌握操作方法。比如，在设计机床电气控制系统编程方案中，可以使用与计算机系统语言相通的指令语句表，让操作者通过熟悉的计算机语言实现记忆。还可以在继电器梯形图的基础上优化设计，升级梯形图编程语言。在程序编写和执行上要遵循一定规则和顺序，如从上到下、从左到右等，在执行指令上也应当如此。与此同时，还要关注梯形图的起始和终止母线，编程方案中控制系统的逻辑行设计。

5.3 设计系统的运行参数

设计机床电气控制系统的运行参数，主要针对系统中的软件和硬件，以PLC为基准，结合功能模块进行分类配置。确保机床操作运行正常化，顺利完成机床各项操作，完善机床操作功能。通过PLC接收到的机床控制信号，控制机床软件和硬件，并编入系统，进行编号排列，完成对机床整体运行的控制。

5.4 信息输出类型匹配的设计

应用PLC对机床电气控制系统进行改造的过程中，在信息输出类型上，机床电气控制系统外围设备应与PLC相互匹配。反之，对于机床电气控制系统的改造将不能正常进行。因此，应当对两者信息输出类型进行匹配设计，这包括输出负载、电流、频率等多个关键环节。比如，由于PLC本身负载的不同，在输出方式和类型设计上，也必须根据PLC进行选择，以消除机床系统运行的不稳定性，保障机床运行安全。

5.5 机床电气控制系统硬件设计

编程、运行参数、输出类型等设计，都属于机床电气控制系统的软件部分设计，应用PLC改造机床电气控制系统，还应对系统硬件进行合理设计[4]。主要包括机床的自动换刀和检测，其中检测涉及检测断刀和深度检测两项内容。（1）自动换刀的设计。自动换刀在机床运行中的作用至关重要，我们可以通过PLC控制和诱导机械臂完成相关动作。如刀具的展伸与回收，以及夹紧与松开，完成机床自动换刀。（2）检测断刀的设计。在机床运行中发生断刀故障比较常见，这也是影响机床顺利运行的主要故障之一，因此在运用机床进行生产的过程中，如何有效预测和避免断刀，成为一项重要工作。应用PLC改造机床电气控制系统过程中，我们可以设计通过传感器检测断刀，如刀具的磨损、断裂、缝隙等，并进行及时处理，有效减少断刀事故的发生。（3）对机床进行深度检测。这项工作也应在PLC改造机床电气控制系统硬件设计中引起重视，否则会直接影响机床的后续工作或者是产品质量。

5.6 机床自动控制系统的设计

PLC在机床电气控制系统改造中的应用，应设计机床自动控制系统，去掉繁琐的手工控制工序，最大限度地实现机床工作的自动化控制。通过编程把机床运行数据、参数、程序等，输入到PLC中央处理单元，然后控制机床电气控制系统，发出指令指挥机床自动运行。在机床发生故障和异常时，也可以通过这种设计自动反馈信息，启动机床的故障解决功能。或者是发出故障警报，并提示故障的部位、原因等，辅助维修人员或是操作人员对机床进行维修，以便快速解除故障。

6 结语

综上所述，PLC在机床电气控制系统改造中的应用，可以提高机床电气控制系统的整体性能、内部信息交换效率以及工作流程控制精度。应当从系统工作方式、编程、运行参数、信息输出、硬件、自动控制等几个方面入手，通过PLC设计、改造机床电气控制系统。