基于PLC技術(shù)的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)研究

楊新輝

（鄭州市技師學(xué)院，河南 鄭州 450006）

PLC可編程序控制器，是一種以數(shù)字為主的計(jì)算程序，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮功能的體統(tǒng)。它以使用可以編輯程序的存儲(chǔ)設(shè)備為主，實(shí)施控制邏輯通過模擬或數(shù)字的輸入和輸出，控制各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行過程，以此為用戶提供操作說明并加以指導(dǎo)。PLC自動(dòng)控制是工業(yè)生產(chǎn)的核心。目前，PLC應(yīng)用的優(yōu)勢很多，特別是在數(shù)控機(jī)床的硬件成本和加工周期等方面極為顯著。

一、PLC在數(shù)控機(jī)床中的的原理

（一）采樣輸入。PLC掃描信號(hào)與其固有的PLC外部輸入端口，將掃描結(jié)果存儲(chǔ)在輸入圖像寄存器中。當(dāng)外界輸入信號(hào)出現(xiàn)變化時(shí)，輸入圖像寄存器的信息也由此有所改變，既而可以判斷外界輸入信號(hào)的變化。

（二）程序執(zhí)行。執(zhí)行程序?yàn)殡A梯式從上到下運(yùn)行，從左到右往返的執(zhí)行途徑，在輸入圖像寄存器中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，采用邏輯操作實(shí)施有邏輯的運(yùn)算過程， 在圖像寄存器中輸出操作結(jié)果。

（三）輸出更新。在掃描完成后的梯形圖中，輸出圖像寄存器數(shù)據(jù)會(huì)以特定的PLC輸出方式輸出到PLC端口上，輸出端口控制PLC上電還是不上電，它驅(qū)動(dòng)外部連接與PLC輸出端口的負(fù)載。

二、PLC在數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

（一）I/O接口模塊豐富。PLC可以使用I/O模塊來適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場不同的信號(hào)處理。對(duì)于屬性不同的電流特性，電流脈沖信號(hào)的強(qiáng)度各有不同，有相應(yīng)的裝置和器件，如：電磁線圈、開關(guān)、控制閥和傳感器。它通過人機(jī)對(duì)話模塊的使用，極大提高了運(yùn)行性能。

（二）模塊化結(jié)構(gòu)。為了成功的達(dá)到工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)要求，小型的PLC單元將被淘汰，模塊化模式已受到了廣泛的應(yīng)用并逐漸的被人所熟悉。PLC模塊化設(shè)計(jì)的各個(gè)組成部分，包括CPU、I/O等，每個(gè)模塊通過機(jī)架相互連接，根據(jù)不同的需求，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的組合和功能的選擇。

（三）編程方便易懂。PLC編程操作簡單，該程序不需要計(jì)算機(jī)的專業(yè)知識(shí)，普通的工程技術(shù)人員都擁有很強(qiáng)的專業(yè)技能，會(huì)很快掌握PLC的編程及理念，并熟練操作它。

（四）維修操作簡單。PLC可以直接在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行，打破了束縛。專用機(jī)房I/O端與現(xiàn)場機(jī)器相連，可進(jìn)行操作，提高了操作的方便性。各模塊都有對(duì)應(yīng)的操作和故障裝置的安裝說明，操作條件清晰可見，很容易找到故障。

三、PLC的信息交換

PLC數(shù)據(jù)傳輸由以下三部分來完成，（1）PLC、（2）CNC（數(shù)控系統(tǒng)）、（3）MT（機(jī)床），三者之間通過適當(dāng)?shù)慕涌谶M(jìn)行數(shù)據(jù)連接和傳輸。其接口包括以下4個(gè)組成成分，（1）是機(jī)床至PLC的接口、（2）PLC至機(jī)床的接口、（3）CNC至PLC的接口、（4）PLC至CNC的接口。

（一）機(jī)床至PLC：機(jī)床的相關(guān)定義信號(hào)通過連接的I/O端子板輸入到PLC，這部分程序，大多數(shù)可以由程序設(shè)計(jì)者依照自己的需求進(jìn)行自定義使用，但也有少部分程序已由廠家定義，不能更改。

（二）PLC至機(jī)床：在這一過程中，使用者或者程序編程者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行定義信號(hào)的含義，以此控制開關(guān)量所有輸出信號(hào)。PLC控制機(jī)床的信號(hào)通過PLC的輸出接口傳送信號(hào)到機(jī)床。

（三）CNC至PLC：這部分信息傳送可以通過CNC直接發(fā)送到PLC寄存器中。這部分信號(hào)和地址均已由生產(chǎn)方確定，不可以進(jìn)行自由改動(dòng)和增刪。M、S、T指令是指在加工程序中的三個(gè)控制指令。這三個(gè)指令通過有序的邏輯處理后，形成譯碼，完成指令的傳輸。譯碼之后送入PLC相應(yīng)的寄存器中，從而使機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)并加工零件。

（四）PLC至CNC：PLC內(nèi)部設(shè)置有信號(hào)寄存器。當(dāng)開關(guān)量信號(hào)輸出指令信號(hào)時(shí)，該寄存器便能接收到，最終全部信號(hào)經(jīng)PLC整合，發(fā)送到CNC中。同樣需要說明的是這部分信號(hào)地址與含義已固定，由生產(chǎn)方確定，不可以改動(dòng)和增刪。

四、PLC在數(shù)控機(jī)床中的工作流程

（一）輸入處理：PLC將外部接收到的指令或數(shù)據(jù)有序的讀取，整合后將信號(hào)輸入到電路的I/O。信號(hào)存儲(chǔ)在I/O映象區(qū)中相應(yīng)的位置，完成信號(hào)（數(shù)據(jù)）接收的前期工作。

（二）程序執(zhí)行：在此階段中，用戶可以通過之前編排的若干條具體數(shù)據(jù)指令控制PLC。PLC按照固有的信號(hào)讀取程序，從頭到尾依次讀取。在PLC沒有開始下達(dá)跳轉(zhuǎn)的指令時(shí)，指令完全在存儲(chǔ)器中將會(huì)按照一定的順序排成，從第一條開始，按照順序執(zhí)行已有的數(shù)據(jù)程序，直到用戶程序結(jié)束。然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，進(jìn)入到下一個(gè)數(shù)據(jù)的輸出處理階段。

（三）輸出處理：在數(shù)據(jù)完成輸入和執(zhí)行過程后，PLC將進(jìn)入進(jìn)入輸出刷新階段。

五、PLC在數(shù)控機(jī)床中的控制功能

（一）對(duì)機(jī)床中控制面板的操作：運(yùn)行過程中，操作面板將控制著信號(hào)發(fā)出，PLC接到信號(hào)后，隨即數(shù)控系統(tǒng)便對(duì)機(jī)床面板進(jìn)行控制。

（二）對(duì)機(jī)床的外部開關(guān)輸入信號(hào)的操作：運(yùn)行中，機(jī)床側(cè)面開關(guān)將信號(hào)輸出后，PLC接收到信號(hào)指令，系統(tǒng)就會(huì)按順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后輸出信號(hào)，便能夠精準(zhǔn)的控制。

（三）輸出信號(hào)控制：PLC輸出信號(hào)主要經(jīng)過電路中的繼電器、接觸器電磁閥。輸出信號(hào)控制刀庫、機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，完成PLC的信號(hào)輸出過程。

（四）伺服控制：通過控制主軸和伺服驅(qū)動(dòng)等一系列信號(hào)驅(qū)動(dòng)裝置，以此滿足伺服驅(qū)動(dòng)過程。

（五）側(cè)信號(hào)：伺服驅(qū)動(dòng)裝置信號(hào)及強(qiáng)電柜信號(hào)，對(duì)出現(xiàn)問題的部分，給予相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)志，同時(shí)給出相應(yīng)的報(bào)警文本。