分析PLC在數(shù)控機床控制系統(tǒng)中的應用

李海兵

摘 ? 要：本文圍繞PLC在數(shù)控機床控制系統(tǒng)中的應用展開討論，指出PLC是目前高性能數(shù)控機床不可缺少的控制裝置，詳細分析了可編程序控制器PLC在數(shù)控機床中的應用方式及其特點，還有PLC在數(shù)控機床中的作用及與各種裝置的連接方法，為提升數(shù)控機床的生產(chǎn)效率，以及保持機床安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)提供參考依據(jù)。

關鍵詞：PLC ?數(shù)控機床 ?控制系統(tǒng) ?應用

中圖分類號：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0102-02

人們生活水平不斷提高，日常生活和工作中使用的機電產(chǎn)品不斷增多，從而促進數(shù)控機床技術不斷發(fā)展。以PLC可編程控制技術為例，將PLC控制器配置在機床設備內(nèi)，既能提升機床設備的安全性和穩(wěn)定性，還能優(yōu)化原有的系統(tǒng)，使設備結構保持在良好的運行狀態(tài)。

1 ?數(shù)控機床與PLC的概述

1.1 數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床是在自動化控制系統(tǒng)操作下，以邏輯的方式制定操作程序，并將設定的程序以譯碼的方式發(fā)出指令，從而控制數(shù)控設備內(nèi)生產(chǎn)裝置。在數(shù)控機床中，由以下裝置組成：（1）輸入輸出設備;（2）伺服單元;（3）機床本體;（4）CNC單元;（5）驅(qū)動裝置;（6）可編程控制器PLC;（7）電氣控制裝置;（8）輔助裝置;（9）測量裝置。

1.2 PLC的技術特點

可編程控制器PLC，在控制器內(nèi)會配置程序存儲裝置，在存儲裝置內(nèi)會對不同的數(shù)據(jù)進行計算，以此確定數(shù)據(jù)發(fā)出的順序、時間以及操作方式等，使操作人員根據(jù)指令進行產(chǎn)品生產(chǎn)。PLC具有的技術特點，主要體現(xiàn)在以下四點：第一，系統(tǒng)構造相對簡單，出現(xiàn)故障等問題時，工作人員可及時維護和改造;第二，具有較高的安全性和穩(wěn)定性，在特殊環(huán)境中，PLC具有良好的抗干擾能力，避免設備運行時出現(xiàn)問題;第三，PLC具有良好的可適應性，配置在不同類型的數(shù)控機床內(nèi)，通過對PLC的系統(tǒng)的改造，即可滿足相應的生產(chǎn)要求;第四，在數(shù)控機床內(nèi)，PLC只需較小的空間，并且消耗能量較少。

1.3 PLC的工作原理

PLC在工作過程中，控制器內(nèi)的CPU會重復進行輸入采樣、程序執(zhí)行以及輸出刷新三個階段的操作。

1.3.1 輸入采樣階段

進入到輸入采樣階段時，PLC系統(tǒng)會對輸入端子進行分析，根據(jù)分析結果將不同的輸入指令存儲在指定的映像寄存器內(nèi)。進入到輸入映像寄存器內(nèi)，該裝置會重復刷新，完成刷新后發(fā)出執(zhí)行指令。在執(zhí)行指令狀態(tài)下，外界條件會隔絕寄存器，即便接收不同的輸入信號，寄存器存儲的輸入信號不會發(fā)生變化。

1.3.2 程序執(zhí)行階段

進入到程序執(zhí)行階段，形成的PLC梯形圖程序，按照先左后右、先上后下的原則，對程序內(nèi)的指令進行充分的掃描。完成掃描后，指令發(fā)出時會進入到對應的程序內(nèi)。

1.3.3 輸出刷新階段

將系統(tǒng)運行時使用到的指令完成執(zhí)行要求過程中，會進入到輸出刷新階段。此時在設備中的元件映像寄存設備，進入到輸出刷新階段，此時指令會存儲在輸出鎖存器內(nèi)，應在特定的方式中，輸出到驅(qū)動荷載裝置內(nèi)。

2 ?PLC在數(shù)控機床控制系統(tǒng)中的應用

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

在進行信息交換時，數(shù)控機床內(nèi)部配置的可編程控制器PLC，通過信息交換連接渠道，將外部信息、CNC以及數(shù)控機床內(nèi)其它信息建立連接關系，通常情況下，數(shù)據(jù)信息在交換過程中，按照四個階段進行：一是機床到PLC;二是PLC到機床;三時CNC到PLC;四是PLC到CNC。

2.1.1 機床至PLC

機床發(fā)出單側信號時，數(shù)據(jù)信號由I/O輸入接口進入到PLC控制器內(nèi)，此時PLC可編程控制器，會對輸入地址進行調(diào)整，并根據(jù)相關要求，將調(diào)整后的地址發(fā)送到下一階段。

2.1.2 PLC至機床

對機床配置的裝置可知，為保證控制功能充分發(fā)揮其性能，在機床單側的輸送信號傳輸過程中，PLC將輸出信號接收到控制器內(nèi)，并將輸出信號的地址，通過工作人員重新編程，保證編程內(nèi)容可以完成相關指令的操作。

2.1.3 CNC至PLC

PLC可編程控制器接收CNC信息時，會將CNC產(chǎn)生的信息存儲在控制器內(nèi)。此時CNC發(fā)出的信號，包括開關量地址、寄存器地質(zhì)等，都由CNC廠家制定完成。借助PLC控制器，發(fā)送CNC信息至指定位置，期間無法對信息進行修改。在數(shù)控指令發(fā)出過程中，數(shù)控技術具有的功能，包括M、S、T等，都會在CNC譯碼翻譯后，進入到PLC寄存器內(nèi)。

2.1.4 PLC至CNC

將PLC編程的信息發(fā)送至CNC過程中，產(chǎn)生的信息開關信號，會在寄存器內(nèi)編制完成，此時PLC信號地址，會按照廠家確定的CNC標準完成，在CNC信息發(fā)送過程中，通常無法對信息內(nèi)容進行修改。

2.2 數(shù)控加工代碼的實現(xiàn)方法

現(xiàn)階段數(shù)控技術含有多種指令內(nèi)容，包括準備指令、輔助指令、刀具指令、主軸指令、進給指令等，并且都是按照ISO標準制定的。以主軸指令為例，在該指令控制下，會將主軸的速度保持在合理的范圍內(nèi)，同時按照S2位代碼以及54位代碼，對發(fā)出的指令進行重新編制。在編制過程中，將S2位代碼編程內(nèi)，S代碼和2位十進制數(shù)，代表主軸的轉(zhuǎn)速，通常分為十個等級，由低到高速度不斷提升。

在上級速度提升過程中，若上升速度超過12%，主軸的轉(zhuǎn)速上限和下限，產(chǎn)生的等比關系會發(fā)生變化。按照S2位代碼為例，主軸轉(zhuǎn)速結合對應表，將形成的S2位代碼進行重新的譯制，從而建立起全新的處理框圖。在框圖內(nèi)S代碼在轉(zhuǎn)換過程中，數(shù)據(jù)與代碼按照S2位代碼主軸速度，以二進制數(shù)方式表達出來，同時在上限和下限狀態(tài)下，形成的數(shù)字量D/A通過計算后，得出的直流電壓數(shù)值，分別控制在0～10V、0～5V以及-10～10V范圍內(nèi)。在上述電壓控制范圍內(nèi)，主軸伺服系統(tǒng)以及主軸變頻器，會形成持續(xù)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度。

2.3 PLC在數(shù)控機床中的控制功能

操作面板控制功能，是由操作面板中，操作面板和機床操作面板組成控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)會發(fā)出控制信號，此時產(chǎn)生的信號會由NC接收，在NC內(nèi)通過轉(zhuǎn)換后進入到PLC可控制編程器，以此將發(fā)出的指令傳輸至機床，使機床在指令下開始工作。在機床產(chǎn)生的控制信號，會由PLC接收，接收信號后會下達機床運行的指令，使機床進入運行狀態(tài)。

機床外部開關輸入信號功能，在機床單側產(chǎn)生的開關信號，傳輸至PLC控制器內(nèi)，在控制器內(nèi)通過計算形成正確的指令關系，以便開關信號在傳輸過程中，可以將開光控制在不同的運行狀態(tài)，包括行程狀態(tài)、接近狀態(tài)以及模式選擇狀態(tài)等，從而在指定的信號控制狀態(tài)下，有助于機床正常地完成生產(chǎn)任務。

2.4 相關程序設計與操作

進入到PLC程序輸入程序設計和操作過程中，以伺服電機工作方式為例，系統(tǒng)發(fā)出指令脈沖后，通過伺服放大線路、伺服電機等裝置，直至運行至工作臺，然后在檢測器對指令脈沖進行檢測后，將脈沖信號反饋給起始點。在此過程中，要求設計的程序具有較快的執(zhí)行速度，才能保證每個環(huán)節(jié)指令都能發(fā)揮控制作用。

3 ?結語

綜上所述，在數(shù)控技術發(fā)展過程中，將PLC技術融入其中，既能通過邏輯意識對發(fā)出的指令進行編程，同時還能提升機電設備的運行效率。在優(yōu)化系統(tǒng)功能過程中，工作人員應對PLC系統(tǒng)采取嚴格的控制措施，保證PLC系統(tǒng)的整體性和高效性，可以滿足機械產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，以此促進企業(yè)快速發(fā)展的同時，增強競爭能力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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