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　  1 引言

　　PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛，但在普通车床数控化改造中，用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善，这将是一种发展趋势。
本文对此加以讨论。

　　2 车床的PLC数控系统控制原理设计

　　2.1 车床的操作要求

　　车床一般加工回转表面、螺纹等。 要求其动作一般是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换；并且能进行单步操作。

　　2.2 PLC数控系统需解决的问题

　　车床的操作过程比较复杂，而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作，必须解决三个问题：

　　1）如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调；

　　2）如何改变进给系统速度；

　　3）车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。

　　将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合，这些问题是可以解决的。

　　2.3 数控系统的控制原理

　　普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数控控制。根据改造特点，伺服元件采用步进电机，实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取 0.01mm，X向脉冲当量取0.005mm。选用晶体管输出型的PLC。驱动步进电机脉冲信号由编程产生，通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生，通过与门电路接入PLC输入端，经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可由手动或自动程序控制。图1为数控系统原理图。[1]

　　3 PLC输入、输出（I/O）点数确定

　　所设计的车床操作为：起点总停、Z、X向快进、工进、快退；刀架正、反转；手动、自动、单步、车螺纹转换。因此，输入需14点。根据图1得输出需9点。I/O连接图如图2所示（以三菱F1S-30MT）为例。

　　4 驱动程序（梯形图）设计

　　4.1 总程序结构设计

　　手动、自动、单步、车螺纹程序的选择采用跳转指令实现。图3是总程序结构框图。若合上X12（X13、X14、X15断开），其常闭断开，执行手动程序；若X12断开，X13全上，程序跳过手动程序，指针到P0处，执行自动程序。

　　4.2 手动程序梯形图设计

　　手动程序、自动程序需根据具体零件设计，这里仅以Z向快进、工进、快退的动作为例加以说明。其梯形图如图4所示。

　　在执行手动程序状态下，按X0，Y1接通，作好起动准备。按X2，辅助继电器M0接通。通过T63计时及Y2触点组合，产生频率为103/2i的脉冲信号（i为计时时间，根据需要设定，单位为ms），驱动Z向快进。当按下X3时（M0断开），M1接通，M1与定时器T32组合使Y2产生频率为 103/2j的脉冲（j>i），由Y2输出，实现工进。按下X4时，M0、Y3同时接通，电机快速反转，实现快退。限于篇幅，其它程序梯形图略。[2]

　　5 结束语

　　数控车床在我国机械制造业中的应用正在迅速发展，但高精度数控机床价格昂贵，而且在实际生产中有大量形状不太复杂、精度要求一般的零件，这就需要精度一般的数控车床加工。
同时，我国现有大量可用的普通车床，对这些车床进行数控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。以前车床数控化改造用的是Z80、8031 芯片作数控系统的核心部件，它的价格较贵且系统较复杂。用PLC作为车床的数控系统，有成本低、系统简单、调整方便等优点，必将会得到广泛应用。

   压机改造后属压机类。除压制封头时，主缸总有一个“保压后卸载”的工艺过程。若卸载过程处理不好，则主缸换向必定产生强烈振动和噪声。传统的方法是采用溢流阀卸荷，难以实现卸荷压力从0-32MPa间的任意变化，所以卸荷的效果欠佳。而采用比例溢流阀则能满足卸荷压力在0-32MPa间的任意控制和调节，再加上PLC控制后,其卸荷功能会更好。

    应用软件采用模块化结构，其中的组织块(OB)和程序块(PB)及其控制功能。

    3.2三地操作

    (1)本地操作台即主操作台，对所有电动机进行远程启停操作;加热器加热、停止控制;所有工艺过程进行远程自动操作控制(如主缸、提升缸升降,顶出缸顶出、缩回，大小压边缸升降,压制大小封头的工进等);对设备的运行状态进行集中指示(电动机的运行、停止,各缸的进、退,泵的工作、卸荷等)，使设备整体运行状况一目了然;对系统的故障(横梁超上下限，液压系统超压、超高低液位、超高低温等)进行集中声光报警;对主压力、大小压边力、系统压力进行数字显示;对主压力、大小压边力进行远程手动调定;对数字面板表进行定度等。

    (2)机旁操作箱，对主缸、提升缸、大小压边缸、顶出缸的升降，对大小封头工进进行集中点动操作控制，方便生产过程的上料和卸料。

    (3)远地操作台即液压站旁操作箱，对主泵、循环泵、加热器进行本地启停操作控制，本地、远程控制切换，泵的卸荷控制等，方便调试及维修。

    4、PLC可靠性保护措施

    系统采用多种措施,以保护PLC及其输出点。如每一模板都设一单极自动开关(2A/3A/5A)进行短路保护;当输出点需驱动交流接触器线圈时，经直流中间继电器转换，且接触器线圈两端并联阻容吸收块。454模板单点大输出电流为2A(24VDC),可直接驱动阀用电磁铁(DC24V/1A)，考虑到输出点的保护，电磁铁线圈并接吸收二极管，且串联2A熔断管。

    4.1电动机组保护

    三台160SCY14-1B型高压变量柱塞泵，加之阀台控制，可以实现对流量的无级调节。三泵两用一备进行冗余，由三台75kW电动机驱动，并采用卸荷启动、卸荷停止方式，启动负载较轻。同时三台电动机采用自动Y-△降压启动方式，一方面提高了泵和电动机的使用寿命，另一方面可减少对电网的冲击。电动机组、液压站及站旁操作台如图2所示。

    图2电动机组、液压站及站旁操作台

    4.2机械设备的保护

    活动横梁上、下各设两极限位,即上极限位、工作上限位、工作下限位、下极限位。每一极限位采用两个行程开关，进行冗余，分别安装在相对的两立柱上。当活动横梁行进到工作上限位或工作下限位时，就有液压阀回中位，声光报警。若因液压阀卡死而造成活动横梁行进到工作上位或工作下位时不能停止，活动横梁继续上行或下行到达上极限位或下极限位时，停泵保护。加之系统中设置了压力继电器的保护措施，提高了设备运行的安全性，可避免设备事故的发生。压制过程如图3所示：

    图3液压机压制过程

    系统设有指示灯故障测试和运行状态报警控制，并采用严格的电气联锁，加之采用了多种编程技巧及三地点操作优先级管理程序组织块保证即使是误操作也不会发生任何意外事故。

    5、结束语

    改造后压机可实现液流方向、流量及压力的就地、远程控制，实现了点动调模、手动和半自动操作。使该电控系统具有较高的先进性和自动化程度，运行安全可靠，操作简单方便，维护维修性好。自改造后，设备一直运行良好

OB1是用于循环处理组织块（主程序），它可以调用别逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。起动完成后，不断循环调用OB1，OB1中可以调用其它逻辑块（FB,SFB,FC或SFC）。循环程序处理过程可以被某些事件中断。循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中输入址区和输出址区，访问CPU内部输入/输出过程映像区，批量输入、批量输出。

    2、测量参数运算

    PLC从传统继电器回路发展而来，初PLC没有模拟量处理能力，PLC从开始就强调是逻辑运算能力。科技发展，控制技术突飞猛进，PLC发展到，已经全面移植到计算机系统控制上了，已经具备了强大模拟量处理能力。机组控制，前期PLC模拟量处理能力局限，大部分模拟量参数控制都采用开关，如压力开关、液位开关等。这些开关大部分是机械式，是设定器设定报警点，转换成数字量。这样往往控制精度相对较低，难免有误动作。PLC模拟量处理能力强大，模拟量处理模块产生，可以把测量变送器信号直接引入PLC处理模块，程序中写入联锁动作点。大大提高控制精度，减少了误动作。

    上述机组控制，压缩机出口压力控制，压力变送器传输4-20mA信号直接引入模拟量输入模板SM331AI8×12。CPU只能以二进制形式处理模拟量，模拟量输入模块用于将模拟过程信号转化为数字形式，模拟量输出模块用于将数字输出之转化为模拟信号。模块硬件配置和软件设置中写入相应参数，就可以写入处理程序。本压缩机控制要求，压缩机出口压力变送器量程是0～10Mpa，出口压力超过8Mpa，PLC输出报警，蜂鸣器响，当出口压力达到9Mpa时，压缩机安全，就要打开泄压阀门，模拟量输入址为PIW256，PLC报警输出点址为Q2.0，泄压阀门控制输出址为Q2.1，程序如下：

    压缩机温度也是压缩机联锁保护中很重要参数，温度测量，直接采用热电阻，把测量欧姆信号引入模拟量输入模板SM331AI8×12，设置好相应硬件参数后，写入联锁动作程序，上述压缩机控制，温度达到70℃，防止事故发生，则停止压缩机，温度输入点址为PIW260,压缩机停机控制址为Q2.2。

    3、连锁保护程序

    机组具备开机状态下，操作员按下开车按扭，压缩机自检没有报警信号后，启动运行。压缩机运行过程中，PLC程序循环扫描控制参数，严密监控压缩机状态，当温度高于70℃、入口压力低于1Mpa、机组润滑油压力低于0.5Mpa、出口压力高于9Mpa、操作员按下停止或紧急停车按扭时，压缩机自动进入联琐程序，调用联琐处理子程序或事故级别直接停止压缩机运行，实现设备自保和防止事故进一步扩大。下面是压缩机启停联琐运行一段程序。

    四、总结

    PLC内部资源极其丰富，内部存储器（软继电器）数量往往数以千数。

    PLC采用“软器件”、“软触点”进行联锁，它并不改变PLC外部电路结构，不存使电路复杂化问题。而这种联锁本质上是增加PLC运算条件，使PLC进行输出之前需要进行更多安全可靠性判断，使系统安全可靠性到提高。系统保护程序开发与运行，使PLC能及时感知系统故障或存事故隐患，并保护程序做出相应反应，止事故发生或扩大，更好保护人身和设备安全。