数控机床PLC电气控制技术系统.pdf

常将有日思无日，莫待无时思有时。——《增广贤文》 数控机床PLC 电气控制技术系统 可编程控制器是在可编程程序逻辑控制器基础上发展而来，为避免与个人计 算机的PC 混淆，人们习惯用PLC 代表可编程序控制器。目前PLC 有一体式和 模块式两种形式，一体式是把PLC 的电源，中央处理器单元（CPU ）、储存器、 一定数量的I/O 做在一起，形成一个整体。模块式 PLC 是由不同功能的模块组 合而成，有电源模块、CUP 模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模 块、模拟输出模块、通信模块、定位模块、计数模块等，与机床电路进行有机结 合，就成为了自动数字化控制机床电路。 现在数控机床相关技术的发展，不仅要对各机床各个坐标轴的位置进行连续 控制外，还需要对机床主轴停止、转向和进给运动的启动和停止、刀库及换刀机 械手控制、切削液开关、夹具定位等动作，进行特性次序控制。特定次序的控制 信息，由输入/输出控制，例如控制开关、行程开关、压力开关、温度开关等输 入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件控制，同时还包括主轴驱动和进给 伺服驱动的使能控制和机床报警处理。 随着可编程序控制器（PLC ）技术的发展，上述综合功能是可以由数控机床 中的可编程序控制器来完成的，它是由输入部分，逻辑部分和输出部分组成，输 入部分收集并保存被控制部分实际运行的数据，逻辑部分处理输入部分所取得的 信息，并判断哪些功能需做出输出反应。输出部分提供正在被控制的许多装置中， 哪几个设备需要实时操作处理。作者基于 PLC 控制来分析对一类数控机床的电 气控制设计，主要包括对控制方式的选择和分析；对电气控制系统中的主要实现 部件进行分析和选用，以及提出完整的基于 PLC 的数控机床电气控制系统工作 原理方案。 1 基于P LC 的数控机床电气控制方式的选择 数控机床电气控制方式优劣，决定了控制系统的成败，本文所提及的系统， 要控制机床实现高速高精度的加工，所以系统的性能至关重要：首先要根据预定 要求和被控对象的特征、控制精度、系统运行速度等限制进行了综合考虑，同时， 充分考虑系统的性能价格比等因素，确定X 、Y 轴采用PC 机+运动控制器+ 电机 +光栅尺的方式进行闭环控制。采用此种方式，PC 机发挥了强大的文件处理功能、 人机交互功能以及高速的数据处理功能，运动控制器则体现了高可靠性、高速性、 高精度等优点，光栅尺则为系统提供了高达 1μm 的精度的位置信息。同时，运 动控制器可以接入机床的各种传感器，并及时做出处理，提高了整个系统的可靠 性和稳定性。运动控制卡只能接入少数几根轴，而运动控制器可以大量扩展轴的 数目，为系统以后的升级带来便利。运动控制器同时还可以通过一个标准接口接 入一个PLC 系统，即运动控制器同时可以执行PLC 功能。 2 数控机床的功能分析 本文分析的数控机床，是一拖四的机床，有X 、Y 轴和四个Z 轴上的伺服电 一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。——《增广贤文》 非淡泊无以明志，非宁静无以致远。——诸葛亮 机，来进行工作台定位；X 、Y 、Z 轴可以联动，四个Z 轴可以同时运动，也可 以分开运动。为了提高加工精度，工作台的X 、Y 轴运动，利用光栅尺实现全闭 环控制，对工作台进行精确定位。通过外扩模拟量I/O 点对高速变频器进行控制， 实现四个主轴电机可以进行启停分开控制，转速同步控制。X 、Y 轴进行两侧硬 限位和软限位双重保护，对Z 轴下侧进行软硬限位。主轴转速高达16 万r/min ， 实现较高的加工效率，并配备专用的冷却水泵对电机进行冷却，同时实时检测电 机温度，提供温度保护。为每根主轴安装机械手和刀库，实现自动换刀和手动换 刀可