淺析PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

韓承志

（重慶齒輪箱有限責(zé)任公司，重慶 402260）

PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)項目的實際應(yīng)用中體現(xiàn)出的應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯，如可靠性高、結(jié)構(gòu)模塊化、編程簡單、接口豐富、維護(hù)簡單等，因此PLC 系統(tǒng)也在很多數(shù)控生產(chǎn)項目中有著非常廣泛的應(yīng)用，接下來筆者將圍繞PLC 系統(tǒng)的實踐應(yīng)用這一主題從系統(tǒng)概述、工作原理、應(yīng)用優(yōu)勢、應(yīng)用流程等方面內(nèi)容對其展開詳細(xì)地闡述，希望這些淺薄的意見和建議可以對相關(guān)技術(shù)人員提供一些有價值性的參考意見。

1 PLC 系統(tǒng)概述

每個PLC 系統(tǒng)主要由中央處理器CPU 模塊、存儲器、電源模塊、輸入輸出I/O 模塊、通信接口、擴展接口、編程器等組成，是一種可進(jìn)行編程的邏輯控制系統(tǒng)。其主要用于幫助工作人員對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計進(jìn)行內(nèi)部程序儲存，發(fā)布邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、算數(shù)操作等復(fù)雜指令，從而大幅度提高工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的整體質(zhì)量水平，因此PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用也成為了工業(yè)自動控制中非常關(guān)鍵的一部分內(nèi)容。

2 PLC 系統(tǒng)工作原理

在介紹PLC 系統(tǒng)工作原理之前，先分析下PLC 系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)。

PLC 系統(tǒng)的中央處理器CPU 中有兩類程序：一類是操作系統(tǒng)，它由PLC 廠家設(shè)計并在出廠前固化在CPU 模塊中。另一類是用戶程序，它是由最終用戶的編程人員根據(jù)實際應(yīng)用需求設(shè)計完成的具有特定功能的程序。

了解了PLC 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)后PLC 系統(tǒng)的工作原理就可以簡單地表述為：在操作系統(tǒng)的管理下，通過運行操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序，對控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)。PLC 系統(tǒng)能嚴(yán)格按照控制要求中的特定順序或邏輯來完成全部的程序執(zhí)行作業(yè)，所以該系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)作業(yè)中一直發(fā)揮著非常關(guān)鍵性的作用效果，因此，也受到了很多數(shù)控生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員的廣泛認(rèn)可和推廣。

3 實踐應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用優(yōu)勢

（1）可靠性高。PLC 系統(tǒng)在實際數(shù)控應(yīng)用中具有良好的工作性能，同時還可以在運行過程中進(jìn)行自我診斷，避免因局部故障而導(dǎo)致整個數(shù)控系統(tǒng)的運行受到影響，可以自動對數(shù)控設(shè)備中的運行情況進(jìn)行實時的控制，在抗輻射和抗干擾等方面也有著明顯的優(yōu)勢。

（2）結(jié)構(gòu)模塊化。從客觀的角度來說，市場上很多小規(guī)模的PLC 系統(tǒng)已經(jīng)逐漸出現(xiàn)了淘汰的趨勢，而PLC 系統(tǒng)也逐漸向結(jié)構(gòu)模塊化方向進(jìn)行發(fā)展。例如：西門子STEP-7 300/400 系列PLC。該系列PLC 系統(tǒng)提供了豐富的模塊類型，有CPU 模塊、I/O 模塊、通訊模塊、接口模塊、擴展模塊等，工作人員可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際情況以及具體要求對不同的模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬件組態(tài)，從而使得PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)中發(fā)揮出更大的作用效果，更能通過通訊模塊使數(shù)控系統(tǒng)能控制多個獨立的PLC 系統(tǒng)，組成大型工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)完成全集成自動化管理。

（3）編程簡單。工作人員在使用PLC 系統(tǒng)進(jìn)行編程操作時，不需要具備特別專業(yè)的計算機水平也能在較短的時間內(nèi)熟練地掌握整個系統(tǒng)的操作要點，有利于PLC 系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣和完善。

（4）接口豐富。一般情況下，工作人員使用I/O 模塊作為PLC 系統(tǒng)的主要接口模塊，該類接口針對具有不同電壓電流特性的脈沖信號會使用相應(yīng)的裝置和構(gòu)件來完成相應(yīng)的信息傳遞，其中包括開關(guān)裝置、傳感器、電磁線圈、控制閥等等，工作人員可以合理地使用這些模塊來組態(tài)有效地擴大PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)作業(yè)中的運行性能。

（5）維護(hù)簡單。任何系統(tǒng)和設(shè)備在長期運行的過程中都不可避免地會出現(xiàn)一些故障問題，因此，工作人員應(yīng)當(dāng)在使用該系統(tǒng)的過程中定期對其采取相應(yīng)的維護(hù)措施，確保其在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中能夠長期穩(wěn)定運行，減少PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的概率。

3.2 應(yīng)用流程

（1）采樣輸入。PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)的實際應(yīng)用中CPU在每個掃描周期需要先對任務(wù)的基本數(shù)據(jù)信息進(jìn)行輸入狀態(tài)檢查并生成過程映像輸入表，然后再將輸入掃描結(jié)果儲存于該表內(nèi)，當(dāng)PLC 系統(tǒng)所掃描的外界信號發(fā)生變化時，系統(tǒng)內(nèi)部過程映像輸入表所儲存的信息也會相應(yīng)發(fā)生改變，而工作人員可以通過PLC 系統(tǒng)內(nèi)部過程映像輸入表儲存信息的變化來對外界輸入信號是否出現(xiàn)變化來進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，為后續(xù)其他數(shù)控設(shè)備的運行維護(hù)提供理論依據(jù)。

（2）程序執(zhí)行。該環(huán)節(jié)主要是以階梯式為主，PLC 系統(tǒng)通常會嚴(yán)格按照從左至右、由上至下的順序來完成相應(yīng)程序的執(zhí)行作業(yè)，先將PLC 系統(tǒng)內(nèi)部過程映像輸入表數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效地讀取，然后再以用戶程序設(shè)計的邏輯運算關(guān)系由該系統(tǒng)CPU 快速計算出其相對應(yīng)的操作結(jié)果寫入過程映像輸出表，從而完成整個程序執(zhí)行的基本任務(wù)。

（3）輸出更新。當(dāng)PLC 系統(tǒng)將用戶程序執(zhí)行結(jié)果存入過程映像輸出表，過程映像輸出表會將存儲運算結(jié)果寫入輸出模塊完成輸出更新。輸出模塊與其他驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行外部連接，從而更好地將輸出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實時地更新，為整個數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.3 實踐應(yīng)用

（1）故障診斷。PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)作業(yè)的應(yīng)用過程中，可以充分地發(fā)揮出其自身強大的自動修復(fù)功能特性，當(dāng)數(shù)控設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的實際運行過程中出現(xiàn)突發(fā)性的故障問題時，PLC 系統(tǒng)將會在第一時間內(nèi)發(fā)出警報來提醒相關(guān)工作人員，與此同時，PLC 系統(tǒng)還可以根據(jù)數(shù)控設(shè)備在應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息對其進(jìn)行故障的明確和排查，快速找出故障發(fā)生的具體位置和原因，自動將數(shù)控設(shè)備在故障狀態(tài)下的運行數(shù)據(jù)與數(shù)控設(shè)備在正常狀態(tài)下的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而得出具有較高參考價值的診斷報告作為參考來輔助工作人員更加準(zhǔn)確、高效地完成相應(yīng)的故障處理工作，確保數(shù)控設(shè)備能夠盡可能快地恢復(fù)其正常運行的狀態(tài)。

（2）PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的M、S、H、T、D、F 等指令功能。該功能特性主要是指PLC 在機床系統(tǒng)中開始工作后，經(jīng)特殊的數(shù)據(jù)變量銜接處理來完成對各種操作指令的有效控制。操作指令對于不同的數(shù)控機床設(shè)備有不同的信號接口表（信號接口表編程者只能用不可修改）。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到相應(yīng)的指令信號時，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)指令信號接口表生成變量或數(shù)據(jù)位并傳入PLC 系統(tǒng)，PLC 系統(tǒng)根據(jù)變量或數(shù)據(jù)位對輸出模塊相應(yīng)位進(jìn)行賦值運算就能完成相應(yīng)的指令操作。下面筆者以西門子PLC 在840D 數(shù)控系統(tǒng)中如何完成M 指令功能做一個簡單介紹。

例如：加工程序給出M03（主軸正轉(zhuǎn)），數(shù)控系統(tǒng)將M03 指令變換成數(shù)據(jù)位DB21DBX194.3（M 指令對應(yīng)數(shù)據(jù)位可以從西門子840D 系統(tǒng)手冊中Interface M Commands 表中查找），那么PLC 用戶程序就可以用該數(shù)據(jù)位去控制主軸正轉(zhuǎn)輸出位輸出（假設(shè)為：Q0.5），再由Q0.5 輸出信號觸發(fā)外部主軸驅(qū)動單元的正轉(zhuǎn)指令，主軸驅(qū)動單元就帶動主軸電機正轉(zhuǎn)，這樣PLC 就在數(shù)控系統(tǒng)中完成了M03 加工指令。西門子PLC 程序簡單設(shè)計如下：

A DB21DBX194.3（M03 主軸正轉(zhuǎn)接口信號數(shù)據(jù)位）

S Q0.5 （主軸正轉(zhuǎn)信號輸出）

A DB21DBX194.5（M05 主軸停止接口信號數(shù)據(jù)位）

R Q0.5 （主軸正轉(zhuǎn)信號輸出復(fù)位）

S Q0.6 （假設(shè)A0.6 為主軸停止信號輸出，觸發(fā)主軸驅(qū)動單元停止指令。）

同樣的原理PLC 在數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中能完成所有的加工指令功能，并且可以根據(jù)用戶要求完成自定義指令功能。

4 結(jié)語

雖然就目前而言，國內(nèi)的PLC 系統(tǒng)還處于發(fā)展的初期階段，其在實際應(yīng)用中也經(jīng)常會出現(xiàn)一些缺陷問題，但是該系統(tǒng)已然成為未來幾年工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要趨勢，對此相應(yīng)系統(tǒng)研究人員也一直在對PLC 系統(tǒng)進(jìn)行不斷地優(yōu)化，希望該系統(tǒng)在不久的將來能夠得到大幅度的技術(shù)突破，為國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展添加助力，這也是每位參與數(shù)控生產(chǎn)工作人員美好的希冀。