淺議PLC在CA6140型車床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

高懷香

【摘 要】隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中，其中PLC技術(shù)也普遍應(yīng)用于自動化控制系統(tǒng)中。傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)是以繼電器、接觸器為主體的控制系統(tǒng)。本文就PLC技術(shù)在CA6140型普通機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析論述，以期能夠推動PLC技術(shù)在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)改造中的普及應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】CA6140車床；PLC技術(shù)；梯形圖；電氣控制

一、傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)

（一）CA6140車床概述

1.主要功能

CA6140車床是一種應(yīng)用極為廣泛的金屬切削機(jī)床，能夠車削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋、切斷及割槽等，并可以裝上鉆孔或鉸刀進(jìn)行鉆孔和鉸孔等。

2.CA6140型車床的主要運(yùn)動形式及控制要求

（二）PLC技術(shù)概述

PLC是可編程控制器簡稱，以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置自動控制中。PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等）、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成見圖1所示。PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實(shí)際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC系統(tǒng)。

（三）PLC系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的比較

1.組成器件方面

傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)由許多硬件設(shè)備共同構(gòu)成，例如接觸器、速度繼電器、時(shí)間繼電器等；而在PLC控制系統(tǒng)中，在保留傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)主要的元器件前提下，采用編程來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器電氣控制系統(tǒng)的線路，簡而概之，PLC可作為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)備，對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2.控制方式方面

傳統(tǒng)的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要通過元器件的連接實(shí)現(xiàn)控制，功能比較單一，缺乏靈活性，而PLC控制系控制的途徑是通過編程來實(shí)現(xiàn)的，采用軟件代替硬件的形式，可以減少硬件安裝的難度。

3.觸點(diǎn)數(shù)量方面

傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)擁有4-8對觸點(diǎn)，由于PLC控制系統(tǒng)屬于一種編程的軟件形式，其擁有無數(shù)對觸點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)。

4.性價(jià)比方面

傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)使用大量硬件設(shè)備，造價(jià)較低，而PLC雖然利用軟件程序代替了大部分硬件設(shè)備，節(jié)省了硬件材料，但是PLC本身造價(jià)高，因而PLC控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴一些，但是PLC使用壽命長，故障少，大大減少設(shè)備維修和更換費(fèi)用，同時(shí)還能提高機(jī)床工作效率，為企業(yè)帶來更多效益，從長遠(yuǎn)來看PLC性價(jià)比更高。

二、PLC改造車床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的基本原則

在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循以下基本原則：

1.在最大限度內(nèi)滿足控制要求，充分發(fā)揮PLC優(yōu)勢，最大限度地滿足被控對象的要求。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場調(diào)研，收集充足的資料。并且要注意和現(xiàn)場工程管理人員、技術(shù)人員及操作人員交流溝通，共同解決重點(diǎn)疑難問題。

2.控制系統(tǒng)要安全可靠 ，確保PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.在滿足控制要求和技術(shù)指標(biāo)的前提下，盡量使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)。

4.適應(yīng)發(fā)展的需要，適時(shí)考慮控制系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善的需要。

（二）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟

1.分析被控對象并提出控制要求

詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。

2.確定輸入/輸出設(shè)備

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。

3.選擇PLC

PLC選擇包括對PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇

4.分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路

分配I/O點(diǎn)：畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。

PLC外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。

5.程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；4）保護(hù)和連鎖程序。

模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。

6.硬件實(shí)施

設(shè)計(jì)控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；

設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；

根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。

由于程序設(shè)計(jì)與硬件實(shí)施可同時(shí)進(jìn)行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短。

7.聯(lián)機(jī)調(diào)試

8.整理和編寫技術(shù)文件

三、PLC技術(shù)應(yīng)用于車床控制系統(tǒng)

（一）控制系統(tǒng)硬件

首先對CA6140車床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，得出該系統(tǒng)需要輸入點(diǎn)數(shù)為6點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為3點(diǎn)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，選用西門子S7-300系列PLC，其I/O地址分配如下表1所示。這里對輸入的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行變化，將常閉按鈕改為常開按鈕，將熱繼電器的常閉觸點(diǎn)改為常開觸點(diǎn)

（二）I/O的分配及其接線

I/ O接線線路如圖2所示

（三）梯形圖程序

根據(jù)CA6140型車床的控制要求和I/O接線情況，設(shè)計(jì)了PLC控制梯形圖，如圖3所示，該程序反映了原繼電—接觸器控制電路中的邏輯要求。

四、PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)過程中必須注意的幾個(gè)問題

盡管PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)展性好，組態(tài)靈活，維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在用PLC改造機(jī)床電氣控制系統(tǒng)過程中必須要注意以下問題：

（1）選擇機(jī)型滿足控制系統(tǒng)的功能要求，要留有余量，為日后系統(tǒng)修改及工藝變更提供方便；

（2）在改造中注意所選PLC輸出類型應(yīng)與外圍設(shè)備相匹配；

（3）為確保整個(gè)系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故障，或誤操作造成重大經(jīng)濟(jì)損失和個(gè)人傷亡事故，必須要在硬件、軟件設(shè)計(jì)上采取必要的保護(hù)措施；

（4）系統(tǒng)控制精度要求高時(shí)對輸出負(fù)載采取必要的抗干擾措施；

（5）系統(tǒng)改造力求簡單、經(jīng)濟(jì)及使用維護(hù)方便；

（6）最大限度保證控制系統(tǒng)工作安全可靠。

五、結(jié)束語

綜上所述，CA6140型普通車床采用傳統(tǒng)繼電器—接觸器控制，其可靠性差，工作效率低，故障診斷和排除困難，而PLC是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上開發(fā)出來的工業(yè)自動化控制裝置，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有可靠性高、設(shè)計(jì)施工周期短、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。因而用PLC改造傳統(tǒng)電氣控制成了一種必然的選擇。我?，F(xiàn)有的CA6140車床就是采用傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)，由于使用了大量的繼電器與接觸器，經(jīng)常造成接觸不良，元件老化快，設(shè)備故障頻繁，不便于維修，影響學(xué)生正常的實(shí)習(xí)教學(xué)。建議可以采用PLC對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。用PLC技術(shù)將普通機(jī)床控制系統(tǒng)改造成經(jīng)濟(jì)性機(jī)床，通過實(shí)驗(yàn)，簡單易行，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，大大提高車床電氣控制系統(tǒng)的工作效率。當(dāng)然對工作在一線的技術(shù)人員也提出了更高的技能要求。

參考文獻(xiàn)：

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