基于PLC 技術(shù)的數(shù)控車床控制系統(tǒng)應(yīng)用

何松柏

（荊楚理工學(xué)院 湖北省 荊門市 448000）

0 前言

當前數(shù)控系統(tǒng)主要是以交流伺服電機和系統(tǒng)內(nèi)的邏輯控制軟件為核心，是一個綜合了光學(xué)、電子、機械的結(jié)合體，邏輯控制軟件主要是控制機床的各軸運動，伺服電機主要是驅(qū)動這些軸的，大部分數(shù)控系統(tǒng)都能同時控制多軸。

在當前電子技術(shù)快速發(fā)展的背景下，PLC 所具備的優(yōu)點主要有體積小、重量較輕、能耗低、安全系數(shù)較高，使得在數(shù)控車床控制系統(tǒng)中可以最大程度優(yōu)化數(shù)控車床的功能?；赑LC 數(shù)控車床控制系統(tǒng)主要采用程序順序控制，這就使得操作面板容易操作，方便了操作車床和維修的人員。

1 PLC 技術(shù)在數(shù)控車床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用需求

1.1 操作需求

我們知道，數(shù)控車床的控制目標是按照順序控制功能進行的，主要包括：①主軸啟動、正反轉(zhuǎn)和停止控制；②刀具的換刀動作；③冷卻液開與關(guān)；④主軸工件夾緊與松開；⑤潤滑油的啟動和停止。這些都是需要設(shè)計好數(shù)控車床的操作面板按鈕作為前提控制條件的。數(shù)控車床主要需要設(shè)定一定的安全運動范圍，還需要設(shè)計數(shù)控車床行程的開關(guān)安裝范圍以及信號控制的前提條件。再有就是需要設(shè)定主軸旋轉(zhuǎn)速度的大小，這需要旋轉(zhuǎn)編碼器來進行測量，通過負反饋形式來精準控制主軸的轉(zhuǎn)速。以上這些數(shù)控車床的操作需求都是可以通過PLC 技術(shù)來啟動數(shù)控車床電氣自動化控制的，例如開關(guān)量的控制、脈沖量的控制、模擬量的控制、運動的控制，以及數(shù)據(jù)采集和信號的控制等。另外，PLC 技術(shù)在操作時比較簡單方便，具有可靠的安全性能，同時PLC 技術(shù)還可以大大提升機床操作的效率，從而保證順利完成零件加工的目標，滿足數(shù)控車床操作需求的各項功能。

1.2 維修需求

數(shù)控車床在運行過程中也會出現(xiàn)各種故障問題，影響了正常的生產(chǎn)，也給日常的維護帶來很多麻煩。PLC 技術(shù)在解決機床維修上具有一定的技術(shù)水平，可以通過監(jiān)控處理，當發(fā)現(xiàn)機床出現(xiàn)故障后可以根據(jù)報警信息進行提示，而且PLC 功能強大，可以迅速定位發(fā)生故障的點，進行大量的維修工作，使車床恢復(fù)正常，從而滿足數(shù)控車床的維修需求。

1.3 安全需求

數(shù)控車床PLC 技術(shù)具備急停開關(guān)控制技術(shù)，當數(shù)控車床發(fā)生錯誤或者危險時，就可以采用一鍵急停，從而停止機床的運行，這樣就可以保證人員避免受到傷害以及零件的損壞。另外PLC 技術(shù)還在X 和Z 軸的行程中設(shè)置了開關(guān)控制技術(shù)，這樣就可以將刀具的運動范圍控制在合理范圍，避免發(fā)生由于機床樁基而出現(xiàn)的機床損傷。當然安全問題還需要員工認真負責的態(tài)度，認真細致的檢查工作可以將安全事故率降到最低，從而保證企業(yè)機床、零部件和人員的安全需求。

1.4 企業(yè)管理需求

PLC 技術(shù)在企業(yè)管理方面也進行了考慮，一方面設(shè)置了故障記錄的時間和類型，企業(yè)生產(chǎn)管理人員可以憑借此推測出機床發(fā)生故障的原因，檢查出是人為故意破壞，還是操作不當造成的，針對出現(xiàn)的問題作出相應(yīng)的解決辦法。當然，如果企業(yè)維修管理人員如果能夠較早發(fā)現(xiàn)問題，就可以及時進行協(xié)作排查，這也是監(jiān)督員工工作效率，便于恢復(fù)生產(chǎn)和企業(yè)管理的有效辦法，企業(yè)在獲得經(jīng)濟效益的同時，也提高了數(shù)控機床管理水平。

2 PLC 技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控車床控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 PLC 的信息傳輸

數(shù)控車床系統(tǒng)中的機床信號和PLC 信號的輸出和出入都是有I/O板的接收電路和驅(qū)動電路進行傳送。其中CNC 信號、PLC 信號和機床信號這三者相互間進行信號傳輸，但是始終是以PLC 為中心。主要分為這四個部分：①機床傳至PLC；②PLC 傳至機床；③CNC 傳至PLC；④PLC傳至CNC。

2.2 PLC 的故障信息報警應(yīng)用

PLC 技術(shù)還控制著數(shù)控車床的故障報警系統(tǒng)，這主要是因為PLC 技術(shù)在數(shù)控車床控制系統(tǒng)中將機床和CNC 進行連接，一旦PLC 接收到CNC 的控制信息時，PLC 技術(shù)內(nèi)部的梯形圖的順序邏輯就會進行計算，然后給機床側(cè)發(fā)送控制指令，這樣電磁閥、繼電器和指示燈就會進入工作狀態(tài)，并將工作狀態(tài)的信號傳遞會CNC，CNC 又可以將信息傳送回PLC。當然，如果電磁閥、繼電器和指示燈的開關(guān)信號沒有及時反映，這就會導(dǎo)致PLC 技術(shù)出現(xiàn)報警情況，數(shù)控車床就不能進行正常的運轉(zhuǎn)。一般情況下，PLC 技術(shù)主要通過這三種方法進行故障診斷和維修：①動態(tài)梯形圖信號跟蹤方法；②機床廠家報警信息故障診斷法；③系統(tǒng)報警診斷的故障診斷法。PLC 顯示信號狀態(tài)的模式是它的地址內(nèi)容會以（0 或1）、10 進制和16 進制數(shù)字來顯示。例如，當數(shù)控車床需要進行調(diào)試和維修時，如果采用PLC 動態(tài)梯形圖信號跟蹤法的話，功能鍵就會調(diào)出一定順序的控制梯形圖的輔助菜單，PLC 技術(shù)會根據(jù)程序進行監(jiān)控，一是監(jiān)控對應(yīng)觸點，一是監(jiān)控線圈輸入和輸出信號的狀態(tài)變化，并且分析、判斷動作的過程，確定被控元件的工作狀態(tài)是否正常，機床是否出現(xiàn)了故障，從而也就為維修爭取了更過的機會。

3 數(shù)控車床電氣化自動控制改造的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)改造結(jié)構(gòu)設(shè)計

關(guān)于數(shù)控車床電氣化自動化改造的整體結(jié)構(gòu)圖，我們可以分為以下幾個部分：底層設(shè)備、本地PLC 和遠程控制終端。

3.1.1 底層設(shè)備

底層設(shè)備主要是指，一是實現(xiàn)數(shù)控車床自動切削加工運轉(zhuǎn)等一些基本功能的電氣和機電設(shè)備，例如電源模塊或者是電機模塊等。這些電氣和機電設(shè)備的作用是保證數(shù)控車床的基本功能能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行。另外，底層設(shè)備另一方面是指各類傳感器，有監(jiān)測電機轉(zhuǎn)速和溫度的速度傳感器，還有監(jiān)測軸運動進給量的光柵尺，數(shù)控車床正式通過這些傳感類的數(shù)據(jù)采集設(shè)備掌握了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)源。

3.1.2 本地PLC 站

本地PLC 站的工作主要是接收底層傳感設(shè)備傳送過來的傳感參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)和檢測參數(shù)，它可以經(jīng)過內(nèi)部程序運算來判斷數(shù)控車床是否處于正常狀態(tài)，然后將其中比較重要的參數(shù)上傳，經(jīng)過遠程控制終端以數(shù)據(jù)圖形化的方式來顯示、存儲并輸出打印。另外，本地PLC 站還可以接收遠程控制終端下達的指控，如停機或者啟動等。本地PLC 站就可以根據(jù)相應(yīng)的執(zhí)行器實現(xiàn)自動化控制。

3.2 PLC 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

本次研究主要是以普通數(shù)控機床為例，探討了電氣化和自動化的改造，需要14 個系統(tǒng)輸入和9 個系統(tǒng)的輸出。根據(jù)數(shù)控機床的要求，我們分析了各模塊的控制功能，在選取適合的接觸器、繼電器、開關(guān)和輔助觸點電氣控制元件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了運用PLC 技術(shù)控制電氣設(shè)備。

4 結(jié)束語

數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用PLC 控制技術(shù)相對已經(jīng)成熟，因其操作簡便，容易排查故障，具有較強的抗干擾能力，并且安全系數(shù)相對較高，穩(wěn)定性能好，這就使得PLC 技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。目前我們要在提高數(shù)控車床控制精度和自動化水平上多下功夫，不斷提高零件的加工精度，發(fā)展柔性化生產(chǎn)水平，真正滿足在制造領(lǐng)域提高產(chǎn)品質(zhì)量的需求。