數(shù)控機床PLC功能及研究

李剛 王智勇

[摘要]?現(xiàn)代制造業(yè)以自動化、集成化和柔性為發(fā)展目標，以數(shù)控技術(shù)為實現(xiàn)基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)也是提高勞動生產(chǎn)率、提升產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的技術(shù)手段。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床PLC功能已經(jīng)成為現(xiàn)代機床其不可或缺的功能。目前國內(nèi)數(shù)控機床PLC功能與國外同類產(chǎn)成品還存在一定的差距，迫切需要將數(shù)控機床PLC功能進一步完善。

[關(guān)鍵詞]?數(shù)控技術(shù)?PLC

1.PLC在數(shù)控系統(tǒng)上的應用

可編程邏輯控制器（PLC）的特點

現(xiàn)代的PLC技術(shù)應用更加成熟其特點如下：①可靠性高，抗干擾能力強;②通用性強，控制程序可變，使用方便;③功能強，適應面廣;③編程簡單，容易掌握;④減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量;⑤體積小、重量輕、功耗低、維護方便。

2.PLC在數(shù)控系統(tǒng)上的應用

數(shù)控機床上PLC的類型

目前PLC已經(jīng)成為數(shù)控機床基本的不可缺少的控制裝置。數(shù)控機床的PLC大致可以分為兩種類型。一是獨立型PLC：一般由PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn);另一種是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家專門為數(shù)控機床順序控制而設(shè)計，與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計成一體的內(nèi)裝型PLC。

（1）獨立型PLC。獨立型PLC又稱通用型PLC。這種PLC具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定的控制任務(wù)。數(shù)控機床應用的獨立型PLC，一般采用中型或大型PLC，I/O點數(shù)一般在200點以上，所以多采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)，具有安裝方便，功能易于擴展和變換等優(yōu)點。

（2）內(nèi)裝型PLC，內(nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置，具有以下特點：內(nèi)裝型PLC實際上是CNC裝置帶有PLC功能，存在于CNC系統(tǒng)的內(nèi)部，不能脫離數(shù)控系統(tǒng)，單獨完成控制要求。內(nèi)裝型PLC的性能指標（如I/O點數(shù)、程序最大執(zhí)行步數(shù)、每步執(zhí)行時間、程序掃描時間、功能指令數(shù)目等）由所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機床的類型等確定。硬件和軟件部分作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附加功能與CNC系統(tǒng)一起統(tǒng)一設(shè)計制造的。內(nèi)裝型PLC適用于單臺數(shù)控機床及加工中心等場合。

3.數(shù)控機床PLC上位機軟件設(shè)計

數(shù)控系統(tǒng)PLC功能按實現(xiàn)的運行環(huán)境可以分為上位機和下位機兩部分。本文的上位機運行環(huán)境為PC機，下位機運行環(huán)境則為數(shù)控系統(tǒng)端編程軟件實現(xiàn)的Linux環(huán)境。其中上位機的PLC軟件，具有開放性好，擴展能力強等優(yōu)點，是PLC技術(shù)發(fā)展的一個趨勢。

（1）軟件PLC的系統(tǒng)構(gòu)架和編程環(huán)境。程序的主框架設(shè)計是軟件PLC的基礎(chǔ)，好的主框架是軟件PLC功能完美實現(xiàn)的基礎(chǔ)。上位機的PLC軟件應該包括的基本功能有：梯形圖的顯示、編輯、梯形圖的語法檢查、梯形圖的編譯、PLC的實時通信、將生成的目標代碼傳送到相應的運行平臺。如圖3.1所示，虛線框內(nèi)的部分在Visual?C++6.0這個開發(fā)平臺上實現(xiàn)。除此之外，基本的打開、保存、新建等基本編輯功能也是軟件PLC應該實現(xiàn)的功能。

圖3.1?軟件PLC系統(tǒng)構(gòu)架

（2）?PLC編譯功能的實現(xiàn)。IEC?61131-3是PLC程序的國際標準，此編程標準包括5種PLC編程語言：梯形圖、功能塊圖，順序功能圖，結(jié)構(gòu)文本和指令表。其中梯形圖和指令表最為簡單易用，應用的范圍最為廣泛。指令語言是利用助記符的形式來表示程序的編程語言，雖然沒有梯形圖直觀，但是比較容易轉(zhuǎn)化為計算機能夠識別的機器語言。

4.下位機界面和基本功能的實現(xiàn)

通常將數(shù)控系統(tǒng)的界面部分稱之為上位機，數(shù)控系統(tǒng)的底層運動控制部分為下位機。為解決數(shù)控系統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)，因此選用了Linux操作系統(tǒng)作為數(shù)控系統(tǒng)程序的開發(fā)環(huán)境。

可編程順序邏輯控制器（PMC）功能是對數(shù)控機床進行順序控制，以CNC內(nèi)部和機床各行程開關(guān)、繼電器、傳感器、按鈕等的開關(guān)量信號狀態(tài)為條件，按照事先規(guī)定好的梯形圖或指令語言的邏輯順序?qū)Φ毒叩母鼡Q、主軸換向與啟停，工件的松開與夾緊，潤滑、冷卻、液壓等系統(tǒng)運行的控制。

數(shù)控系統(tǒng)PMC梯形圖的單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應該與上位機的保持一致;為便于梯形圖在數(shù)控系統(tǒng)端的修改，下位機PMC應該具有元件編輯功能，同時要與上位機的梯形圖編程軟件的編輯功能實現(xiàn)形式上相一致。

指令譯碼功能是PMC必須具備的功能。梯形圖轉(zhuǎn)化成指令語言與前面上位機轉(zhuǎn)化的過程一致。點擊指令按鈕，系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)部語句生成指令語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。并在這個過程中對梯形圖檢錯，若有錯誤的話，轉(zhuǎn)化過程終止，提示錯誤的行和錯誤類型，便于用戶修改程序。

5.結(jié)論

數(shù)控機床的PLC功能是中高檔數(shù)控機床發(fā)展的一個必然趨勢。本文對數(shù)控系統(tǒng)的PLC功能的實現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)進行的深入的研究與探討。在PC機端開發(fā)PLC應用軟件，提出了界面的開發(fā)流程和梯形圖和指令語言之間相互轉(zhuǎn)化的方法。

參考文獻

[1]孫鑫，余安萍，VC++深入詳解，北京：電子工業(yè)出版社，2009

[2]何景瓷，許建平.PLC控制程序的模塊化設(shè)計機床電器，2004（5）32-33