基于PLC機電一體化技術在數(shù)控機床中的應用探討

童群

（慈興集團有限公司，浙江 慈溪 315300）

機電一體化是當前科技發(fā)展的重大突破，隨著集成電路的產(chǎn)生，并由于信息技術的飛速發(fā)展，使得機械技術與電子技術得到了有效的融合，從而產(chǎn)生了機電一體化技術。數(shù)控機床是機電一體化的代表性產(chǎn)品之一，在推進制造業(yè)發(fā)展中有著重要意義，同時，機電一體化在數(shù)控機床中的使用，對于我國現(xiàn)代化的建設也起到了舉足輕重的作用。PLC即可編程邏輯控制器，是一種特地為工業(yè)生產(chǎn)自動化設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，其核心是以編程的程序處理器，通過內部的存儲記憶展開邏輯運算、順序控制、定時等指令，把PLC機電一體化應用在數(shù)控機床里。在實際工作中，工作人員通過數(shù)字設備的輸入輸出就能控制生產(chǎn)過程，大大提高了數(shù)控機床的智能化能力，推進了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

1 數(shù)控機床與 PLC 的概述

1.1 數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。這種控制系統(tǒng)能夠有效的處理具有控制編碼或者其他符號、指令的程序，通過把指令進行譯碼，使用計算機數(shù)字代碼來顯示，最后通過信息載體輸入對應的數(shù)控設備。數(shù)控機床由輸入輸出設備、CNC單元、伺服單元、驅動裝置、可編程控制器PLC和電器控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置構成。

1.2 PLC性能概述

（1）編程簡單。PLC是一種基礎的計算機編程方式，它的指令簡單，非常易于掌握，梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制圖相似。PLC的輸入和輸出口能直接和繼電器、接觸器等相連，使用方便。且PLC的編程方法簡單，對操作人員的文化水平要求不高，可以在短期內學會，使得PLC的可操作性大大提高。

（2）通用性強。PLC擁有較強的兼容性，在實際使用時，對同一臺PLC只需要改變軟件就可以對其他系統(tǒng)進行操作。同時，PLC系列的產(chǎn)品較多，可以通過互相組合來對不同系統(tǒng)進行控制。較高的兼容性使得它能滿足不同的控制要求。

（3）體積小、重量輕、功能強，具有較高的性價比。PLC不但設備體積較小、重量較輕，而且擁有緊密的結構和堅固的外形，功能實用且強大，擁有非常高的使用性價比。并且在數(shù)控設備的安裝過程中很容易裝入，是機電一體化中最實用的控制設備。

（4）PLC具有較高的可靠性，抗干擾能力強。由于PLC的設計是特別為工業(yè)控制設計的專用計算機，所以它對環(huán)境有較強的適應性，且抗干擾能力強大。同時，在工作設計上也十分人性化，它可以根據(jù)硬件的支持去執(zhí)行軟件的全過程。PLC在周期性的循環(huán)掃描工作中，掃描的順序可以通過用戶的指令而改變，也可以根據(jù)自由的順序進行。

2 PLC在數(shù)控機床中的作用

（1）機床操作面板控制。PLC在對數(shù)控系統(tǒng)進行控制時，主要是把操作面板上的信號傳輸給接口信號區(qū)。主要有3個功能：S功能，通過控制主軸轉速使用二位代碼或者四位代碼進行替換；T功能，通過系統(tǒng)對機床刀庫進行管理，實現(xiàn)工具的自動變換使用；M功能，即輔助功能。

（2）輸入信號控制。PLC通過打開、關閉輸入信號，傳輸給相應的控制對象，從而實現(xiàn)開關的控制作用。

（3）對各種電工元件進行控制。PLC能通過信號輸出，對各種操作裝置進行控制。

（4）伺服控制。在機電設備中，可以通過對計算機加載驅動裝置，來伺服控制各種電動機。

（5）報警處理控制。PLC可以通過對機床產(chǎn)生的故障信號進行準確地收集，在收到報警數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生報警信號，使工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。

3 機械設計中PLC機電一體化技術的使用

機械技術是工業(yè)大機器生產(chǎn)的基礎，PLC機電一體化技術的使用建立在機械技術的前提上，是對機械技術的智能化擴展和增強。在機械設計中，PLC機電一體化能夠在防護裝置、自動排屑裝置、傳動裝置等方面使用。例如，在防護裝置上，目前的數(shù)控機床一般把開放式的作業(yè)方式改為全封閉或者半封閉式，使得人工操作的干擾對PLC機電一體化的影響達到最小化，不需要操作人員隨時掌握加工情況，且封閉的環(huán)境對生產(chǎn)沒有不利影響，同時還減少了切削金屬屑造成的破壞，使安全性得到了大大的提升；自動排屑主要經(jīng)過內置機械器件進行，在數(shù)控機床工作時，切削殘留的金屬屑會對作業(yè)產(chǎn)生干擾，嚴重時甚至會減少鎖刀等工具的使用壽命。在PLC機電一體化技術的基礎下，在加工時，內置的機械器件能對金屬屑進行自動收集，并集中處理，防止了破壞的產(chǎn)生；數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)分為主傳動和進給傳動兩種模式，在傳統(tǒng)方式下，兩種模式需要同時啟動，但是在PLC機電一體化的基礎下，兩者能夠進行分離。可以在PLC系統(tǒng)中設定默認的控制程序，對主傳動和進給傳動進行分離控制，并且連接單獨的伺服電機，大大提升了控制能力，使得系統(tǒng)能夠進行多軸聯(lián)動或者單軸聯(lián)動，從而提升系統(tǒng)的工作效率。

4 執(zhí)行與驅動技術中PLC機電一體化技術的使用

執(zhí)行與驅動技術是數(shù)控機床各項工作進行具體執(zhí)行的重中之重，也是PLC機電一體化技術在數(shù)控機床中使用的重點之一。伺服驅動技術面對的主要使用對象是執(zhí)行原件和它的驅動裝置，在全部的數(shù)控機床中，數(shù)控裝置和執(zhí)行設備一定是相連的，通信連接也具有很高的可靠性，使得全部的輸入指令得到了快速的響應與執(zhí)行。并且執(zhí)行原件還能通過機械接口與執(zhí)行機構展開連接，它們的相連能夠使各種控制和調整指令得到準確有效地執(zhí)行。在執(zhí)行與驅動系統(tǒng)中使用PLC機電一體化技術，它的作用原理和控制環(huán)節(jié)具有一致性，操作人員的指令是改變數(shù)控機床使用的關鍵，PLC機電一體化技術能夠精簡全部過程。同時，還能確保改變的準確性。只要各種指令和單片機的儲存記憶相同，那么改變就能有效進行，從而杜絕了傳統(tǒng)機床中人為操作的失誤。

5 自動控制系統(tǒng)中PLC機電一體化技術的使用

自動控制技術是PLC機電一體化技術的關鍵，它的作用是對單片機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)和執(zhí)行構件進行支持。雖然不同數(shù)控機床在設計的細節(jié)上有所不同，但是在總的原理上還是相同，所以能夠將PLC機電一體化技術集成到設備中去，使其在數(shù)控機床系統(tǒng)中得到使用。在具體使用時，機床的使用參數(shù)往往都需要隨時調整，操作人員通過輸入系統(tǒng)的調整指令，使通信系統(tǒng)把相關指令快速傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機再通過在默認存儲器中匹配與指令相對應的部分，確定指令準確后，把變更的參數(shù)指令傳輸給執(zhí)行構件，從而完成參數(shù)的改變，并通過輸出系統(tǒng)把改變的最后結果傳遞給操作人員，全部過程都是半無人化，且基本上小于5s。

在PLC機電一體化的技術支持下，使數(shù)控機床能夠進行半自動化運行，具有較高精度的控制技術將使全部參數(shù)的改變都能夠快速進行，避免了傳統(tǒng)方式下因人工操作而造成的失誤。尤其需要重視的是，當前我國各種數(shù)控機床面對的主要問題是電動穩(wěn)定性控制，在機床運行時，由于受到電動機在飛速轉動中帶來的干擾，使得切削數(shù)據(jù)可能會慢慢偏離固定值，使得產(chǎn)品出現(xiàn)細微的偏差。但是在數(shù)控技術發(fā)達的德國，操作人員能夠通過及時改變切削數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)保持產(chǎn)品的準確性，它的操作功能與我國現(xiàn)在使用的PLC機電一體化技術差別不大，能夠起到一定的借鑒作用。例如通過把實時調整功能和現(xiàn)有的技術進行結合，抑或是通過添加報警系統(tǒng)，在實際工作值與標準參數(shù)出現(xiàn)較大差別時，機床自動產(chǎn)生警報，提示操作人員進行參數(shù)的更正，從而大大提升PLC機電一體化技術的使用有效性。

6 結語

綜上所述，PLC機電一體化技術通過把計算機技術、自動控制技術以及信息技術進行有效的結合，使得其在數(shù)控機床加工中顯示出巨大的優(yōu)勢。通過把該技術使用在數(shù)控機床中，可以大大增加目前數(shù)控機床加工中的操作安全性與工件的加工精確度，對于提高工作效率、獲取更大的綜合效益具有重要作用。