基于PLC的加工中心控制设计

乔志刚

摘 要：加工中心设计采用PLC技术，能够提升自身的换刀和选刀效率。基于PLC的控制系统拥有良好的稳定性与操作性，能够降低能耗，缩小误差。因此，本文探讨了基于PLC的加工中心控制设计。首先概述PLC的应用领域和优点，然后探讨基于PLC的换刀控制，再阐述基于PLC的加工中心控制系统特点，最后分析具体的控制设计。

关键词：PLC;加工中心;控制设计

中图分类号：TG659;TP273文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）04-0076-03

Abstract： The machining center design adopts PLC technology， which can improve its own tool change and tool selection efficiency. The PLC-based control system has good stability and operability， which can reduce energy consumption and reduce errors. Therefore， this paper discussed the control design of the machining center based on PLC. In the meantime， it first summarized the application fields and advantages of PLC， then discussed the PLC-based tool change control， then elaborated the characteristics of the PLC-based machining center control system， and finally analyzed the specific control design.

Keywords： PLC;machining center;control design

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。其因具有可靠性高、编程容易、组态灵活的优势而被广泛应用。本文主要分析基于PLC的加工中心控制设计。

1 PLC概述

PLC是基于计算机发展而来的新型工业控制装置，也是为工业生产而设计的电子装置，如图1所示。PLC采用能够用于编写程序的存储器，主要用于下达各种内部存储的运算操作指令，同时利用数字式输入（出）对机械进行控制。PLC及其有关的各种外围设备都需要根据工业控制系统要求，构建统一的整体，优化功能设计。PLC本身具有诸多优势，应用范围不断扩大，当前，其已经在我国诸多工业门类中得到应用[1-3]。

1.1 应用领域

PLC应用领域主要包括两点。一是运动控制。PLC利用专用指令，对圆周或直线运动的加速度与速度进行控制，有效实现双轴、单轴位置等方面的控制，将顺序控制与运动控制两者有效结合。二是数据处理。当下，PLC具有数据采集、传输以及处理等功能，并且能够对新数据和存储器中的数据进行比较。

1.2 PLC的优点

一是可靠性高。PLC并不需要过多的元件，这使得PLC连线变得很少，系统维修十分简单。PLC还采用抗干扰措施，拥有较强的抗干扰能力，其可以应用在具有强烈干扰的作业现场，不会轻易出现故障，PLC成为企业非常喜欢使用的控制装置。二是维修工作量较小。PLC本身发生故障的概率很低，其自身拥有较为健全的显示与自我诊断功能，这使得PLC的维修量非常小。当发生故障时，检修人员能够第一时间知道故障发生的原因和位置，方便检修[4-7]。三是具有很强的功能。小型PLC含有很多供用户使用的编程元件，相较于其他同类型的装置，其拥有很强的功能，能够实现较为复杂的控制功能。

2 基于PLC的换刀控制

当前，我国制造业高速发展，加工中心要加强对刀具的自动控制。自动换刀不仅能够提升加工效率，还能够有效避免人工换刀而导致的问题。自动换刀系统主要包括机械手、刀库和控制装置三部分，若刀库体积过大，将会直接影响换刀时的移动速度，容易出现误差[8-10]。机械手能够使得换刀作业更加高效，可以实现快速移动。加工中心换刀控制可以通过若干程序完成提速，有效节约加工时间。为了有效提升加工进度，研究人员可以以PLC为基础，设计自动换刀系统，通过PLC对换刀进行更加准确的控制，从而满足加工需求。

3 基于PLC的加工中心控制系统特点

3.1 稳定性良好

以PLC为基础所构建的加工中心控制系统本身拥有良好的抗干扰能力。和继电器相比，从存储形式来看，PLC拥有非常好的逻辑性，二者都是通过程序形式完成存储工作，若程序发生改变，那么逻辑随之改变。传统继电器控制主要采用并联组合，利用硬线进行连接，连接线很多，通常会影响日后的调整[11-12]。从控制方式来看，繼电器控制通过机械触点来达到控制效果，并不能达到理想的状态，甚至还会大大降低工作效率。而PLC则利用指令完成控制，拥有很快的运行速度。PLC可以有效解决加工中心的控制问题，降低外界干扰，大大提升设备的使用率。现阶段，加工中心已经广泛应用PLC，使用效果良好，能够有效预防故障。

3.2 操作性较强

基于PLC的加工中心控制系统应用较为便捷，适用于较为复杂的环境，可以为诸多用户提供编程服务。相较于继电器，PLC构建的系统拥有更大的优势，不仅可以将互联网作为出口进行分散控制，还使得操作更加简单、管理更为集中。加工中心利用PLC替代继电器，使得控制工作变得更加精准，大大提升了工作效率[13-14]。PLC具有良好的故障处理能力，如果系统内部出现故障，就会及时发出警告，让工作人员第一时间发现故障，及时检修，快速解决故障，使得加工中心正常工作，从而降低损失。

3.3 能耗低且质量轻

PLC的能耗较低，质量很轻，操作简便，因为PLC借助大规模集成电路组装而成[15-16]。PLC可以促进机电一体化，让加工中心实现良好的自动控制。过去，复杂的控制系统通常使用大量继电器进行控制，而PLC可以有效降低继电器使用数量，使控制系统变得更加简单。PLC本身体积很小，如此便可以缩小开关柜的体积，为加工中心节省空间。

4 基于PLC的加工中心控制设计

加工中心需要使用不同刀具完成加工工作，其需要选择最为适合的刀具，利用选择指令实现自动换刀。自动选刀主要包括两种模式。

4.1 按顺序选刀

人们根据加工时所使用的刀具顺序将不同刀具放入刀座中，刀具顺序不可摆错，否则将会引发严重的加工事故。如果加工的零件发生变化，就要改变刀具顺序，以便满足加工需求[17-18]。这种刀具选择模式具有非常明显的弊端，主要表现为加工相同工件时所使用的刀具难以重复使用，人们需要通过增加刀具数量实现重复加工，这会直接降低刀具利用率。

4.2 随机选刀

随机选刀是将刀库中的所有刀具编码，在实际加工过程中只需要根据编码选择刀具即可。随机选刀的选择方式主要有计算机记忆选择、编码选择等。

计算机记忆选择是利用软件选刀，替代以往的人工选刀模式，能有效提升选刀的质量与效率。刀库可以随意交换刀具和主轴，以便实现随机换刀。主轴要根据刀具数量设置换刀模式，之后将其存储在PLC中。需要注意的是，刀库位置与刀具编号要保持一一对应。利用软件选刀，能够避免刀具位置发生错误，提升刀具选择的可靠性与合理性[19]。例如，当刀库拥有40把刀具时，对刀具从1到40进行编号，其在计算机中的地址则是TAB+1到TAB+40，如表1所示。此时，如果将刀具随意放置，那么计算机只需要根据具体的编号选择刀具即可，刀具便能够被正确选择，而刀具在计算机系统中便被虚拟地址取替。事实上，计算机主要借助编程指令选择刀具。系统收到指令，便会自动选择刀具，同时检索刀具编号。从PLC内部来看，计数器通常都会出现随机转换，当刀具库正转刀位时，PLC计数器读数将会不断增加，而逆转则会减少。系统内部还会扫描刀座号与刀具编号，当两者相契合时，刀具库就会停止转动，此时便可以从中选择需要的刀具;如果两者没有契合，那么刀库便会继续转动，直到找出最为契合的刀座。

5 结论

刀具控制是保障加工中心正常运转的关键，研究人员需要给予高度重视。以往加工中心的控制主要利用继电器，然而继电器具有明显的不足，这使得人们开始利用PLC对加工中心控制系统进行设计，以便获得更好的控制效果。当前，人们要充分发挥PLC的优势，促进传统加工中心的优化升级，有效保障换刀系统运行时的安全性。

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