基于西门子PLC的机床控制系统研究与改造
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【摘 要】随着科技的进步，工业自动化的进程也在逐步加快，我国工厂车间机床的自动化控制也获得了十分迅速的发展。随着新技术的产生，可编程逻辑控制器在工业控制中应用越来越多。西门子的PLC具有可靠性高，功能全面等诸多优点，因此在机床控制上应用十分广泛。本文结合我国当前工厂车间的机床自动化控制，探讨了西门子PLC在机床控制系统和改造方面的具体应用，对加深可编程逻辑控制器在工业领域的应用具有一定的现实意义。
【关键词】西门子；PLC；机床；控制；改造
1 引言
可编程逻辑控制器（PLC）是工业自动化技术进步的产物，自从20世纪60年代产生以来，PLC给工业自动化带来了重大的变革，其体积小、可靠性高、功能完备的特点被广泛应用于工业自动化的各个领域。
2 西门子PLC简介
西门子S7系列PLC具有诸多优点。本文主要基于S7-200型号的PLC做重点介绍。S7-200型号PLC体积小，结构紧凑，其结构内部集成了光电隔离，输入输出独立控制单元，这些特点使得S7-200具有十分可靠的特性。S7-200的软件编程系统，兼容性好，提供的控制指令和逻辑运算较为齐全，并且广谱性高，易于学习和编程实现。西门子S7-200可以实现在线编程调试，并且相关输入输出有LED显示，实现了I/O具体工作状态的外部观察，维护调试工作十分便捷。
在我国的部分地区，工业化技术更新比较缓慢，许多工厂仍沿用旧式机床。由于设备老化，技术落后，导致机床的故障率很高，维护投入比例过大，增加了不必要的成本，降低了生产效率和工业产值。西门子S7-200型号的PLC具有十分优良的性能，因此可用于普通机床控制系统的设计和改造。以下举几个例子。
3.1 主轴电机控制电路
主轴电机的启停、正反转分别采用不同的输入输出端口控制，并设置变速开关，具体端口分配如下：
输入 输出
说明 端口 说明 端口
正转启动 I0.3 主轴正转 Q0.1
反转启动 I0.4 主轴反转 Q0.2
正转点动 I0.5 高速 Q0.3
反转点动 I0.6 低速 Q0.4
电机变速控制 I0.7
3.2 主轴箱位置移动电机的控制电路
主轴箱的位置调节，需要能完成垂直上下的位置变化，也需要能够完成水平左右的移动和前后移动。运动模式可以由床身开关控制，需要两个输入端口控制运动方向，需要两个输出端口实现控制输出。
输入 输出
说明 端口 说明 端口
电机正转控制 I1.1 电机正转输出 Q0.5
电机反转控制 I1.2 电机反转输出 Q0.6
这样，当机床上的主轴箱位置控制开关扳到上下档，对端口I1.1给予输入信号，则电机正转，主轴箱位置向上移动。对端口I1.2给予输入信号，则电机反转，主轴箱向下移动。
3.3 互锁保护
为主轴电机和主轴箱位置移动电机设置总控开关，只有这两个总控开关闭合，两个电机才能启动。将这两个开关与工作台手动快速进给开关进行物理连接，一旦工作台实现手动进给，则通过物理联动的方式断开电机总控开关，避免两电机旋转时，误进行手动进给操作。
输入
说明 端口
主轴电机总控 I1.3
位置电机总控 I1.4
3.4 PLC控制电路优点
由以上例子可知，相比原始的继电器控制，PLC控制电路实现的保护功能更完善，接线也更清晰明了，通过软件编程代替了原先的继电器硬件电路，减少了硬件故障产生的可能。由于西门子PLC良好的适应性，PLC芯片体积小，故障率低，可以极大地提高了机床控制系统的可靠性，减少维修和维护费用。
4 基于西门子PLC的组合机床控制系统改造
工厂用于生产的机床种类很多，例如车床、铣床、刨床、磨床等，不同的工序需要在不同的机床上进行。为了减少加工的时间，提高工作效率，将镗、铣、钻、铰等多种工序集中到一台机床，即组合机床。但是组合机床的传统控系统多采用继电器式设计，可靠性很低，电路复杂、故障率高，从而限制了机床的高效运作。
4.1 输入
输入部分由PLC编程控制代替原始继电器电路控制。控制触点不进行更换，编程时，常开触点部分按正规程序编程，不必进行相应变动，常闭触点部分外部控制也沿用常闭触点，只是编程时相应触点取反即可，这样最大限度的利用了原有的控制触点，通过软件编程来实现相应改变，节约了改造投资。
4.2 输出
输出部分用专用输出继电器和触点替换旧种的接触器和触点，其他部分不作变动。
4.3 辅助继电器
对原始继电器控制电路的分析，针对原始控制电路中单触点的串并联电路同时控制多个线圈的部分，可以在编程时添加辅助继电器指令进行控制简化。
4.4 小结
由于组合机床结构复杂，提高了控制电路的复杂程度。采用PLC软件编程控制代替传统继电器电路控制，可以极大的简化机床的硬件控制电路。减小硬件的故障率，提高了机床的可靠性和利用率。
5 总结
由于西门子S7-200系列体积小，可靠性高，因此可以广泛适用于工厂机床改造。由于我国部分地区发展相对落后，很多老式机床仍在沿用继电器―接触器的控制电路，因电路设备老化而引起的机床故障率越来越高。部分地区所采用的组合机床，由于控制电路复杂，存在硬件故障率高的问题。用基于西门子PLC的机床控制电路代替原来的继电器―接触器控制电路，可以将部分硬件设备功能转化成软件实现，这样就极大简化了硬件部分，提高了控制系统的可靠性，加之西门子S7系列PLC优良的性能和完善的功能，使得机床控制系统设计过程更加简便。控制系统的简化极大的降低了机床控制系统的故障率，减少了维护费用，对于我国工厂车间的机床自动化改革具有非常重大的意义。
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