PLC技术下的机床电气控制自动化系统具备多种特点

前言

传统机床电气控制系统为接线复杂、调试困难、故障率高的继电器－接触器控制系统，较之传统电气控制模式，PLC技术下的机床电气控制自动化系统具有通用、可靠、便于移植的优良特点。基于PLC技术的机床电气控制自动化主要是依据工件工序、工艺要求对其通用部件动作进行控制，涉及了触摸屏、电源、驱动电机等多个部件。设计人员应根据PLC技术特点，进行机床电气控制自动化系统硬件、软件的设计，并进行功能模块的调试，以便在充分发挥机床控制效能，为工业生产提供充足支持。

（一）软件设计

1.电源模块设计

PLC技术下的机床电气控制自动化系统中的硬件模块因自身属性差异，对电源要求也具有一定差异。比如，PLC模块对电源波动具有严格要求，需要额外配置隔离变压器与可靠的不间断电源、滤波器，其中不间断电源在系统断开电路、输入电压波动过大时承担备用电源输出、稳压责任，避免意外断电引发控制系统数据毁损；而隔离变压器可以为不间断电源提供220V交流电，通过开启或关闭电源，接通或断开不间断电源输出端与负载；滤波器负责规避谐波对PLC模块的干扰。再如，部分控制电路功率较小，需要由隔离变压器提供稳定可靠的24V电压。而大负载驱动电机所需驱动功率较大，需要选择功率为1000VA的隔离变压器，并在其输出端串联交流接触器的一对常闭触点，以便在驱动器发生运行故障时停止电力资源供应，规避过载、过热事故。

2.电气控制模块设计

PLC技术下的机床电气控制自动化系统主电路负责为各个功能模块输送适宜的电力能源，因电气控制自动化系统执行阶段需大量继电器参与工作状态执行，需要根据控制原理图进行电气元件的连接。即在电源开关与其他硬件模块正常供应电力能源的基础上，开启PLC控制模块，自行检测机床电气控制自动化系统是否存在驱动电源断电报警、总电源断电报警信号。在确定电源正常后，将一个独立的控制继电器分配给辅助设备，以便加工作业时相关辅助设备有序启动。在开启检测无误后，根据PLC输出端无输出电机驱动信号的特点，需设置一个准备按钮，串联通电延时继电器、驱动保护电路，避免驱动器接通电源时PLC错误动作。

（二）软件系统设计

1.驱动参数设置

微处理器是伺服驱动器功能实现的基础，设计者可以依据定制化思维，进行软件模块参数设置，以便满足机床电气控制自动化系统多场景运行需要。从基本规格来看，驱动主回路输出电源及控制回路输入电源均为三相200V50Hz，控制方式为正弦波控制，控制模式为位置控制，编码器反馈为5线制增量式编码器，输入控制信号为伺服使能，输出为伺服报警。在位置控制模式下，输入为驱动禁止输入、脉冲指令输入禁止，输出为定位结束输出，脉冲输入时最大指令脉冲频率为2Mpps，可用指令跟踪控制、实时速度观测器、振动抑制控制。

2.PLC编程参数设置

在PLC机型确定之后，可以结合机床控制要求，为每一个输入输出分配地址。在PLC输入输出地址分配的基础上，可以利用专门的软件对PLC程序进行编辑。在编辑前，需要确定热继电器处于接通状态，且启动按钮没有被按下。进而以主轴运作为前提，设置主轴控制程序。即经I0.3接通主轴正转，并设置能耗制动时间继电器耗时为3s，进而经I0.4关停主轴，结束能耗制动。

３．软件模块划分

软件模块划分是提高PLC技术下的机床电气控制自动化系统软件设计效率的主要手段，可以从机床加工准备、机床加工操作两个方面着手，进行模块划分。在机床加工准备方面，机床电气控制自动化系统辅助模块为初始化模块、参数设置模块、调整模块、对刀模块。其中初始化模块负责将电气控制自动化系统恢复最初状态；参数设置模块负责输入关键参数，如定时中断操作等；调整模块负责根据机床原点调整主轴位置；对刀模块负责根据加工零点经触摸屏输入加工初始间隙核算加工原点位置，对快进状态下主轴缓冲减速点位置核算提供依据。在机床加工操作方面，机床电气控制自动化系统辅助模块为准备模块、手动/自动加工模块、定时加工模块。其中准备模块负责经触摸屏上触摸键启动设备；手动/自动加工模块负责经触摸屏设定加工深度、速度、时间参数实现自动运行；定时加工模块负责在预定时间加工工件。

除基本模块外，还需要额外增设故障自诊断功能模块、自动保护功能模块与意外断电保护功能模块、自动控制功能模块。其中故障自诊断功能模块主要是自动诊断、处理机床加工故障，确保机床加工过程顺利进行；自动保护功能模块负责自动保护电源过流，规避阴极与阳极短路危害系统；意外断电保护功能模块主要是在意外断电情况下保护整个系统，并记忆工件位置，为通电后加工作业正常开展提供依据；自动控制功能模块负责实时监控加工温度、速度，在温度或速度低于设定极限值时自动调节。在模块划分后，设计者可以依据模块化设计理念，将模块组合为完整的拓扑模型。将机床电气控制自动化系统模块按照一定规则整合，可以形成对机床加工电气自动化控制具有指导作用的拓扑结构。

（三）PLC技术下的机床电气控制自动化系统功能调试

1、硬件调试

在基于PLC技术的机床电气控制自动化系统设计完毕后，设计者应对机床电气控制自动化系统硬件接线进行检查。在硬件接线检查时，需要设计者判定变压器、执行件、负载电气连接完整情况。进入利用万用表检查各电气触点，以便及时发现节点连接错误、接触不良问题。在确定电气节点连接正确且无接触不良问题后，借助按钮通断与万用表操作，对每一条线路通断情况进行检查，确保每一条线路通断情况与设计要求一致。在确定控制回路、PLC接口电路接线与设计要求一致后，利用万用表再次检查线路连接情况。确定线路连接准确无误后，接通PLC电源，对每一个模块运行情况进行检查。并根据检查结果进行模块调试。

2、软件调试

因基于PLC技术的机床电气控制自动化运行环境限制，软件调试选择脱机调试方式，寻找软件算法错误、逻辑错误，避免正常工作状态（或特殊状态）下系统逻辑算法错误。为验证机床电气控制自动化程序完备性，需根据PLC程序功能表现，将待调试PLC程序模块划分为基于逻辑控制的程序段、基于数据处理的程序段。前者主要是在PLC基本单元组成无误的前提下，根据每一个输入点状态指示灯、每一个输出点状态指示灯，利用按钮模拟输入信号，变更模块状态，判定输出模块与设计控制要求一致性。在确定两者一致后，借助PLC的编程软件，经强制开关功能变更触点状态，为PLC程序调试提供支持。

基于数据处理的程序段调试高度复杂，无法通过PLC现有编程调试功能实现，而是通过多次输入特殊值进行验证。特殊值输入现有经触摸屏界面进行画面编辑以及变量定义，进而将定义变量传送至PLC，完成PLC存储器内置数值的变更。在触摸屏程序调试时，需要借助专门的触摸屏程序制作软件ViewjetCmore，在离线模拟运行功能下，经个人计算机执行监视画面程序。在监视画面程序上选择工具条的simulateproject按钮获得模拟运行确认对话框，在对话框内选择触摸屏型号。确定触摸屏型号后，经开始按钮模拟运行界面，完成模拟调试。在模拟调试结束后，连接触摸屏、PLC，在线模拟触摸屏与PLC联机运行情况。根据设计方案，在线修改已编制触摸屏程序，并经人机界面读写PLC内部数据区进行局部模块完善，确保触摸屏界面与PLC正常通讯，为PLC技术下的机床电气控制自动化系统完成对控制对象的监控提供帮助。

结语

需要注意的是，在软件模拟监控界面内，将CPU切换至运行状态，此时机床电气控制自动化系统进入待命状态，根据指示运行主轴或者开启切削液等操作，根据操作时系统状态表现进行输入区、输出区、内部存储区、共享数据块以及模拟输入量连续变化的调试，确保系统正常运转状态下相应指示灯、中间继电器可靠发挥作用。