PLC具有比其他控制系统更多的优点,例如:稳定的性能、较强的抗干扰能力;较强的通用适应性;硬件齐全、编程简单、易于操作;功能完善、控制灵活;体积小重量轻、便于携带、能耗低、运行快、易维修等,这些优点导致了PLC在机床电气控制中的运用越来越安全稳定。而我国目前采用继电器控制系统的普通机床仍然广泛运用在企业中,尤其在一些工业较落后的地区。由于这些设备在多年使用后易发生故障、可靠性较差、维修困难;其准确度、工作效率、自动化程度已满足不了当前的生产需要,给正常的工业生产带来了严重的影响。所以用PLC对这类普通机床控制系统进行改造是非常必要的。
1PLC与其他控制系统的比较
1.1PLC与继电器控制系统相比较。a.组成器件不同;b.控制方式不同;c.工作方式不同;d.经济上有差异。
1.2PLC与微机控制系统相比较。a.PLC专门为恶劣的施工环境所设计,有体积小、方便携带、耐磨损等优点,更适用于施工现场环境;而且PLC性能稳定,在抗干扰能力方面比微机高。b.PLC的逻辑语言针对整个控制过程,继电器的逻辑梯形图为它的主要表达方式,图表直观方便、编程操作简单易懂,能让工作人员迅速掌握。c.PLC大都采用模块式的结构,在对不同对象和控制要求进行改善组合时,灵活性较强,且易于维修。调试周期较短;能在短时间内培训出大量工作人员,而微机的操作维修方面需要专业的技术人员,且培训难度较大。
1.3PLC与单片机控制系统相比较。a.单片机对设计人员有一定的技术要求,要具备一些计算机硬件和相关软件知识。PLC只需操作人员熟悉相关指令和操作方法,就可以直接应用。b.单片机用来做自动控制时,需要在输入和输出口做大量的工作;而PLC有设计好的I/O端口,可以直接与信号相连接,简单方便。c.单片机在抗干扰措施上远没有PLC的可靠性高,PLC在硬件和软件上同时采用了控制抗干扰措施,安全稳定。
2PLC改造原理
普通机床主要有两种运动方式:一种是安装在床身主轴箱内的主轴转动;另一种是安装在刀架上的刀具与滑板一起沿主轴轴线方向进给移动。若加工的工件较大时,转动惯量也相应比较大,停车时必须有停车制动功能,多采用电气制动。加工的过程中,为减小工人劳动强度和节省工作时间,在提供切削液的前提下要求溜板箱(带动刀架移动)能够高速的移动。划分控制电路时,一般分为主电动机和电动机的控制电路。而主电动机控制电路较复杂,因而可以进一步划分为局部电路:如正反转起动、点动控制电路、停车制动控制电路等。组合机床一般采用顺序控制,在实际生产过程中,电气控制系统的构成多采用可编程序控制器,它具有体积小,重量轻、工作可靠等特点,并且易于修改。因为PLC的输出形式有三种,所以要根据负载的工艺要求选择合适形式的输出。
3PLC改造方法及过程
3.1确定控制对象,首先要明确控制任务和相关设计要求,对改造工程和机械运动中各执行元件之间的关系及电控系统的相关要求要做到心中有数,拟定系统设计的条件。要对改造机床的工作流程做深入全面的了解,分析其控制的几种基本方式以及完成动作的前提关系,了解现有机床的操作控制系统是否需要加以改进,若有需要,在后续设计中应予以特别实现。整理得出结果后,确定所需要的输入、输出设备能完成预期改造要求,且系统简单经济,能最大限度地使用原有设备,达到降低成本的目的。
3.2制定控制方案和PLC选型。在生产工艺及机械运动的控制要求前提下,预设出电控系统的工作方式。由工艺过程和机械运动的步骤和状态,确立信号的输入和输出;由PLC驱动哪些负载,统计出各输入、输出点。PLC硬件设计的重要部分是机型的选择和I/O配置;以满足控制系统的功能需要为选型原则,统计出被控设备的输入输出点数总需要量。PLC的输入和输出要有合理的地址编号,能方便PLC系统的系统调整以及硬件、软件的设计。
3.3设计I/O的连接、分配表、以及I/O接线图的绘制。相同类型的输入或输出点要集中,连续分配,这样有利于编写和阅读程序。
3.4软件设计。编写用户程序时,可借鉴原有控制电路原理图,在上面加以修改完善,或者灵活应用各种指令和功能指令。采取其他方法设计PLC的程序,力求做到设计的程序简捷易读。
3.5室内调试。程序输入PLC后首先要仔细检验,可先在室内做模拟调试,观察各输入量、输出量的变化及逻辑方面是否符合最初设计要求,若调试中有问题出现要及时、反复改正,直到达到要求再对其进行整理和归档。
3.6现场调试。在PLC的外部接线准确无误的条件下,反复进行现场调试,发现问题立刻解决,若反复调试仍达不到指定设计要求,需调整硬件和软件系统,一般修改用户程序就可以解决问题。
4PLC改造过程中须注意的问题
4.1首先应详细了解原始资料,明确机床的整个控制过程后再设计改造方案。了解电力控制的要求与特点,详细分析控制电力线路的原理图,确认各种控制信号含义及其间的相互关系,确定信号是否需要输入PLC或由PLC输出,以经济实用为准则选择PLC主机。选择过程中要留有余量,以方便日后的系统修改及变更。
4.2在改造中要保证外围设备与选用的PLC输出类型相配套。
4.3为达到更有效、更稳妥的保护措施。梯形图程序要与接触器、继电器的触点进行连锁结合、互锁保护。比如在PLC程序中,虽然电动机正反转控制已经进行了互锁保护,但在实际交流中接触器触点会发生熔焊,不能断开,电动机就会造成电源短路。所以增加正、反转接触器的互锁是避免电源短路的重要方法。
4.4在重要的安全保护部分直接作硬件处理。例如,设置急停按钮和紧急限位开关等,忽略PLC输入端,采用直接由PLC的输出端接入来保护负载电路。
4.5最大限度的保证控制系统在工作时能安全稳定的进行。
用PLC对一些旧式机床设备进行改造是非常有必要的,从经济和技术来讲也是可行的,改造传统继电器控制系统可以充分发挥PLC可靠性高、抗干扰性强、节能寿命长、维修量少的优点,提高了工作效率,为企业带来了较好的经济效益,是一种行之有效的方法。
