摘要：在传统生产领域中，我们看到的先进继电器操作系统为继电接触器，此设备在现代生产工作中已经无法满足高质及先进的工作需求，所以只能够被应用到基层、低端机床设备中。但是PLC技术的出现为机床电气控制系统创新提供了全新的方向，此也是划时代的发展主题，其和传统继电接触器对比具有较高的工作效率，良好的稳定性。基于此，本文就从PLC概念入手，简单分析其在机电机床电气控制中使用情况和设计要点。
关键词：PLC；机床；电气控制自动化
机床电气控制为现代机床专业、工业生产领域的研究重点，将数字控制自动化技术作为主导的机床管理和控制策略，为机床现代化、自动化打下了良好的理论基础。在早期数控机床控制的过程中，重点为根据继电器逻辑实现管理，因为继电器逻辑属于硬接线系统，并且体积较为庞大，布线较为复杂，修改较为困难，如果出现问题很难有效且及时的修复，此种系统的可靠性较低，并且会对机床生产效率造成影响[1]。所以基于PLC技术的机床自动化系统统计及功能改进成为了现代业界的研究重点，也是保证机床生产效率及进度的核心。
1PLC的设计原则和步骤
为了能够使机床电气控制得到实现，就要对可操作目标技术活动进行保证，还要能够满足企业生产需求，从而使机床生产速度及产品质量得到保证。在实现PLC系统设计的过程中，要使设计能够满足以下标准：第1，全面性，因为工业生产的需求各不相同，那么设备及制造工序也各不相同，就要对系统能够提供的技术能力进行保证，从而提高PLC系统的完整性；第2，经济性。企业要通过较低的成本使经济效益得到提高，所以在实现策划的过程中就要实现可行并且简单的PLC系统设计方案的制定；第3，可靠性。企业对于生产过程中的安全性较为重视，稳定生产能够有效保证企业的经济效益，那么就要对PLC系统的正常稳定运行进行保证；第4，发展性。由于PLC技术在持续成熟及发展，那么今后就会出现全新技术手段，在实现策划过程中就要全面考虑系统的生计问题，在进行制造的过程中对升级和更新的范围进行预留出来，通过高兼容、高发展性及通信技术实现[2]。为了提高PLC系统的使用效果，就要全面考虑PLC控制器的操作范围，实现可操作目标特点及需求制造工艺的全面掌握。在对操作规模进行决定的过程中，将I/O设备数量为基础，决定操作系统运行的规模，PLC操作系统的操作规模比较大，那么其开关量也比较大，能够实现大量的操作行为。一般PLC控制器的I/O数量都是为20以下，能够对系统平稳进行保证。如果技术水平比较高，就能够将PLC系统中I/O数量的影响充分的展现出来。在设计资料处理模块时，PLC控制器在工序操作中的位置尤为重要[3]。在PLC控制系统设计过程中主要包括硬件及软件部分，硬件设计指的是对于PLC外部设备实现，软件设计主要是对于PLC应用程序实现，所以在实现系统设计过程中可以根据以下程序进行设计：1）掌握被控对象。在设计控制系统以前，要充分掌握被控系统，那么设计人员就要全面考察现场实地，实现相应资料的收集，并且利用和操作人员沟通，全面掌握被控功能、机械、电气系统和液压等方面的关系、人机界面、PLC是否联网及系统工作模式等，并且进行记录；2）选择硬件。I/O设备包括输入设备中的内容，比如位置开关、转换开关、相应转换器及按钮等，其中的输出设备主要包括接触器、继电器、执行器和信号指示灯等。PLC指的是容量、电源、可编程逻辑控制器型号、I/O模块等。在实现I/O分配的过程中，要求具备编号、名称、设备代码与功能等信息。实现PLC硬件线路图的绘制，实现定时器分配的等内部辅助继电器地址。3）编写应用程序。设计程序的根据就是以操控系统实质需求选择合适方法设计PLC。在编写程序的过程中，要使控制需求得到满足，并且相应控制功能及任务程序要逐个的实现编写，从而完善系统特殊功能。4）程序调试。程序调试主要包括现场调试及模拟调试，其中的模拟调试是根据现场信号产生方式，划分成为软件及硬件的模拟方法[4]。
2基于PLC技术的机床电气控制自动化系统设计
2.1输入电路的设计
电气自动化控制优化系统输入电路设计要对PLC电压供电设计进行全面考虑，还要考虑安全容量及抗干扰等设计。其中的PLC供电设计是选择PLC供电电压和电流，其中的PLC可选电压比较多，一般都包括AC85-240V、DC12-24V。其中的交流供电主要是在大型电器自动化控制系统中使用，交流电供电PLC具有较大的线程，并且重视电压保护装置。为了避免电压过高及短路加装熔断机制，直流供电是在小型电气自动化控制系统中使用，PLC线程比较短，容易进行控制。PLC抗干扰一般使用加装1：1隔离变压器、电源稳定适配器等。对输入纯净稳定需求电压进行保证，在选择的供电电压比AC110V要大的时候，一般都是使用双隔离技术，安装次级线圈评比、隔开变压器和初级电气中性点接地，从而能够有效降低高频脉冲波影响。设计的安全容量能够有效估算PLC输入电器容量、电器自动化控制系统的容量，运行容量不能够超过总体容量80%。
2.2输出电路的设计
为了对系统运行过程中的稳定性进行保证，输出电路稳定运行尤为重要，电器自动化控制优化系统输出设计包括程序执行阶段设计和输出刷新阶段。在设计程序执行阶段的过程中，要以PLC根据指定顺序实现程序内容的扫描，PLC通过映像寄存器及元件数据寄存器中实现操作指令的读取，实现命令相应控制元件执行程序命令的生成。在执行完成命令之后，处理系统控制输出阶段，在到达输出刷新阶段中，数据输出刷新阶段能够实现控制元件赋值扫描、输出端信息数据及储存映像寄存器数据的刷新。
2.3伺服电机的设计
伺服电机属于数控系统动力提供者，本文设计系统X、Y和4个Z轴都是使用高动态交流伺服电机。电机能够实现矢量控制及伺服控制，电机中还具备旋转编码器，实现电机位置闭环系统的构成，能够精准控制电机。电机自身的编码器精度都在10μm左右，并且能够实现电机状态参数对系统自动组态的数据上传，便于系统的组态。另外，电机上边都是使用标准安全接口，在电机接线的时候只需要插入相应的接头就行。
2.4创建TCP/IP连接
上位机和下位机的相互通信都是利用TCP/IP协议实现的，充分考虑特殊情况，上位机和下位机都要具备通信中断之后自动创建连接的功能。本文系统使用下位机在开机或者检测到通信中断之后自动进入到通信连接状态中，也就是下位机利用UDP协议循环对下位机发送连接请求。假如下位机开机接收创建连接请求之后，客户端和SOMPTONIOND创建服务器连接，成功之后对下位机实现连接成功信号的发送，这个时候SOMPTONIOND属于客户端，使其和服务器上位机创建连接，创建连接成功只有对上位机连接实现成功信号的创建，在两个连接都成功的时候，就会进入到等待命令状态中[7]。图3为SOMPTONIOND和上位机创建连接。
2.5扩展I/O组态
因为SOMPTONIOND自身具备较小的I/O比较少，那么扩展外部I/OET200M进行实现。ET200M利用PROFIBUS和SIMOTIOND实现通信，使用标准化PROFIBUS电缆进行连接，SIMOTIOND属于主站，ET200M属于从站。因为只能够通过一个PROFIBUS从站，那么只有一个PROFIBUS从站，只能够利用PROFIBUS电缆两侧电阻进行打开。在组态的时候，ET200M地址是利用IM153中的拔码开关实现的。接口模块使用IM153-2后面利用背板总线扩展成为两个SM323与SM334I/O模块。其操作较为简单，只有在组态的时候实现所有模块地址空间的分配，在程序中能够直接使用地址寻址。在组态界面中的两个SM232分配地址空间为DI68-69、DO68-69[8]。表1为扩展模块地址表。
2.6数据存储
在实现加工的过程中，要求SIMOTIOND能够实现大量孔位信息的存储，此方面通过数组方式实现孔位信息存储。并且为数据区设置两个指针。第一个为孔位信息存储指针，第二个为孔位加工指针。在接收上位机下传孔位信息的时候，根据孔位信息存储指针指向位置实现存储，在接收到开始加工命令的时候，说明此批次数据已经传输完成，孔位信息存储指针为零。另外，孔位加工指针指向数据区第一个数据进行加工。因为部分数据包的数据量比较大，假如在传输过程中会出现误差，就会导致加工失败或者产品报废，那么就要对数据正确性进行保证，此方面能够通过通信过程，利用CRC校验实现。
2.7中间单元的设置
在程序设计过程中，主要是将线圈作为单位，对继电器接触器控制电路的线圈是否受到哪种触点及电路控制进行考虑，如果多个线圈都受到某个触点串并联单路控制，在程序中实现此电路控制辅助继电器简化程序的设置[9]。
3机床电气控制自动化系统的调试
3.1上位机的控制调试
机床是通过上位机控制实现最终的工作，那么上位机和下位机通信是尤为重要的。那么，就要通过下位机对上位机发送简单数据，对上位机接收值是否满足需求进行监测，假如不满足需求或者无法接收检查硬件线路及接口设置。在正常通信之后，就要实现上位机对于下位机的简单控制，比如回零、点动等操作。之后逐渐加入部分负载命令。在出现问题的事后，要对是否正常接收命令进行监测，假如正常在执行部位监测过程中出现问题，那么其中通信的创建能够根据正常工作模式实现调试。其中出现的问题包括上位机和下位机通信过程中，假如一方突然关机，就会导致对方的程序失控，之后利用UDP对连接状态的方式实现进行监测。一方突然关机，不会对对象程序造成影响，再次开机的时候还是会和对方创建连接。
3.2逻辑调试
在机床工作的过程中因为会出现多种情况，那么机床操作及工作方式就要根据一定逻辑，比如钻孔加工过程中X、Y运动过程中Z轴不能够运行，机械手换刀过程中的机械手与工作台无法同时运动等。逻辑调试过程中要对多种非正常的情况进行全面考虑，从而保证在今后使用过程中具备优异性能。那么在逻辑调试过程中要慢慢的进行试验，并且慢慢的添加，利用机床的实际庆坤实现调试。在逻辑调试过程中因为具有多种情况，其中的批量加工处理尤为重要，在批量加工的过程中具备选孔、继续、暂停、停止加工及下钻次数等[10]。
4结语
在工业技术现代化不断发展的过程中，基于机床电气控制的PLC自动控制系统会逐渐成为人们所重视的重点，其具有较高的安全性、较强的稳定性、较低的价格及抗干扰等优势，被广泛应用到实际中，具有良好的前景。所以，在实际设计过程中，要重视PLC控制系统的研究和发展。
参考文献
[1]曹忠亮，曹孝文，郭建华.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（2）：86-88.
[2]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.
[3]王远.浅议PLC在机床电气控制系统改造中的应用[J].大科技，2016，17（33）：32-34.
[4]符林芳.基于PLC的电梯控制系统的开发与设计[J].自动化与仪器仪表，2019（7）：116-119.
[5]陈丽娟.基于PLC技术的机电一体化生产系统控制研究[J].电子元器件与信息技术2019，（9）118-119+122
[6]倪涛轶，数控机床PLC控制技术[J].内燃机与配件.2018（17）245-247
作者:王凯 单位:西安航空职业技术学院
