PLC在數(shù)控機床電氣設計中的應用

朱志宇

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的制造業(yè)在國家及世界中的比重在不斷增加，其中精密制造水平在逐年提高。數(shù)控機床作為現(xiàn)今精密制造業(yè)中使用較多的機械設備，其通過PLC在其中的控制與應用，提高了數(shù)控設備的工作效率與工作水平，對于數(shù)控機床有著十分重要的意義。本文將在分析可編程控制器（PLC）工作原理的基礎上對PLC在數(shù)控機床中的應用進行分析闡述。

關鍵詞：PLC；控制；組成

中圖分類號：TM571 文獻標識碼：A

加工制造業(yè)是我國重點發(fā)展的行業(yè)，數(shù)據(jù)機床作為加工制造業(yè)的主要設備，除了需要對基礎各個坐標軸進行連續(xù)的精確定位控制外，還需要對數(shù)控機床主軸的停止/運轉、進給的啟停等的其他的功能進行控制，通過在數(shù)控機床中使用PLC可有效的提高數(shù)控機床的工作效率，做好PLC在數(shù)控機床中的應用是現(xiàn)今乃至今后一段時間數(shù)控機床發(fā)展的重要方向。

1 PLC在數(shù)控機床中的應用

隨著電子及控制技術的不斷發(fā)展，PLC在數(shù)控機床中的應用也越來越廣泛與深入，數(shù)控機床中的PLC控制主要是由輸入部分、邏輯控制部分以及輸出部分等幾大部分組成，其中輸入部分通過對分布在數(shù)控機床的中的各個傳感器采集數(shù)控機床在工作中的各種運行信息，并在內(nèi)部邏輯分析的基礎上對數(shù)控機床的動作做出相應的判斷，并做出相應的輸出反應，輸出信號控制相應的動作機構做出相應的動作。PLC在數(shù)控機床電氣控制方式的優(yōu)劣直接決定了控制系統(tǒng)的成敗，尤其是隨著技術的進步，數(shù)控機床的工作效率與定位精度要求越來越高，為實現(xiàn)數(shù)控機床的高精度加工，應當做好對于數(shù)控機床PLC控制系統(tǒng)性能的選擇，在控制器的選擇上需要根據(jù)預定完成的要求和被控對象本身所具有的特征、控制精度以及系統(tǒng)的運行速度等限制條件來選擇相應的控制系統(tǒng)，并在選擇的過程中充分考慮到性價比等的因素。現(xiàn)今的高精度數(shù)控機床中多采用的是主控單元+伺服控制模塊+電極+光柵尺的控制模式從而實現(xiàn)對于數(shù)控機床各運動軸的閉環(huán)控制，通過采用此種控制模式，數(shù)控機床的軸定位精度以及文件處理能力和人機交互功能以及高速數(shù)據(jù)處理能夠都有了極大的提升，伺服控制模塊以及伺服電機的采用使得運動軸的精確、高度定位得以實現(xiàn)，而光柵尺的使用則為系統(tǒng)提供了高達1μm的精度位置信息，數(shù)控機床中所采用的PLC通過接入機床的各種傳感器并對相應的信號做出處理，并在PLC與主控單元之間建立總線連接，將傳感器采集到的各種信號傳輸?shù)絇LC中通過PLC的邏輯處理并發(fā)送異常信號至主控單元進行報警。

2 數(shù)控機床的PLC控制功能分析

在數(shù)控機床的控制過程中采用的是X、Y、Z軸聯(lián)動的模式，為提高各軸的加工精度采用的是光柵尺實現(xiàn)的全閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)對于軸的精確定位，并通過外擴展模擬量I/O點對高速變頻器進行控制，從而實現(xiàn)對于各軸電機的啟?？刂?，轉速同步控制等的功能，并在各軸的兩側加裝硬限位與軟限位等雙重防撞保護措施實現(xiàn)對于機床的保護。同時對采用機械手換刀的數(shù)控機床可以采用傳感器對刀具的深度與位置進行相應的檢測，并將檢測的信號傳輸?shù)絇LC中。

3 數(shù)控機床的電氣控制組成

數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)由工控機、電源模塊、電機模塊、電機、光柵尺以及各種傳感器模塊、分布式模塊等部分組成，其中工控機主要實現(xiàn)對于文件數(shù)據(jù)的讀取與定位并通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)竭\動控制單元中。PLC實現(xiàn)對于數(shù)控機床中的各種信號的檢測等。數(shù)控機床中采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點如下：相較于繼電器、接觸器控制，PLC控制采用內(nèi)部邏輯處理的方式拋棄了以往繼電器、接觸器的硬接線方式，同時PLC控制靈活性與擴展性也大大增強，功耗小、體積小。同時在控制速度、設計施工以及可靠性方面都有著極大的提升。

3.1 數(shù)控機床PLC控制的PLC選型

PLC分為整體式和模塊式兩種，在使用的過程中，應當根據(jù)數(shù)控機床所需要控制的點的數(shù)目來合理的選擇PLC的類型與型號。在PLC中的I/O點的選取中由于I/O點的價格較高，因此在選擇的過程中應當合理的選用PLC的I/O點數(shù)，在滿足控制需求的前提下選用合理的I/O點的數(shù)量，并保有一定的余量以應對后續(xù)的改裝。

3.2 設計數(shù)控機床的輸入輸出信號地址表

對于數(shù)控機床中的各類輸入輸出信號列制成表，并依次給出相應的地址與名稱，以備軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時使用的一種表。其中根據(jù)輸入點的類型可以分為數(shù)字信號與模擬信號，兩者所占據(jù)的點數(shù)是不同的，在編制信號表時要引起足夠的注意。

3.3 完成對于數(shù)控機床中的PLC控制系統(tǒng)的電氣原理圖的編制

I/O接口圖反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場設備的連接，其中PLC的輸入點主要采用的是共點式的接入方式，所有的輸入點都采用的是一個公共的輸入COM端。

3.4 完成數(shù)控機床PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序的編制

在數(shù)控機床PLC控制系統(tǒng)初始化程序主要用來實現(xiàn)對于數(shù)控機床中的各種信號，如啟停、預停以及各種原始信號，機床啟東前需要具備的各種初始信號，工作方式選擇信號，各種復位信號等，實現(xiàn)機床啟動自檢，并將所處理的結果作為數(shù)控機床啟動、停止、程序轉化的一句，在設計初始化程序時多采用的是經(jīng)驗法的設計方式。完成后根據(jù)數(shù)控機床的工作方式、流程等編制PLC控制梯形圖，實現(xiàn)對于數(shù)控機床的PLC控制。完成PLC的編制后需要對PLC的可靠性進行檢測。

結語

PLC作為一種專業(yè)化的工業(yè)控制裝置，其具有開發(fā)性好、接線簡單、抗干擾能力強等的特點，本文在分析數(shù)控機床PLC電氣控制特點的基礎上對如何做好PLC控制在數(shù)控機床中的應用進行了分析闡述。

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