PLC應(yīng)用技術(shù)引入中職學(xué)校數(shù)控機(jī)床可行性分析

賴望春　黃廣和

摘要：中等職業(yè)學(xué)校是以服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展為辦學(xué)宗旨，為當(dāng)?shù)仄髽I(yè)輸送合格的技能型人才，因此校企合作成了中等職業(yè)學(xué)校發(fā)展的必經(jīng)之路。為了滿足企業(yè)的用人要求，學(xué)校必須了解行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)規(guī)范，對專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)改革。PLC作為機(jī)電一體化的一種重要的控制器，在不同領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，為了適應(yīng)社會(huì)需求，中職學(xué)校的多個(gè)專業(yè)都開設(shè)了PLC應(yīng)用技術(shù)課程。本文是結(jié)合企業(yè)與學(xué)生的實(shí)際情況對中職學(xué)校PLC項(xiàng)目教學(xué)進(jìn)行了一些探討。中國

關(guān)鍵詞：PLC應(yīng)用技術(shù)；中職學(xué)校；數(shù)控機(jī)床

一、數(shù)控機(jī)床使用PLC應(yīng)用技術(shù)簡介

PLC最早產(chǎn)生于美國（1969），由美國數(shù)字設(shè)備公司致力于繼電接觸器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)之上研制而來。PLC自推廣以來，在較短的時(shí)間內(nèi)得到諸多國家的認(rèn)可。上世紀(jì)七十年代，我國正式開始研究PLC，經(jīng)過多年的研究，截止現(xiàn)階段，我國已將PLC引入多個(gè)領(lǐng)域，并在其領(lǐng)域中取得不菲的成效。

助動(dòng)作的控制?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制，是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊，功能更豐富，相應(yīng)速度和可靠性大大提高。

二、數(shù)控機(jī)床使用PLC應(yīng)用技術(shù)類型介紹

2.1數(shù)控機(jī)床使用的PLC可分兩類。一類是專門實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制而制造的專用型PLC，它包含在CNC中。

PLC與CNC裝置之間的信號傳送在內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)，PLC與機(jī)床側(cè)通過CNC輸入/輸出電話實(shí)現(xiàn)信號傳送。另一類是通用型的PLC，它不是專門為哪一中機(jī)器設(shè)計(jì)的，可廣泛使用在各種型號中。它具有完備的硬件和軟件，獨(dú)立完成CNC系統(tǒng)所要求的控制任務(wù)。

2.2PLC的作用

PLC的作用包括接收CNC發(fā)送過來的M、S、T信息、手動(dòng)/啟動(dòng)方式信息、各種使能信息等，向CNC發(fā)送M、S、T功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對應(yīng)的機(jī)床參考點(diǎn)信息等。具體來說，有以下作用：①向機(jī)床發(fā)送控制信息，主要是控制機(jī)床的執(zhí)行元件，如繼電器等；②接收來自機(jī)床的信息，主要是機(jī)床操作面板輸入信息和其上各種開關(guān)、按鈕等信息，如機(jī)床啟動(dòng)、停止、主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止、主軸狀態(tài)監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備信號等。

2.3PLC的指令系統(tǒng)

PLC中的用戶程序是由用戶根據(jù)PLC提供的編程指令進(jìn)行編制的。目前國際上生產(chǎn)PLC的各家公司都配有自己的編程語言，它們各自獨(dú)立，互補(bǔ)相容。常用的編程語言主要有梯形圖語言、指令語言、系統(tǒng)流程圖三種。

2.4PLC的工作過程

在介紹數(shù)控機(jī)床中PLC設(shè)計(jì)之前，需要先解釋一下PLC的工作過程。PLC的工作過程即是CPU對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行的過程。對用戶程序的執(zhí)行主要按三個(gè)階段進(jìn)行。

（1）輸入采樣：以掃描方式順序讀入所有輸入信號的狀態(tài)，并將此狀態(tài)存入輸入映象寄存器中。在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段中，輸入映象寄存器中的內(nèi)容不會(huì)隨著時(shí)間信號變化而變化。

（2）程序執(zhí)行階段：程序執(zhí)行按從上到下，從左到右的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，并從輸入映象寄存器中和輸出映象寄存器中讀取有關(guān)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，然后將運(yùn)算結(jié)果保存起來。

（3）輸出刷新：這是指在所有指令都已經(jīng)執(zhí)行完畢后，輸出映象寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

2.5PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床間的信息交換

相對于PLC，機(jī)床和NC就是外部。PLC與機(jī)床以及NC之間的信息交換，對于PLC的功能發(fā)揮，是非常重要的。PLC與外部的信息交換，通常有四個(gè)部分：

（1）機(jī)床側(cè)至PLC：機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號通過I/O單元接口輸入到PLC中，除極少數(shù)信號外，絕大多數(shù)信號的含義及所配置的輸入地址，均可由PLC程序編制者或者是程序使用者自行定義。數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機(jī)床的功能和配置，對PLC程序和地址分配進(jìn)行修改。

（2）PLC至機(jī)床：PLC的控制信號通過PLC的輸出接口送到機(jī)床側(cè)，所有輸出信號的含義和輸出地址也是由PLC程序編制者或者是使用者自行定義。

（3）NC至PLC：CNC至PLC：CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號含義和地址（開關(guān)量地址或寄存器地址）均由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用不可改變和增刪。如數(shù)控指令的M、S、T功能，通過CNC譯碼后直接送入PLC相應(yīng)的寄存器中。

（4）PLC至CNC：PLC送至CNC的信息也由開關(guān)量信號或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。

2.6 PLC程序設(shè)計(jì)

一般，數(shù)控設(shè)備所輸入或輸出的點(diǎn)數(shù)大多在128點(diǎn)以下，少數(shù)復(fù)雜設(shè)備在128點(diǎn)以上，故以采用小型的PLC為主。而大型數(shù)控機(jī)床、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）則需要采用中型或大型PLC。從存儲(chǔ)容量看，一般中、小型車床選用PLC的容量為1000～1500步，中小型加工中心選用的容量為1500～2000步。這里以內(nèi)裝型PLC的設(shè)計(jì)為例，介紹整個(gè)設(shè)計(jì)方法和過程。

2.7確定PLC型號及其硬件配置

在確定PLC型號時(shí)，需要對如下的三點(diǎn)進(jìn)行正確的預(yù)測或估算：①對輸入/輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行估算，輸入點(diǎn)事于機(jī)床被控對象有關(guān)的操作按鈕、開關(guān)、繼電器和接觸器觸電等連接的輸入信號接口，以及由機(jī)床直接連到NC的輸入信號接口，輸出點(diǎn)包括向機(jī)床的繼電器、指示燈燈輸出信號的接口；②確定用戶存儲(chǔ)容量，程序規(guī)模隨機(jī)床的復(fù)雜程度變化，設(shè)計(jì)者要根據(jù)具體任務(wù)對程序規(guī)模作出估算，并據(jù)此確定合理的存儲(chǔ)容量；③考慮所選PLC的處理時(shí)間、指令功能、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)部繼電器的技術(shù)規(guī)格、數(shù)量等指標(biāo)也應(yīng)對能否滿足功能要求作出估計(jì)。

2.8制作信號接口技術(shù)文件

需要繪制的圖表包括輸入輸出信號電路原理圖、地址表和PLC數(shù)據(jù)表。其中輸入輸出信號電路原理圖應(yīng)按“電氣制圖國家標(biāo)注GB6988.1～6988.7-86”繪制，圖中內(nèi)容主要有輸入信號有關(guān)的器件名稱位置、輸出信號執(zhí)行元件名稱位置、輸入和輸出信號插座和插腳編號或連接端子編號、輸入輸出信號的接線和工作電源。

結(jié)語：

為了培養(yǎng)符合企業(yè)要求的技能型人才，PLC應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)法無疑是中職學(xué)校教學(xué)改革的出路，但是要使PLC應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)達(dá)到良好的教學(xué)效果，專業(yè)教師需要增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡紅斌.電氣與PLC控制技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社.2010.12

[2]袁振國.教育新理念.北京：教育科學(xué)出版社.2012.1