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1 引言
隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)的逐漸發(fā)展，很多工業(yè)生產(chǎn)要求實現(xiàn)自動化控制的功能，都采用PLC來構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)，尤其是對于一些電氣控制較為復雜的電氣設備和大型機電裝備，PLC在電氣化和自動化控制方面具有獨到的優(yōu)勢，如順序控制，可靠性高，穩(wěn)定性好，易于構(gòu)建網(wǎng)絡化和遠程化控制，以及實現(xiàn)無人值守等眾多優(yōu)點?；诖耍琍LC技術(shù)逐漸成為工業(yè)電氣自動化控制的主要應用技術(shù)。
本論文主要結(jié)合數(shù)控機床的電氣化功能的改造，詳細探討數(shù)控機床電氣化改造過程中基于PLC技術(shù)的應用，以及PLC技術(shù)在實現(xiàn)數(shù)控機床自動化控制功能上的應用，以此和廣大同行分享。
2 數(shù)控機床的電氣化改造概述
2.1 數(shù)控機床的主要功能
數(shù)控機床是實現(xiàn)機械加工、制造和生產(chǎn)中應用的為廣泛的一類機電設備。數(shù)控機床依托數(shù)控化程序，實現(xiàn)對零部件的自動切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺的數(shù)控機床，主要依靠手動控制完成切削加工，無法實現(xiàn)基本的電氣化和自動化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)控機床的電氣化改造，主要實現(xiàn)以下功能：
（1） 數(shù)控機床的所有電機、接觸器等實現(xiàn)基于PLC的自動化控制；
?。?）數(shù)控機床的進給運動由PLC控制自動完成，無需人工手動干預；
?。?） 自動檢測零部件切削過程中的相關參數(shù)，如加工參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)等等；
?。?） 結(jié)合上位機能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)控機床的遠程控制，以達到無人值守的目的。
2.2 電氣化改造的總體方案
結(jié)合上文對于數(shù)控車床的電氣化、自動化改造的功能要求，確定了采用上位機與下位機結(jié)合的自動化改造方案。該方案總體結(jié)構(gòu)分析如下：
?。?） 上位機借助于工控機，利用工控機強大的圖像處理能力，重點完成數(shù)控車床的生產(chǎn)組態(tài)畫面顯示，以及必要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸、保存、輸出，同時還要能夠?qū)崿F(xiàn)相關控制指令的下達，確保數(shù)控車床能夠自動完成所有切削加工生產(chǎn)任務。
?。?2）下位機采用基于PLC技術(shù)的電氣控制模式，由傳感器、數(shù)據(jù)采集板卡負責采集數(shù)控車床的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等所有參數(shù)，由PLC實現(xiàn)對相關數(shù)據(jù)的計算，并傳輸給上位機進行相關數(shù)據(jù)的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統(tǒng)還接收來自于上位機的控制指令，實現(xiàn)對數(shù)控車床的遠程控制。
（3） 對于數(shù)控車床為關鍵的控制――進給運動的控制，利用PLC+運動控制板卡的模式實現(xiàn)電氣化和自動化的控制。具體實現(xiàn)方式為：選用合適的運動控制板卡，配合PLC的順序控制，對進給軸電機實現(xiàn)伺服運動控制，從而實現(xiàn)對數(shù)控車床進給運動的自動化控制。
3 數(shù)控車床電氣化自動控制改造的實現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)改造結(jié)構(gòu)設計
數(shù)控車床的電氣化自動控制改造，其整體結(jié)構(gòu)如下圖1所示，其整體結(jié)構(gòu)主要由以下幾個部分構(gòu)成：
3.1.1 底層設備
底層設備主要包括兩個方面，首先是實現(xiàn)數(shù)控車床自動切削加工運轉(zhuǎn)等基本功能的必要電氣、機電設備，如電源模塊、電機模塊等，這些機電設備能夠保證數(shù)控車床的基本功能的穩(wěn)定可靠的實現(xiàn)；其次，底層設備還包括各類傳感器，比如監(jiān)測電機轉(zhuǎn)速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監(jiān)測進給軸運動進給量的光柵尺等，這些傳感類和數(shù)據(jù)采集類設備為實現(xiàn)數(shù)控車床自動化控制提供了基礎數(shù)據(jù)源。
3.1.2 本地PLC站
本地PLC站主要負責接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)及其他檢測參數(shù)，通過內(nèi)部程序的運算，判斷整個數(shù)控車床的工作狀態(tài)，并將其中的重點參數(shù)上傳到遠程控制終端進行數(shù)據(jù)的圖形化顯示、存儲、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時還接收來自于遠程控制終端所下達的控制指令，比如停機、啟動等控制指令，PLC站通過對相應執(zhí)行器（比如電機）的控制，從而實現(xiàn)自動化控制的功能。
3.1.3 遠程控制終端
遠程控制終端主要是依賴于工控機實現(xiàn)的上位機數(shù)據(jù)管理和狀態(tài)監(jiān)控，需要專門開發(fā)一套面向數(shù)控車床加工、生產(chǎn)和自動控制的軟件程序，以實現(xiàn)對數(shù)控車床的遠程化、網(wǎng)絡化、自動化控制，真正實現(xiàn)無人值守的功能。
基于PLC的數(shù)控車床電氣自動化改造框圖
3.2 PLC電氣控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)
本研究論文以CK6140普通數(shù)量機床為具體研究對象，詳細探討其電氣化、自動化控制的改造。通過上文對機床改造方案和結(jié)構(gòu)功能的分析，可以確定整個機床電氣化、自動化改造，一共需要實現(xiàn)14個系統(tǒng)輸入，9個系統(tǒng)輸出。結(jié)合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據(jù)對數(shù)控機床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關、輔助觸點等電氣控制元件，與PLC共同實現(xiàn)對電氣設備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數(shù)控車床電氣化改造。
4 結(jié)語
隨著電氣設備的越來越復雜，工業(yè)生產(chǎn)對于電氣控制的要求也越來越高，基于PLC的自動化控制技術(shù)得到了廣泛的應用，逐漸成為了當前工業(yè)自動化生產(chǎn)控制中的主流技術(shù)之一。采用PLC技術(shù)大的優(yōu)勢在于實現(xiàn)自動化控制同時具有較高的可靠性和抗干擾能力，極大的避免了由于采用單片機技術(shù)而造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。本論文結(jié)合電氣控制詳細探討了PLC自動化技術(shù)的應用，給出了具體的系統(tǒng)設計實例，對于進一步提高PLC自動化技術(shù)的工業(yè)化應用具有很好的指導和借鑒意義。
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