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在机床改造中PLC的应用
[正文]:介绍利用plc改造机床的新方法，给出了机械改造部位plc控制系统的设计以及设计中几个关健的问题的处理办法。
对步进电机控制的点位系统有借鉴作用。
一、引言 在机械加工企业中，有许多旧式普通机床，为了机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，充分利用普通机床，就需要对普通机床进行机电一体化改造。
通常改造法有几种：一种方法是以微机作为控制元件(主要是单片机)，通过对机床的进给系统进行改造，采用步进电动机开控制系统；第二种方法是以可编程控制器(简称plc)作为控元件，替代机床继电器镰接触器组成的电气控制部分，是为了提高机床电气控制系统的可靠性，这种方法主用于组合机床以及生产线上的专用机床；第三种方法采用的数控设备来控制机床的伺服进给系统，其伺服进给为步进电机开环控制系统。
这几种控制方法各有特点：机构成的控制系统不但能控制机床的运动轨迹，也可以机床的机械结构，但是其接口设计复杂，可靠性低，而plc成的控制系统接口简单，可靠性高，但不能控制机床的轨迹，对机床的机械结构部分没有改变。
虽然采用专用的设备不但能简化机床的机械结构，而且能控制机床的运轨迹，但专用数控设备价格高，不适应经济性数控机床。
近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以及自动控制技术的发展，plc的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型pu：机上实现大型机的功能。
本文提出了用plc控制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化造。
二、改造方案的确定 数控改造普通机床主要是解决机床和运动部分的传之间的关系，以c616卧式车床为例，其传动链主要有：主轴 传动系统、进给传动系统。
为了能充分利用plc的功能，造设计方案如下： 1)主轴传动系统采用变频调速； 2)横向进给和纵向进给传动系统采用步进电机开环控 3)刀架部分不变； 4)主要技术参数：横向进给脉冲当量0.05 mm/step，快进速度2mm/min；纵向进给脉冲当量0.001 mm/step，快进速度1 mm/min，机床总体方案三、机械部分的改造 3.1主轴传动系统 为t简化主轴箱的结构，满足主轴调速和转矩要求’主传动系统原交流异步电动机型号不变，采用三相异步电动经皮带、降速齿轮驱动主轴旋转： 3.2进给传动系统 横向进给和纵向进给传动系统都采用步进电机经减速轮驱动滚珠丝杠副，推动刀架拖板作插补运动。
为了提给lf动精度，齿轮选用具有调隙结构的直齿轮，滚珠丝杠副安装时要预紧。
四、控制系统设计 4.1硬件结构 为了系统以后功能的扩充，提高系统的可维护性，本控系统采用模块化设计。
它由四个子系统构成，即plc控制器、变频器、步进电机驱动模块、键盘/显示板。
其控制系统组成逻辑图如图2所示，其plc控制器选用功能强大、扩展方便的三菱公司的fx2n系列的可编程控制器，变频器也选用三菱公司的。
两个步进电机选用同型号的反应式步进电机和应的驱动器。
4.2软件结构 为了便于软件调试，软件结构采用模块化结构，主要分以下几部分：步进电机控制模块、进给系统定位控制模块据输入及数据传输模块、显示模块以及元件故障检测及报模块。
由于软件结构较大，步进电机的控制是通过脉冲控制产生0.1秒的控制脉冲使移位寄存器移位，产生六拍时序脉冲，通过plc三个输出继电器控制驱动器使步进电机按三相六拍的通电方式运行。
为了实现定位控制，采用不同计数分别控制粗定位行程和精定位行程，计数器的设定值根据程来确定。
五、设计中几个关键问题的处理 5.1防止步进电机在运行时失步 由于plc是循环扫描方式工作，其扫描周期一般在几毫秒至几十毫秒之间，所以步进电机不能在高频下运行，脉冲信号率只能在十至几十赫兹范围。
步进电机的转速与控制脉冲正比，当步进电机在低频运行时，为了保证系统的定位精度，脉冲当量又不能太大，这就是定位的时间太长。
为了解决个问题，将定位过程分为脉冲当量不同的两个阶段：粗定位精定位。
在机械结构上采用两套变速机构，在粗定位阶段步进电机直接驱动刀架，精定位阶段采用步进电机经降速轮来驱动刀架，两套装置有电磁离合器控制。
5.2数据输入装置和数码输出显示电路 为了方便的实现数据的在线输人和修改，采用bcd盘装置，拨盘共有十个位置，每个位置都有相应的数字指示，这样就不必再设置数码输入显示电路。
为了显示有关参数变化，如步进电机步数或转速，采用数码管器件。
为了压缩plc的输入/输出点数，在数码显示电路中采用软件编码、硬件解码的方法，如对9种及以上的故障显示，可采用8—4软件编码、4—8硬件解码，使输出点压缩为4个。
5.3元件故障检测 plc具有很高的可靠性，所以plc控制系统的大部分障来自于plc外部元件，例如常见的有按钮或行程开关触熔焊及氧化形成的短路或断路故障。
当系统遇到电气或机故障时，软件按超时方式进行判断并启动声光报1r，转入故处理程序模块。
六、结束语 用可编程序控制器(plc)将普通机床改造为经济性机床，通过实验，简单易行，可靠性高，抗干扰能力强。
其设计思路也适应于步进电机驱动单轴或两轴点位控制系统。
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