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摘 要：在冲床控制中应用PLC具有十分重要的作用，本文指出了在冲床采用PLC实施控制过程中的一些关键的技术问题，并且有针对性地提出了有效的解决对策，从而能够成功地控制JH23-40型冲床。
关键词：冲床；电路图；PLC
作为最主要的锻压设备，冲床在我国的工业生产中得到了非常广泛的应用。相关的统计表明，我国大约具有50万台左右的各类冲床，这些冲床大部分都选择了继电器—接触器控制方式。采用这种传统的控制方式虽然具有容易掌握、较强的抗干扰性能、价格便宜以及结构简单的特点，但是具有较少的功能、缓慢的动作速度以及较大的体积等缺陷，尤其是其依托硬线逻辑构成的系统具有较差的灵活性、通用性以及复杂的接线。因此，有必要对冲床的控制进行改造。PLC具有较短的设计和施工投产调试周期、方便维护、体积小、可靠性高以及较强的抗电磁、电源波动、振动、湿度以及温度干扰能力，同时还具有通用性强以及编程简单的特点，因此在改造冲床的时候比较适合使用。
1. 冲床PLC控制中的若干关键技术问题
首先是确定冲床工作对控制系统的要求，不管是面对任何装置的控制，都必须要先将其控制任务确定下来，因此必须要完全掌握冲床的对控制系统全部功能的要求与冲床所完成的工艺流程，只有这样才能够确保完成的PLC控制方案使预期的要求得到充分的满足。
其次是确定 PLC输入点以及输入点的最小化。由于冲床的控制系统数量一般都包括非常多的开关量，比如动合触点热继电器的动断、气压继电器、脚踏开关、行程开关以及各种按钮等。如果从这一层面来说，采用PLC很适合控制冲床。在冲床控制选择PLC的时候，在将输入点数的数量确定下来之后，如何能够使PLC输入点得以尽可能的减少，从而对成本进行控制，这是在工业实际中是否能够应用PLC的非常关键的一项因素[1]。还有就是对PLC的输出负载和输出方式进行合理的选择。通常来讲，PLC的输出端能够对冲床电路的负载进行直接的驱动，但是要想将PLC的输出方式实际的确定下来，首先必须要将PLC的输出负载确定下来，这是由于PLC的输出方式主要取决于负载的类型。
最后是简单可靠的控制方案。以可靠性理论为依据，我们可以发现一个系统所使用元器件本身的连接方式数量以及可靠性在很大程度上决定了这个系统的可靠性，一般来说，一个系统就越多的元器件数量，其就具有越差的可靠性。尤其是在PLC中，由于PLC在对控制程序进行执行的时候是以梯形图的方式对每个逻辑行自上而下的逐行扫描，自上而下的对每一个逻辑行内的并联到物理行进行处理，然后再从左到右的对串联的物理行进行处理，其循環扫描的返回标志就是END指令，程序随后又开始重新重击逻辑行进行执行，PLC的显著特点之一就是这种循环扫描程序结构。总之，必须要对用户的程序进行尽量的精简，这样就能够将扫描过程中出现的时间滞后的问题很好的解决掉，从而使控制系统的正常工作得到保证[2]。
2. 解决上述问题的有效途径
2.1充分的了解冲床原有控制电路的工作原理
继电器—接触器控制电路在工厂中的冲床中往往都经过了生产厂家不断的改善以及生产实践的长期考验，因此现在继电器—接触器控制电路往往能够使大部分的冲床控制系统要求得到满足。与此同时，与继电器—接触器方式比较起来，PLC控制时的梯形图存在着较大的相似性，所以要想将冲床对PLC控制系统的要求明确下来。首先必须要将继电器—接触器控制电路的原理明确下来，这样就能够极大的提升PLC控制方案成功的几率。
2.2采取有效措施对PLC输入点数量进行控制并以冲床电路输出负载的PLC输出方式为根据确定所需电源的类型
以单台无送料机构的冲床作为例子，现某台单台无送料机构的冲床的控制电路可以将冲床必须完成的基本动作完成需要高达17个的输入点，如果该冲床需要对其他的控制功能进行添加，比如电动机要自动调节冲床封闭高度就要进行正、反转运动，需要将两个行程开关设置在装模高度上、下限位，制动器与离合器摩擦材料磨损需要两个开关，要想实现液压过载保护又需要至少一个开关，这样就需要添加至少7个输入量。因此我们发现，通常动作控制并不具备太复杂的程序，但是其却具有过多的输入量。为了能够有效的减少冲床PLC控制的输入点，可以在PLC的输入外部仍然保留电路中的串并、联方式，这样在PLC中串联支路仅仅只是占用了一个输入点，而在PLC中完整独立的并联支路仅占用一个输入点[3]。输出方面，现在绝大多数冲床都选择采用交流电的电动机接触器线圈，而其他的构件大部分也都采用交流电的方式。所以在改造继电器—接触器电路的时候要选择继电器输出，采用这种方式PLC的输出口就能够对上述的负载进行直接的驱动，而且其具有更低的价格以及更为简单的控制电路。总之，在对PLC的输出方式进行选择的时候必须要严格的以PLC输出所驱动负载中的绝大多数所需电源的类型作为依据。
2.3有机的结合新旧两种控制方式
有机地结合新旧两种控制方式能够使控制变得更加的可靠和简单，所以原有的继电器—接触器电路控制方式还是可以运用在冲床电动机控制中，而不必选择使用PLC控制方式。在将空气阀控用最后一级辅助继电器去掉之后，仍然采用万能开关或主令开关方式作为操作规范选择开关，这样就能够使控制方案变得简单可靠。
3. 提高系统的抗干扰能力
3.1从硬件设计方面提高系统的抗干扰能力
3.1.1 PLC控制系统的安装和使用环境
PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的可靠性。在环境温度、环境湿度、腐蚀性污染严重等方面，都需对PLC进行相应的防护措施。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的可靠性也会降低，所以应采取一些的减振措施。 3.1.2 PLC的电源与接地
PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接专用地线，并且接地点要与其它设备分开。若达不到这种要求，也可采用公共接地方式。但是禁止采用串联接地方式，因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，接地点应尽可能靠近PLC。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。
3.1.3 PLC的输入、输出设备
输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入为例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可靠。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的可靠性。在设计电路时，应尽量选用可靠性高的元器件。对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直流负载。此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，如果超过了规定的最大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。
3.2从软件设计方面提高系统的抗干扰能力
硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰完全拒之门外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来提高系统的抗干扰能力。
3.2.1利用"看门狗"方法对系统的运动状态进行监控
PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在设计应用程序时，可以利用"看门狗"方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用PLC控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作"看门狗"用，对运动部件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的最大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动"看门狗"定时器。若运动部件在规定时间内达到指定位置，发出一个动作完成信号，使定時器清零，说明监控对象工作正常；否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。
3.2.2 消抖
在振动环境中，行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号，一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用PLC内部计时器经过一定时间的延时，得到消除抖动后的可靠有效信号，从而达到抗干扰的目的。
3.2.3 用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比
为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。
4. 结语
由于不过关的低电压电器质量，导致我国很多继电器—接触器控制方式具有较高的故障率，而且还需要较高的维护费用和较多的维护人员。PLC具有较短的设计、施工投产调试周期、方便维护、体积小、可靠性高、较强的抗电磁、电源波动、振动、湿度以及温度干扰能力、通用性强以及编程简单的特点，因此现在PLC在冲床改造中得到了广泛的应用。本文分析并介绍了PLC在冲床控制中必须要解决的几个关键性技术问题，并且提出了有效的解决对策，希望能够有效的促进冲床工作水平的不断提升。
参考文献
[1] 陈远龙，占化斌，万胜美. 电解加工机床PLC控制系统的抗干扰技术研究[J]. 组合机床与自动化加工技术. 2011（11）
[2] 周杰，罗艳，王珣，王辉，李洋，陶亚平. 基于响应面的封头冲压成形工艺多目标优化[J]. 吉林大学学报（工学版）.
[3] 龙安，吴青松，祝洪川，雷泽红. 基于Autoform的汽车用钢抗凹性模拟研究[J]. 热加工工艺. 2014（20）
关键词：冲床；电路图；PLC
作为最主要的锻压设备，冲床在我国的工业生产中得到了非常广泛的应用。相关的统计表明，我国大约具有50万台左右的各类冲床，这些冲床大部分都选择了继电器—接触器控制方式。采用这种传统的控制方式虽然具有容易掌握、较强的抗干扰性能、价格便宜以及结构简单的特点，但是具有较少的功能、缓慢的动作速度以及较大的体积等缺陷，尤其是其依托硬线逻辑构成的系统具有较差的灵活性、通用性以及复杂的接线。因此，有必要对冲床的控制进行改造。PLC具有较短的设计和施工投产调试周期、方便维护、体积小、可靠性高以及较强的抗电磁、电源波动、振动、湿度以及温度干扰能力，同时还具有通用性强以及编程简单的特点，因此在改造冲床的时候比较适合使用。
1. 冲床PLC控制中的若干关键技术问题
首先是确定冲床工作对控制系统的要求，不管是面对任何装置的控制，都必须要先将其控制任务确定下来，因此必须要完全掌握冲床的对控制系统全部功能的要求与冲床所完成的工艺流程，只有这样才能够确保完成的PLC控制方案使预期的要求得到充分的满足。
其次是确定 PLC输入点以及输入点的最小化。由于冲床的控制系统数量一般都包括非常多的开关量，比如动合触点热继电器的动断、气压继电器、脚踏开关、行程开关以及各种按钮等。如果从这一层面来说，采用PLC很适合控制冲床。在冲床控制选择PLC的时候，在将输入点数的数量确定下来之后，如何能够使PLC输入点得以尽可能的减少，从而对成本进行控制，这是在工业实际中是否能够应用PLC的非常关键的一项因素[1]。还有就是对PLC的输出负载和输出方式进行合理的选择。通常来讲，PLC的输出端能够对冲床电路的负载进行直接的驱动，但是要想将PLC的输出方式实际的确定下来，首先必须要将PLC的输出负载确定下来，这是由于PLC的输出方式主要取决于负载的类型。
最后是简单可靠的控制方案。以可靠性理论为依据，我们可以发现一个系统所使用元器件本身的连接方式数量以及可靠性在很大程度上决定了这个系统的可靠性，一般来说，一个系统就越多的元器件数量，其就具有越差的可靠性。尤其是在PLC中，由于PLC在对控制程序进行执行的时候是以梯形图的方式对每个逻辑行自上而下的逐行扫描，自上而下的对每一个逻辑行内的并联到物理行进行处理，然后再从左到右的对串联的物理行进行处理，其循環扫描的返回标志就是END指令，程序随后又开始重新重击逻辑行进行执行，PLC的显著特点之一就是这种循环扫描程序结构。总之，必须要对用户的程序进行尽量的精简，这样就能够将扫描过程中出现的时间滞后的问题很好的解决掉，从而使控制系统的正常工作得到保证[2]。
2. 解决上述问题的有效途径
2.1充分的了解冲床原有控制电路的工作原理
继电器—接触器控制电路在工厂中的冲床中往往都经过了生产厂家不断的改善以及生产实践的长期考验，因此现在继电器—接触器控制电路往往能够使大部分的冲床控制系统要求得到满足。与此同时，与继电器—接触器方式比较起来，PLC控制时的梯形图存在着较大的相似性，所以要想将冲床对PLC控制系统的要求明确下来。首先必须要将继电器—接触器控制电路的原理明确下来，这样就能够极大的提升PLC控制方案成功的几率。
2.2采取有效措施对PLC输入点数量进行控制并以冲床电路输出负载的PLC输出方式为根据确定所需电源的类型
以单台无送料机构的冲床作为例子，现某台单台无送料机构的冲床的控制电路可以将冲床必须完成的基本动作完成需要高达17个的输入点，如果该冲床需要对其他的控制功能进行添加，比如电动机要自动调节冲床封闭高度就要进行正、反转运动，需要将两个行程开关设置在装模高度上、下限位，制动器与离合器摩擦材料磨损需要两个开关，要想实现液压过载保护又需要至少一个开关，这样就需要添加至少7个输入量。因此我们发现，通常动作控制并不具备太复杂的程序，但是其却具有过多的输入量。为了能够有效的减少冲床PLC控制的输入点，可以在PLC的输入外部仍然保留电路中的串并、联方式，这样在PLC中串联支路仅仅只是占用了一个输入点，而在PLC中完整独立的并联支路仅占用一个输入点[3]。输出方面，现在绝大多数冲床都选择采用交流电的电动机接触器线圈，而其他的构件大部分也都采用交流电的方式。所以在改造继电器—接触器电路的时候要选择继电器输出，采用这种方式PLC的输出口就能够对上述的负载进行直接的驱动，而且其具有更低的价格以及更为简单的控制电路。总之，在对PLC的输出方式进行选择的时候必须要严格的以PLC输出所驱动负载中的绝大多数所需电源的类型作为依据。
2.3有机的结合新旧两种控制方式
有机地结合新旧两种控制方式能够使控制变得更加的可靠和简单，所以原有的继电器—接触器电路控制方式还是可以运用在冲床电动机控制中，而不必选择使用PLC控制方式。在将空气阀控用最后一级辅助继电器去掉之后，仍然采用万能开关或主令开关方式作为操作规范选择开关，这样就能够使控制方案变得简单可靠。
3. 提高系统的抗干扰能力
3.1从硬件设计方面提高系统的抗干扰能力
3.1.1 PLC控制系统的安装和使用环境
PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的可靠性。在环境温度、环境湿度、腐蚀性污染严重等方面，都需对PLC进行相应的防护措施。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的可靠性也会降低，所以应采取一些的减振措施。 3.1.2 PLC的电源与接地
PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接专用地线，并且接地点要与其它设备分开。若达不到这种要求，也可采用公共接地方式。但是禁止采用串联接地方式，因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，接地点应尽可能靠近PLC。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。
3.1.3 PLC的输入、输出设备
输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入为例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可靠。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的可靠性。在设计电路时，应尽量选用可靠性高的元器件。对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直流负载。此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，如果超过了规定的最大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。
3.2从软件设计方面提高系统的抗干扰能力
硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰完全拒之门外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来提高系统的抗干扰能力。
3.2.1利用"看门狗"方法对系统的运动状态进行监控
PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在设计应用程序时，可以利用"看门狗"方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用PLC控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作"看门狗"用，对运动部件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的最大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动"看门狗"定时器。若运动部件在规定时间内达到指定位置，发出一个动作完成信号，使定時器清零，说明监控对象工作正常；否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。
3.2.2 消抖
在振动环境中，行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号，一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用PLC内部计时器经过一定时间的延时，得到消除抖动后的可靠有效信号，从而达到抗干扰的目的。
3.2.3 用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比
为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。
4. 结语
由于不过关的低电压电器质量，导致我国很多继电器—接触器控制方式具有较高的故障率，而且还需要较高的维护费用和较多的维护人员。PLC具有较短的设计、施工投产调试周期、方便维护、体积小、可靠性高、较强的抗电磁、电源波动、振动、湿度以及温度干扰能力、通用性强以及编程简单的特点，因此现在PLC在冲床改造中得到了广泛的应用。本文分析并介绍了PLC在冲床控制中必须要解决的几个关键性技术问题，并且提出了有效的解决对策，希望能够有效的促进冲床工作水平的不断提升。
参考文献
[1] 陈远龙，占化斌，万胜美. 电解加工机床PLC控制系统的抗干扰技术研究[J]. 组合机床与自动化加工技术. 2011（11）
[2] 周杰，罗艳，王珣，王辉，李洋，陶亚平. 基于响应面的封头冲压成形工艺多目标优化[J]. 吉林大学学报（工学版）.
[3] 龙安，吴青松，祝洪川，雷泽红. 基于Autoform的汽车用钢抗凹性模拟研究[J]. 热加工工艺. 2014（20）