浅谈传统机床的PLC改造

第ｌ１卷第４期　２００９年１２月　辽宁师专学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ＶＯ１．１１　ＮＯ．４　Ｄｅｃ．２　０　０　９　【应用研究】　浅谈传统机床的ＰＬＣ改造　肖　丽　（朝阳工程技术学校，　辽宁朝阳１２２０００）　摘　要：２Ｏ世纪９０年代以前我国生产的旧机床普遍采用继电控制，存在可靠性差、故障率高等缺点，而　现代的ＰＬＣ控制具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，因此，可利用ＰＬＣ控制系统对传统机床进行改造．结　合实际给出ＰＬＣ的选择依据，并介绍具体的设计程序，最后指出ＰＬＣ接线应注意的事项　关键词：ＰＬＣ控制系统；程序设计；输入输出设备　中图分类号：ＴＰ２０５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—５６８８（２００９）０４—００８８—０３　２０世纪９０年代以前我国生产机床的电气控制普遍采用继电控制，这些机床现在仍然在各企业中被广　泛应用．由于传统继电控制系统使用大量的中间继电器、时间继电器，控制触点多，因此电气控制系统存　在故障率高、可靠性差、接线复杂、不便于检修等缺点．为了提高机床控制系统的可靠性，降低故障率，　提高机床的加工效益，很多企业对传统控制机床的电气控制系统进行了改造．通常这种改造有ＰＬＣ改造　和数控改造两种．　机床的ＰＬＣ改造和数控改造不同，ＰＬＣ改造是使用ＰＬＣ系统替代原有的继电控制系统，机床的操作　方式、加工工艺不发生改变，只是提高系统的可靠性．而数控技术改造是在机床上附加数控装置和执行元　件，使用合适的机床伺服系统和计算机系统，改变原有机床加工精度低、加工品种单一等问题，使机床实　现自动化和精密化，提高原机床的生产效率，降低劳动强度．但是旧机床存在刚度低、抗振性差等缺点，　不易进行数控技术改造，并且随着ＰＬＣ价格的减低，ＰＬＣ改造的成本也随之降低，由于改造后的系统故　障率低，也降低了维修成本，因此，对传统控制的机床进行ＰＬＣ改造已成为大多数企业的首选．　１　ＰＬＣ的选择依据　ＰＬＣ的种类非常多，要根据机床的控制要求、ＰＬＣ的功能、ｉ／ｏ点数、存储容量，并结合安全性能、　维修方法、性能价格比等因素综合考虑，一般选择小型整体式ＰＬＣ．现在国内常用的ＰＬＣ机型有三菱公　司ＦＸ系列、西门子公司Ｓ７系列和欧姆龙公司Ｃ系列等．　ＰＬＣ的输入输出点数由机床输入输出设备的个数决定，一般在预算允许的情况下，选择ＰＬＣ的　ｉ／ｏ点数应大于输入输出设备数，多出的ｉ／ｏ端口是为了替换在运行中出现故障的Ｉ／ｏ端口．ＰＬＣ的存储　容量也应该有一定的冗余量．　ＰＬＣ输出口的输出形式应根据输出设备的性质进行选择．继电器输出用于交流、直流输出设备都可　以，耐压高、带载重，但反应慢；晶体管输出适用于直流输出设备，反应快，但带载轻、耐压低；晶闸管　输出反应快，带载重，但只适用于交流设备，而且现在国内常用的小型ＰＬＣ很少采用这种输出形式的．　在改造中，考虑到综合输出设备和ＰＬＣ价格情况，一般都采用继电器输出．　２控制程序的设计　２．１程序设计方法　机床改造中控制程序的设计可以采用两种方法，一种是根据机床的控制要求设计梯形图，可以使用经　验法，也可以采用功能图法，另一种是将原有的控制电路图进行改造，改成相应的梯形图，这种方法是现　在改造中较为常见的一种方法．具体改造方法是，首先设计ｉ／ｏ地址分配表，找出控制系统的输入输出设　备，为其设定ＰＬＣ的输入输出地址编号．然后将原有继电控制电路图中的电源进线端设为左母线，电源　出线端设为右母线，将动合（动断）触点换成梯形图的动合（动断）触点，继电器、接触器或电磁阀等设备的　线圈换成梯形图的线圈，原有输入输出设备的符号根据Ｉ／Ｏ地址分配表进行替换．控制系统中的中间继电器　收稿日期：２ｏ０９—０９一ｌ０　作者简介：肖丽（１９７５一），女，辽宁朝阳县人，讲师，主要从事电气控制方面研究　肖　丽　浅谈传统机床的ＰＬＣ改造　８９　和时间继电器可以用ＰＬＣ中的辅助继电器和定时器替换．最后对转化后的梯形图中不符合梯形图绘制原则的　地方进行等效处理，对复杂的地方进行简化处理，最终得到一个和原控制电路功能相同的正确梯形图．　２．２　程序设计中节约Ｉ／ｏ点数的方法　ＰＬＣ的价格与其Ｉ／Ｏ点数有关，点数越大，价格越高．为了减少投资，可以在工程设计中采用改进接　线和编程相结合的方法来节约ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ点数．　２．２．１分组输入／输出　某些机床控制系统存在多种工作方式，但工作时只能使用一种工作方式，不能同时执行多种工作方　式，例如铣床的圆工作台的旋转运动和工作台的六个方向运动不能同时执行，所以可以将两种工作方式分　别使用的输入信号分成两组，ＰＬＣ运行时只用其中一组信号，因此两组输入可以共用ＰＬＣ的输入口，节　约ＰＬＣ的输入点．　同样，当两组负载不同时进行工作时，也可共用相同的输出口．如图１所示，ＫＭ１、ＫＭ３、ＫＭ５和　ＫＭ２、ＫＭ４、ＫＭ６两组执行元件不会同时接通，需要用外部转换开关ＳＡ进行切换．这种方式通常需要　配合程序设计，并进行相应调整．　２．２．２　设备并联　对于功能相同的多个输入设备，在ＰＬＣ输入　点较多的情况下，可以一个输入设备接一个输入　：：：：　ｘ０　端；若ＰＬＣ的输入点数不够用时，可以采用并联　望　ｆ　的方式．例如，铣床的主轴起动、停止按钮和工　作台的快速移动按钮共有两套安装在不同位置，　罗　ｘｌ　１　ＰＬＣ　但功能相同，可以使用并联的方式，能够实现六　个按钮使用三个输入点，如图２所示．　Ｘ２　两个通断状态完全相同的负载，并联后可共　！罗ｆ　Ｃ０Ｍ　用ＰＬＣ的一个输出端子．采用这种方式必须要注　意ＰＬＣ输出端子驱动负载的能力，以保证负载能　图ｌ　图２　够正常工作．　此外，一些功能简单、涉及面窄的输入设备，如某些手动按钮、热继电器触点，放在外部电路能够满　足要求的，在输入点不够的情况下可以不进ＰＬＣ的输入端．　３　ＰＬＣ接线　３．１　ＰＬＣ电源接线　ＰＬＣ既可以使用直流电源，也可以使用交流电源，常用的ＰＬＣ电源一般为５０　Ｈｚ、２２０±１０％Ｖ的交　流电．ＰＬＣ本身的抗干扰能力一般都很强，通常只要将ＰＬＣ的电源与系统的动力设备电源分开配线，就　能抑制来自电源线的干扰．若电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器．　３．２　ＰＬＣ接地　ＰＬＣ的接地非常重要，一般给ＰＬＣ接专用地线，并且接地点要与其他设备分开，若达不到这种要求，　也可采用公共接地方式．但是禁止采用串联接地方式，接地点应尽可能靠近ＰＬＣ．　３．３输入、输出接线　ＰＬＣ的输入、输出接线非常简单，如图３所示，只要将输入／输出设备　与其对应的Ｉ／Ｏ端口相连接即可．在机床改造中，ＰＬＣ的输人口接主令电　塑　Ｘ０　Ｙ０　Ｕ　ｒ＿］　器等输人设备，是否外接电源由ＰＬＣ类型决定．ＰＬＣ的输出口与执行装置　Ｙｌ　ｒＵ　＿］　相连接，包括各种继电器、电磁阀、指示灯等．这类设备本身功率较大，　，　Ｘ１　ｒ＿］　且电源种类各异，ＰＬＣ一般不提供执行器件的电源，需要外接电源．输入　ＰＬＣ　Ｙ２　Ｕ　和输出接线都有汇点式和分隔式两种，根据设备类型选择连接方式．　Ｘ２　Ｙ３　机床的ＰＬＣ改造多采用继电器输出，输出接线多采用汇点式．当既有　Ｃ（Ｎ　Ｃ０Ｍ　—　使用直流电源又有使用交流电源输出设备时，可将相同性质、相同幅值电　源设备接同一个ＣＯＭ端．切忌将不同电源设备接在同一个ＣＯＭ端．电源　图３　相同时，ＣＯＭ端可以连接在一起．多个输出设备共用一个电源时，要注意电源的功率是否足够大．ＰＬＣ　的输入输出还要注意以下几点：　辽宁师专学报　２００９年第４期　（１）当输出口连接电感性负载时，为了防止电路关断时产生的感应电动势或浪涌电流对输出口造成破　坏，应在感性元件两端加保护元件，对于直流电路应并接续流二极管（见图４），对于交流电路应并接阻容　电路（见图５）．　（２）当ＰＬＣ输出为感性负载或大负载时，也可以加中问继电器进行隔离保护（如图６）．中间继电器有　两个作用，一个是起隔离作用，防止感性负载关断时的冲击电流使ＰＬＣ触点熔焊或烧毁，以保护输出端　口；另一个作用是当输出负载大、电流电压超出ＰＬＣ的额定范围时，可以通过中间继电器进行转接，由　于使用继电器能够保护输出端口，而且中间继电器价格便宜，因此现在很多机床的ＰＬＣ改造中，不管采　用什么输出设备，都要加上中间继电器，以保护ＰＬＣ输出接口．　Ｘ０　ＹＯ　ＸＯ　Ｙ０　ＰＬＣ　ＰＬＣ　ＣＯＭ　ＣＯＭ　ＣＯＭ　ＣＯＭ　图４　图５　图６　（３）当要改造的电路中涉及电气互锁保护时，　除了改造的程序中要加入互锁保护，外部输出电路中也　要加入电气互锁保护．　（审稿人　胡　坤，责任编辑王巍）　（上接６４页）　３关于信息技术教师队伍建设的几点建议　３．１提升信息技术教师学历层次　目前信息技术教师普遍存在学历低的问题，而且本科学历中有很多是非师范类的，因此急需提升中小　学信息技术教师的学历层次．为了解决这一问题，教育相关部门和学校可以给信息技术教师提供进修机　会，加强信息技术教师培训，也可以招收应届大学毕业生，让更多优秀的大学毕业生充实到中小学信息教　师队伍中来，这样既可以解决信息技术教师短缺的问题，又为信息技术教师队伍注入了新鲜的血液，有利　于信息技术教师队伍长远目标的实现．　３．２改变信息技术教师定位　中小学信息技术教师往往身兼多职，不仅要负责信息技术课程的教学，还要负责很多其他工作，如机器的　维修、各学科课件制作等．有的老师认为他们是领导检查时的“守门员”、电脑故障时的“维修员”、教师做课　件时的“协理员”．因此信息技术教师没有办法像其他学科教师一样，专心备课、上课、进行研究．这就要求各　学校要在根本上改变信息技术教师的定位，把信息技术教师真正放在教学人员的位置上，而不是学校的“打杂　人员”，并在考核、评价、考试制度等方面进行改革，只有这样才能真正改变信息技术教师的角色定位．　３．３加强学校之间信息技术教师的沟通与联系　由于客观条件限制，各中小学信息教师人数较少，很多学校都是只有一两名信息技术教师，在这种情　况下，信息技术教师很难像其他学科教师一样进行教研活动，遇到问题也没有可以沟通的对象，往往只能　通过自己查找资料来解决，有的时候就会造成问题无法解决．针对这一情况，可以将相邻学校信息技术教　师组织起来，定期进行教研活动，或者互相听课、说课，这样有利于信息技术教师之间进行沟通和交流，　遇到问题时大家共同研究，解除了信息技术教师一个人孤军奋战的局面，对教学和科研都能够起到很大的　促进作用．　３．４建设中小学信息技术专题网站　当今社会网络的应用越来越广泛，因此可以由教育相关部门牵头，建立辽北地区中小学信息技术专题　网站，为中小学信息技术教师提供教学资源、教育软件、教研活动等相关信息，这样可以帮助中小学信息　技术教师更好地进行教学，获取更多的信息技术学科信息．　中小学信息技术教师队伍的建设漫长而艰巨，不仅需要个人的努力，还需要各级职能部门的重视以及　全社会的关注，只有这样才能建设一支符合时代要求的信息技术教师队伍．　（审稿人李庆，邵艳艳）