PLC在锯床电气系统的改造应用

PLC在锯床电气系统的改造应用

自1969年世界上第1台可编程控制器（Programmable Logic Controller PLC）在美国诞生以来，PLC走过了30多年的发展历程，以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、功能强等特点，在工业过程控制及其它控制中得到了广泛的应用。本文探讨一下PLC在大型带锯机床改造中的应用。

标签：PLC；可编程控制器；梯形图；锯床；改造；原理图

1 前言

可编程序控制器，具有工作可靠、编程简单、使用方便、设计和调试周期短等优点，因此在工业过程控制及其它控制中得到了广泛的应用，尤其是在我国当前急需对一大批设备更新改造的形式下，选用PLC技术作为改造的主体方案是非常明智的。

G4250带锯床现在物配中心为各分厂做下料任务。G4250带锯床切削直径大，切削速度快，担负着为各分厂锯切大直径原料的任务，一旦损坏将影响各分厂的原料供应，影响正常生产。由于该机床现已运行多年，采用电气元器件较多且老化严重，机床频繁发生各种故障，现已严重影响生产。应公司要求对该机床进行PLC改造。使其故障率明显降低，更加安全、稳定的运行。

2 可编程序控制器原理、功能

2.1 PLC的组成及工作原理

可编程序控制是一种工业控制计算机，其硬件系统由CPU、存储器、I/O接口、I/O扩展接口和电源等部分组成。

2.1.1 中央处理单元（CPU）

CPU是整个PLC的核心，其主要功能是接收并储存从计算机或编程器输入的用户程序和数据，检测系统的工作状态，执行指令规定的任务。

2.1.2 存储器

PLC的存储器包括系统存储器，用户程序存储器和数据存储器。系统存储器用来存放系统程序，键盘输入处理程序，翻译程序，信息传送程序，监控程序等系统软件。

用户程序存储器是用来存放用户编制是应用程序，用户程序是PLC用户根据现场生产过程及控制要求而编写的控制程序。

数据存储器包括只读数据存储内存和读/写数据内存。读/写数据内存可用来存储PLC程序运行过程中产生各种中间结果。

2.1.3 输入/输出（I/O）接口

I/O接口是PLC与工业现场的输入输出设备之间的连接部件，包括数字I/O 和模拟I/O两种。I/O接口一般都具有光电隔离和滤波部件，其作用是把PLC与外部电路隔离开，以提高PLC的抗干扰能力。

PLC采用扫描工作方式，通过“采集输入量，执行程序，输出控制量”的循环扫描方式实现程序的运行，扫描就是从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号执行指令，直至最后一条指令，然后再从头开始扫描，如此循环。

（1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入状态寄存器中，接着进入程序执行阶段，在程序执行阶段或输出阶段，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器中的内容也不会改变，输入状态的变化要到下一个扫描周期的输入采样阶段才能被读入。

（2）程序执行阶段

在程序执行阶段，PLC对程序按顺序逐行进行扫描并执行，在梯形图中，程序总是按先上后下，先左后右的顺序进行，CPU执行程序时根据输入状态寄存器中的内容按用户编好的程序要求进行运算处理，运算结果存入输出状态寄存器中，在这个阶段CPU与输入输出端的状态无联系。

（3）输出刷新阶段

当程序执行完毕后，输出状态寄存器中的内容转存到输出锁存器输出，驱动外部负载。

由于PLC对输入状态的采样只在输入采样阶段进行，当PLC进行程序执行阶段后输入端的状态变化CPU无法读取，要到下一个扫描周期开始的输入采样阶段才会被CPU读取到，输出端的状态刷新也是同样道理。这样当PLC采用了集中输出的方式时，如果程序较长，则程序运算时间相对较长，导致一个扫描周期就比较长，这样就会影响CPU对输入输出的速度。对于I/O点数少的小型PLC，一般程序也不会太长，影响较小，但对于I/O点数多的大中型PLC，其控制能力强，用户程序也较长，这时为提高系统的响应速度，可以采用定期输入采样，输出刷新或采用中断方式来提高响应速度。

2.2 PLC的主要功能

2.2.1 条件控制

可编程序控制器设置了与（AND）、或（OR）、非（NOT）等逻辑指令，能处理继电器触点的串联、并联、串并联等各种连接。因此，它可以替代继电器进行开关控制。

2.2.2 定时计数控制

可编程序控制器为用户提供了若干定时器/计数器，并设置了定时/计数控制指令。定时器/计数器的设定值可在运行中被读出或修改，使用灵活，操作方便。程序投入运行后PLC将根据用户设定的定时值/计数值对某个操作进行定时/计数控制，以满足生产工艺要求。

2.2.3 步进控制

PLC提供了若干个移位寄存器，可用于步进控制，即在上道工序完成后，再进行下一道工序。目前，有些型号的PLC还专门设置了用于步进控制的步进指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用极为方便。因此，更容易实现步进控制的要求。

2.2.4 D/A、A/D转换

目前大多数PLC均具有D/A、A/D转换功能，以实现对模拟量的控制和调节。

2.2.5 数据处理

2.2.6 通讯联网

目前，PLC采用了通讯技术，可以进行远程的I/O控制，多台PLC之间可以进行同位连接，PLC可以与上位计算机进行连接，接受计算机的指令，并将执行结果通知计算机。PLC在通讯系统中一般采用RS-232或RS-422接口。

2.2.7 监控

PLC配置了较强的监控功能。它能记忆某些异常情况，或在发生异常情况下自动中止运行。在控制系统中，操作人员通过监控命令可以监视有关部分的运行状态。

3 G4250带锯床的PLC改造

3.1 G4250工作动作情况及安全保护

（6）下降按钮只有在未起动前起快进功能。

（7）锯架上升：锯架上升到位和点动锯架上升可选择。

（8）锯切工作时：可选择锯切完后锯架是上升还是在下不动，若需上升锯架延时1S再上升。

（9）保护停车工作时，锯架会上升0.1S再停，以免卡齿。

（10）在锯切工作时，除急停和上升按钮外，其他操作均失效。

（11）夹紧与张开互锁。

（12）微动动作仅在钳中夹紧再松开时体现0.1S。

3.2 电气原理图

改造后此机床共用4台电动机：输料电动机1.1KW、主电动机5.5KW、液压电动机1.5KW、冷却电动机0.12KW；控制回路电压采用110V，照明采用12V 安全电压。

3.4 PLC的选择

3.5 PLC梯形图

编制PLC程序，该PLC可在编程时使用母线控制指令，采用新的设计思路，可缩短编程时间，使程序容易理解，程序每部分清晰、明了，在调试时能很快的发现不正确的动作状态，便于修正程序。

4 结论

用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造G4250带锯床电气系统后，使线路简化，使联锁保护功能更加完善。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，提高了工作效率，而且还给以后维修时准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。