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浅议PLC在机床电气控制系统改造中的应用 【摘要】：数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。本论文通过PLC与其它控制系统进行比较，利用PLC可靠、稳定、比较容易扩展等相关的特点，来对传统机床电气控制系统的改造进行了分析，希望本论文的分析研究工作能够为我国其它类似PLC在机床电气控制系统改造中应用提供一定的借鉴意义和参考价值。另外，本论文主要介绍了利用三菱公司生产的FX2N系统的PLC改造C650型普通机床的电气控制系统[1]。 关键词:数控机床；继电器；改造；PLC 1、前言 可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的通用工业控制装置,它将传统的继电器接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合 ,集计算机、控制、通讯于一体,具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用 维修方便、价格便宜等优点,为工业自动化提供了近乎完美的自动控制装置[2]。 根据我国当前的情况，继电器-接触器控制系统依然是机械设备最常用的电气控制方式，许多企业和高校实习工厂的机床和设备仍采用传统的继电器-接触器控制系统,由于采用物理电子器件和大量而又复杂的硬接线,使得系统的可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,严重影响了工厂的生产效率。随着科学技术发展，可编程控制器的出现，许多以继电器-接触器控制系统的机床组合电路通过改进，采用可编程控制系统，无论在性能上或者效率上都能得到很大提升。因此,采用PLC对机床电气控制系统进行技术改造,很有益处。 2、对相关基本理论进行概述 2.1数控机床系统的组成及工作原理 CNC系统的一般结构如图2.1所示，CNC系统主要是指图中的CNC控制器[3]，它是由计算机硬件、数控系统软件及相应的输入/输出接口构成的专用计算机和可编程控制器所组成[4]。前者处理机床轨迹运动的数字控制，后者则处理开关量的逻辑控制。 图2-1 CNC系统的一般结构框图 虽然数控系统种类繁多，但其的基本原理都是相通的。即都是通过运算器进行插补运算，然后对进给轴进行闭环控制，实现机床的数控功能。包括三个过程：（1）进给系统控制；进给系统的控制大多是通过控制步进电机来实现的[5]。步进电机是一种在外加电脉冲信号的作用下一步一步地运转,将电脉冲信号转换成相应角位移的机电元件。其角位移量和输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入同步, 控制输入脉冲的数量、频率及电机绕组通电顺序, 便可获得所需的转角、速度及转动方向；无脉冲输入时,在绕组电源的激励下,气隙磁场使转子保持原来的位置状态。利用这一原理,便可实现加工时纵、横向的进给,并可获得较高精度。（2）开关量控制；数控机床的开关量信号控制是通过PLC来完成的。（3）主轴控制；数控系统只对主轴系统进行开关控制。数控装置通过PLC对主轴系统进行起停控制。 2.2 机床主要结构部件 机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧油缸等组成。机床底座上安放有床身，床身上一头安装有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。床身的两边各安装有一台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。 2.3 PLC的简介及基本结构 可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，为了不与个人计算机（也简称PC）混淆，通常将可编程序控制器称为PLC[6]。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。 目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，并被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。 与一般微机控制系统最大的区别是，PLC必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围。 PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成[7]。它的基本结构如下图2-2所示。 图2-2 PLC的基本结构示意图 3、C650普通机床电气控制要求 对于C650型车床来讲，它是一种使用非常广泛的金属切削方面的机床。其电气主电路图为下图3-1所示。其中，M2代表冷却泵电动机；M2则代表的是主轴电动机；而对于M3，它则代表刀架快速移动电动机；对于FR1～FR2，则代表热继电器的热元件；对于KM～KM4，则代表交流接触器；对于FU1～FU3，则代表为熔断器；对于SR，则代表为速度继电器。机床工艺范围广，因而它的调速范围大、运动多。其对电气控制的要求有： ①为适应各种工件加工工艺的要求，主轴应能在一定范围内调速，采用交流电动机驱动的齿