摘要：目前，数字控制技术被大量应用到实际生产过程中。PLC电气控制技术具有经济、高效的特点，以此备受重视。组合机床是对于某些指定工件，根据指定工序实现批量加工的组合专用设备，此种设备具有较高的生产效率，并且机床结构较为复杂，要求电气设计稳定。基于此，文章就在组合机床中使用PLC技术，分析组合机床中PLC电气控制系统的设计和使用。

关键词：组合机床;PLC;电气控制系统

中图分类号：TG502.35

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）06-0129-04

0 引言

组合机床属于我国工业生产过程中尤为重要的机械设备，其主要是通过部分通用部件及专用部件实现特殊工件加工专用机床。因为组合加床生产加工都是根据指定生产工序实现的，所以能够在自动化控制系统中使用实现机床生产控制管理，从而使劳动效率得到提高，从而促进工业自动化的持续发展。PLC刚好为具备良好性能的自动控制装置，其可靠性较高，并且具有较强的抗干扰能力，而且技术较为完善，配套较为齐全，便于操作学习及维护管理，体积比较小，具有較强的适应能力，所以被广泛应用到组合机床自动化控制系统改造中，能够有效节约成本，使生产效率得到提高。

1 PLC的优势

1）可编程控制器利用存储逻辑，其输出端及输人端要连接现场线路，控制逻辑还要通过程序方式在PLC内存中存储。实现控制逻辑的修改处理，只要修改程序相应的内容，不改变输人输出连接线路，以此表示PLC具有良好扩展性及灵活性，并且PLC是利用大规模集成电路组装的，具有体积小及功耗小的特点。

2）可编程控制器一般都是以程序指令实现半导体的控制，从而实现控制需求，具有较快的速度。假如利用晶体管及晶闸管输出方式，就不会出现触电抖动的情况，也不会出现触电拉弧的情况。

3）可编程控制器利用半导体集成电路成为相应定时器，具有交广的定时范围及较高的定时精度。用户能够以实际需求实现定时值的设置，定时时间不会受到实际环境的影响。在编程过程中设置定时时间就不会改变，并且PLC能够实现相应计数功能。

4） PLC利用微电子技术，其中大部分开关动作都是通过无触点半导体实现，具有较高的可靠性。另外，PLC还具备监控及自检功能，实现自行诊断和显示自身故障，并且实现控制程序执行情况的动态监控，以此为现场调试及维护提供便捷。

5） PLC通过面向操作者的语言编程，比如状态转移图、梯形图等，对使用人员来说，只需要在短时间中掌握PLC指令系统及操作方法，就能够满足使用及编程目的[1]。

对比单片机，单片机的结构较为简单，并且使用方便，价格较为便宜等优势，一般都是在数据收集、工业控制等方面使用。但是，单片机并不是专门针对工业现场自动化控制实现设计的，所以也存在部分缺点。首先，单片机并不好掌握。使用单片机进行自动控制一般都要利用微处理器汇编语言编程，以此要求技术人员熟悉机电控制。但是PLC使用面向操作人员语言编程，比如梯形图状态转移等，对使用人员来说不需要掌握计算机知识，只需要在短时间中了解PLC简单指令系统和操作方法就能够使用及编程。另外，单片机没有PLC使用中简单。使用单片机能够进行自动控制，一般都是在输入输出接口中进行工作。比如，对工程现场和单片机连接进行全面考虑，输出带载荷能力、接口工作方式及接口扩展等。不仅要设计控制程序托个，还要在单片机外围实现硬件及软件工作，才能够连接控制现场，调试较为繁琐。PLC输入输出接口良好，输入接口能够和无外接弹元开关相互连接，较为方便。输出接口具备驱动负载能力，能够满足控制需求。另外，输入及输出接口通过光电耦合期间，能够使现场干扰信号不容易进入到PLC中[2]。

2 机床结构和工作原理

机床通过4个动力头及一个回转工作台构成，是一种四工位组合机床，能够实现同个工件两个面镗孔和断面粗加工及精加工，在自动循环的过程中，机床中四个动力头能够同时实现进给加工，并且退回到原位之后，回转工作台就会将旋转工位抬起然后落下，机床能够循环的连续性工作。在按下控制盘预停按钮的时候，机床在工件加工完成之后全部退回到原位，然后停止工作。选择单机循环过程中，各个动力头能够单独的加工工件。在实现机床调整过程中，能够实现动力头进退、回转工作台旋转起落及各个动力头主轴电机开停的手动控制，图l为机床的结构。

3 基于PLC的电气控制系统设计

3.1 组合机床的电气控制需求

图2为组合机床的继电器控制电路，其中的M1指的是左动力头电动机，M2指的是右动力头电动机，M3指的是冷却泵电动机。SAI和SA2指的是左右动力头单独调整开关，SA3指的是冷却泵电动机工作选择开关[3]。

3.2 PLC选型和1]0资源分配

系统通过组合机床控制需求设置21个开关量的输入信号，7个开关量输出。在设计使用过程中，为了能够有效节约PLC点数，能够使输入信号接线进行改变。使用此种方法降低PLC输入点数量为15点，所以使用西门子CPU226型PLC实现设计，表1为1/0端子的分配。

3.3 组态软件结构

本文使用世纪星组态软件结构，将数据库作为核心，向上表现为人机界面和其他应用接口，向下表现为和其他应用程序动态数据交换与现场设备驱动程序[4]。图3为组态软件的结构。

组态软件是通过开发系统与运行系统构成，开发系统与运行系统为相互独立应用程序，都能够单独使用。并且两者相互依存，在开发系统中所设计的工程及画面应用程序在运行系统中运行。组态软件开发系统为应用程序集成开发环境，在整个环境中，开发人员能够实现动画连接、工艺画面设计、编写命令语言、数据库定义、设备安装等。开发系统图形生成功能较为完善，数据库中具备大量数据类型所相应的控制对象特点，能够实现数据报警、安全防范、历史数据记录及趋势曲线等操作。

组态软件通过实时的运行软件进行系统的运行，创建实时画面开发系统的动画图形画面，并且还要交换I/O服务程序和数据库中的数据。其利用实时数据库管理通过工业控制对象收集多种数据，使数据变化通过动画方式充分的展现出来，并且实现历史数据记录、报警及趋势曲线等监视功能[5]。

3.4 组态界面内核设计

上位机监控系统为使用者操作环境，但是在形成此环境以前，要实现多种内核设计工作，从而实现上下机数据交换。内核设计思想、数据流组织方法和系统运行可靠率及运行效率具有直接的联系。PLC直接对于执行机构和信号输入，在实现PLC程序设计过程中实现PLC内部地址及I/O变量的分配及组织。所以，在实现上位系统组态过程中，要对PLC相应变量进行定义。不管是上位系统或者PLC，变量对应为彼此地址对应，利用地址对应操作数据。为了方便记忆，并且提高程序可维护性，在实现地址分配过程中创建相应标记名，从而不需要直接使用地址操作，而是利用助记符进行操作[6]。图4为组态界面的流程。

3.5 操作程序设计

本文所分析组合机床PLC控制系统程序利用8Q2原继电器进行实现，利用转变得出接触器控制系统，在实现转变过程中要对以下4点进行重视：①处理输入设备。在对输入设备进行处理的过程中，假如继电器接触器控制电路种具有常开触点等设备，转变成为PLC控制以后还是利用常开触点进行输入，在程序中不改变触点的状态[7]。假如此设备的输入是通过常开触点进行的，那么就要转变成为PLC控制，或者通过常开触点进行输入，程序中触点利用相反的状态实现;②处理中间继电器。再次过程中，PLC辅助继电器就是传统继电器接触器控制系统中的中间继电器;③中间单元的设计。程序设计的过程以线圈为单位，在继电器控制器中全面考虑电路线圈的触点及电路控制，如果为多线圈，利用某个触点串联的电路实现控制，在程序中利用此电路对辅助计算机进行控制，从而有效简化程序;④处理及输出设备。传统继电器控制和控制器控制系统的电磁阀与接触器的线圈均是输出继电器，接触器触点是通过输出继电器进行代替的不改变状态[8]。

3.6 输入设备处理

在输入设备进行处理的过程中，继电器一接触器控制电路的设备包括常开触点，朝着PLC控制转变之后，输入设备不改变程序中的触点状态，还是利用常开触点实现输入。朝着PLC控制转变之后，如果此设备是利用常闭触点实现，此种设备的输入设备还是常闭触点，程序中的触点也是相反的状态。

在传统继电器控制器控制系统中，通过输出继电器线圈实现电磁阀及接触器两种线圈的代替，通过输出继电器触点实现接触器触点的代替[9]。

3.7 通信部分设计

系统使用RS232串口进行通讯，和西门子PLC、3个表实现通讯，实现现场监控生产情况的收集，对和监控界面创建的动画连接进行分析，或者到历史数据库存储方便今后的使用。上位机监控软件通过Cen-tury Star进行编写，主要是利用计算机的图形编辑功能实现，利用动画方式能够有效展现控制设备的状态，其具备报警窗口，能够方便生成各种报表，其功能较为强大。在运行过程中，外部设备是通过驱动程序进行数据交换的，主要是指数据的收集与发送。所有的驱动程序都是COM对象，这种方式能够通过Century Star及通信程序实现完成系统的创建，除对系统运行效率进行保证外，还能够让系统满足大规模需求，下位机的通信原理如图5所示。

Century Star利用PPT通讯实现与PLC相互通信，访问PLC相应寄存器地址，在与PLC相互通信过程中，Century Sta能够得出PLC控制设备状态，对相应寄存器值进行修改。实际编程过程中不需要编写或者读写PLC寄存器程序，其具备数据定义方法，对I/0变量完成定义之后，Century Star能够直接利用变量名实现操作显示及系统控制、报警显示、数据记录与趋势分析。监控软件系统功能为：工艺流程图及参数实时测量值的展现、下位机需要参数数值的实时修改、上位机与下位机的通信管理等。在主监控站中创建网络数据库，使过程监控中的实时数据、图表及画面等信息到本地网络服务器中存储，通过FLASH、ASP等技术实现动态网页的生成，并且实时发布，从而实现现场实时数据web浏览[10]。

4 结语

组合机床能够对指定工件实现批量加工处理组合专用化设备，具有较高的生产效率，并且结构较为复杂，以此要求电气控制系统的可靠性及稳定性良好。在改变成为PLC控制之后，能够解决原本继电器接触器控制系统接线较为复杂、较高故障率及较低可靠性的问题。另外，通过PLC自身输入输出接口通断显示功能，系统维护人员能够精准判断故障部分，以此有效节约维修维护工作量，使维修维护时间得到缩短，从而提高机床工作稳定性及可靠性，以此使生产效率得到提高。

参考文献

[1]许晓东，雷福祥，王伟，等.基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].农业科技与装备，2016（ 10）：26-28.

[2]梁爱菊，陈少杰，基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].建筑工程技术与设计，2016（20）.86-88.

[3]熊幸明.基于PLC的双面钻孔组合机床控制系统设计机床电器2015（6）37-39.

[4]曹忠亮，曹孝文，郭建華.基于PLC的三面铣组合机床控制系统研究[J].组合机床与自动化加工技术，2017，11（2）：86-88.

[5]李强，荆敏娟，基于PLC扬水站自动化系统的设计[J].自动化技术与应用，2016，35（4）：111-113.

[6]李晓华.PLC技术在组合机床控制系统中的应用分析[J].信息记录材料，2017，18（6）：89-91.

[7]赵粉荣，基于PLC的数控组合机床的控制系统设计[J].自动化与仪器仪表，2017，11（9）：117-119.

[8]谢丽娟，基于PLC的23040摇臂式钻床电气控制系统的改造设计[J].自动化技术与应用，2013，32（8）：46-48.

作者简介：王丽君（1985 -），女，陕西西安人，硕士研究生，讲师，主要从事机械设计与制造、机床电气控制与PLC应用、机械加工方法等的研究。