PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

梁雪玲 張墨詩

（1.大連三壘機(jī)器股份有限公司 ； 2.大連德邁仕精密軸有限公司，遼寧省 大連市 116052）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的加工精度要求越來越高，更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)軍民機(jī)械制造工業(yè)現(xiàn)代化至關(guān)重要的加工設(shè)備，并早已成為機(jī)床市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。而作為數(shù)控機(jī)床“大腦”的數(shù)控系統(tǒng)，既是決定數(shù)控機(jī)床性能和可靠性的關(guān)鍵因素，也是數(shù)控機(jī)床成本的主要組成部分。

一、數(shù)控機(jī)床與PLC的概述

（一）數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其它符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用計(jì)算機(jī)數(shù)字代碼表示，最終經(jīng)由信息載體輸入相應(yīng)的數(shù)控設(shè)備。數(shù)控機(jī)床由輸入輸出設(shè)備、CNC單元、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測(cè)量裝置組成。

（二）PLC的技術(shù)特點(diǎn)

PLC是可編程控制器的簡(jiǎn)稱，它是一種可編程的存儲(chǔ)器，常用于內(nèi)部程序的存儲(chǔ)，執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)、算術(shù)操作等面向用戶的指令，通過數(shù)字或模擬式的輸入/輸出控制各類生產(chǎn)過程。與傳統(tǒng)的控制方法相比，有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

1.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造;

2.可靠性高，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，具有很強(qiáng)的抗干擾能力;

3.適用性好，對(duì)于同一臺(tái) PLC控制器，只要改變其中軟件，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的控制要求;

4.PLC體積小巧，重量較輕，能耗較低，例如對(duì)于新型超小PLC，其底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。

（三）PLC的工作原理

PLC的工作過程分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

1.輸入采樣階段

PLC首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，此時(shí)輸入影響寄存器與外界隔離，無論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。

2.程序執(zhí)行階段

根據(jù)PLC梯形圖程序“先左后右，先上后下”掃描原則進(jìn)行逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。

3.輸出刷新階段

在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

二、PLC的信息交換

PLC數(shù)據(jù)傳輸由以下三部分來完成，（1）PLC、（2）CNC（數(shù)控系統(tǒng)）、（3）MT（機(jī)床），三者之間通過適當(dāng)?shù)慕涌谶M(jìn)行數(shù)據(jù)連接和傳輸。其接口包括以下 4個(gè)組成成分，（1）是機(jī)床至 PLC的接口、（2）PLC至機(jī)床的接口、（3）CNC至PLC的接口、（4）PLC至CNC的接口。

（一）機(jī)床至PLC：機(jī)床的相關(guān)定義信號(hào)通過連接的Ⅰ/O端子板輸入到PLC，這部分程序，大多數(shù)可以由程序設(shè)計(jì)者依照自己的需求進(jìn)行自定義使用，但也有少部分程序已由廠家定義，不能更改。

（二）PLC至機(jī)床：在這一過程中，使用者或者程序編程者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行定義信號(hào)的含義，以此控制開關(guān)量所有輸出信號(hào)。PLC控制機(jī)床的信號(hào)通過PLC的輸出接口傳送信號(hào)到機(jī)床。

（三）CNC至PLC：這部分信息傳送可以通過CNC直接發(fā)送到PLC寄存器中。這部分信號(hào)和地址均已由生產(chǎn)方確定，不可以進(jìn)行自由改動(dòng)和增刪。M、S、T指令是指在加工程序中的三個(gè)控制指令。這三個(gè)指令通過有序的邏輯處理后，形成譯碼，完成指令的傳輸。譯碼之后送入PLC相應(yīng)的寄存器中，從而使機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)并加工零件。

（四）PLC至CNC：PLC內(nèi)部設(shè)置有信號(hào)寄存器。當(dāng)開關(guān)量信號(hào)輸出指令信號(hào)時(shí)，該寄存器便能接收到，最終全部信號(hào)經(jīng)PLC整合，發(fā)送到CNC中。同樣需要說明的是這部分信號(hào)地址與含義已固定，由生產(chǎn)方確定，不可以改動(dòng)和增刪。

三、PLC在數(shù)控機(jī)床中的工作流程

（一）輸入處理：PLC將外部接收到的指令或數(shù)據(jù)有序的讀取，整合后將信號(hào)輸入到電路的Ⅰ/O。信號(hào)存儲(chǔ)在Ⅰ/O映象區(qū)中相應(yīng)的位置，完成信號(hào)（數(shù)據(jù)）接收的前期工作

（二）程序執(zhí)行：在此階段中，用戶可以通過之前編排的若干條具體數(shù)據(jù)指令控制PLC。PLC按照固有的信號(hào)讀取程序，從頭到尾依次讀取。

在PLC沒有開始下達(dá)跳轉(zhuǎn)的指令時(shí)，指令完全在存儲(chǔ)器中將會(huì)按照一定的順序排成，從第一條開始，按照順序執(zhí)行已有的數(shù)據(jù)程序，直到用戶程序結(jié)束。然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，進(jìn)入到下一個(gè)數(shù)據(jù)的輸出處理階段。

（三）輸出處理：在數(shù)據(jù)完成輸入和執(zhí)行過程后，PLC將進(jìn)入進(jìn)入輸出刷新階段。

四、PLC在數(shù)控機(jī)床中的控制功能

（一）對(duì)機(jī)床中控制面板的操作：運(yùn)行過程中，操作面板將控制著信號(hào)發(fā)出，PLC接到信號(hào)后，隨即數(shù)控系統(tǒng)便對(duì)機(jī)床面板進(jìn)行控制。

（二）對(duì)機(jī)床的外部開關(guān)輸入信號(hào)的操作：運(yùn)行中，機(jī)床側(cè)面開關(guān)將信號(hào)輸出后，PLC接收到信號(hào)指令，系統(tǒng)就會(huì)按順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后輸出信號(hào)，便能夠精準(zhǔn)的控制。

（三）輸出信號(hào)控制：PLC輸出信號(hào)主要經(jīng)過電路中的繼電器、接觸器電磁閥。輸出信號(hào)控制刀庫、機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，完成PLC的信號(hào)輸出過程。

（四）伺服控制：通過控制主軸和伺服驅(qū)動(dòng)等一系列信號(hào)驅(qū)動(dòng)裝置，以此滿足伺服驅(qū)動(dòng)過程。

（五）側(cè)信號(hào)：伺服驅(qū)動(dòng)裝置信號(hào)及強(qiáng)電柜信號(hào)，對(duì)出現(xiàn)問題的部分，給予相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)志，同時(shí)給出相應(yīng)的報(bào)警文本。

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，刺激了加工工業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)是加工工業(yè)中的主流技術(shù)。而伴隨著PLC控制功能的不斷改進(jìn)和完善，將有助于數(shù)控機(jī)床的加工精度的提高，加工速度的提高，有利于提高我國加工制造業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力。

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