PLC技術(shù)應(yīng)用數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)研究

張永永

（洛陽(yáng)理工學(xué)院 河南省洛陽(yáng)市 471000）

1 PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)介紹

1.1 功能豐富

PLC 技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在各種各樣生產(chǎn)活動(dòng)中使用，這么多新功能的普及主要是得益于PLC 設(shè)備自身所具備的敏捷高效的信息處理系統(tǒng)與其所機(jī)身配備的高存儲(chǔ)設(shè)備元件，有了這樣的配置它可以同時(shí)處理幾十條甚至上百條指令，可以對(duì)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種各樣的邏輯問(wèn)題進(jìn)行有效處理，與此同時(shí)還能針對(duì)于不同種類的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算?？梢赃@樣理解：PLC 設(shè)備就跟計(jì)算機(jī)一樣特可以具備普通計(jì)算機(jī)所具有的功能，甚至是計(jì)算機(jī)不具備的功能它也可以很順暢的完成。在PLC 設(shè)備中極為重要的內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存原件可以儲(chǔ)存各種類型海量的數(shù)據(jù)。

1.2 操作簡(jiǎn)單方便

操作簡(jiǎn)單方便是PLC 設(shè)備的一大優(yōu)勢(shì)，它可以非常簡(jiǎn)單的做到對(duì)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行控制。其實(shí)現(xiàn)原理是建立以PLC 控制邏輯的程序，用以取代硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)接線傳輸，通過(guò)程序控制的方式比傳統(tǒng)硬件接線更為方便直接。另外跟傳統(tǒng)的硬件設(shè)備比較PLC設(shè)備的硬件是高度集成化的，高度集成化硬件設(shè)備已集成為種種小型化的模塊。同時(shí)這些模塊是成套成套的出現(xiàn)的，通過(guò)配套的集成化模塊設(shè)備，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系列化與規(guī)格化。

1.3 性能安全可靠

在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用PLC 技術(shù)來(lái)達(dá)到對(duì)數(shù)控機(jī)床高效快捷的操控，整個(gè)過(guò)程是極為安全可靠的。其主要原因是因?yàn)镻LC 設(shè)備不管是在硬件還是在軟件兩個(gè)方面都采取了非常多的應(yīng)對(duì)方案措施，從而達(dá)到設(shè)備可以安全可靠地進(jìn)行生產(chǎn)工作。從另一個(gè)角度來(lái)看，如果PLC 設(shè)備不能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，做不到能夠安全有效的從事工業(yè)生產(chǎn)，也就不可能被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)。PLC設(shè)備不僅是要具備超高的工作可靠性，也要具備極強(qiáng)的抗干擾能力，與PLC 設(shè)備相比微機(jī)設(shè)備雖然具備極為快速分析處理大量數(shù)據(jù)的能力，但是其有一個(gè)致命的缺陷就是其抵抗各種干擾因素的能力很弱，假設(shè)在日常工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中忽然出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁干擾亦或是較強(qiáng)的電源波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)，甚至是環(huán)境中溫度和濕度發(fā)生較大的變化變化，都會(huì)對(duì)微機(jī)的系統(tǒng)控制工作造成不同程度的掣肘，PLC 設(shè)備不僅在硬件設(shè)備上下功夫安排抗干擾措施在軟件方面也不甘下風(fēng)采取相匹配的軟件抗干擾措施，二者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合可以無(wú)懼各種具備強(qiáng)烈干擾因素的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與此同時(shí)還具備對(duì)自身故障自行診斷的功能。

1.4 經(jīng)濟(jì)合算

科學(xué)技術(shù)社社會(huì)發(fā)展的第一大生產(chǎn)推動(dòng)力，因此高新科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用在給國(guó)家?guī)?lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。PLC 技術(shù)的應(yīng)用也是有著一樣效應(yīng)的，雖然使用PLC 前期投入要大些，但是從長(zhǎng)期發(fā)展的角度來(lái)看PLC 設(shè)備使用的普及還是非常具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。究其緣由主要是因?yàn)殡m然使用PLC 前期的投資巨大，但由于PLC 設(shè)備體積小、所占空間小，輔助設(shè)施的投入少等原因，其在運(yùn)行過(guò)程中較之以往傳統(tǒng)設(shè)備用電量大幅度下降，再因其安全可靠的運(yùn)行減少生產(chǎn)過(guò)程中因停止工作帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以，在多數(shù)情況下，它的效益是可觀的。

2 PLC技術(shù)的應(yīng)用

2.1 用于開(kāi)關(guān)量控制

PLC 設(shè)備在關(guān)于數(shù)控機(jī)床控制方面有很強(qiáng)的操控能力，PLC 設(shè)備可以在同一時(shí)間同時(shí)操控大量開(kāi)關(guān)量。同時(shí)可控制的出入點(diǎn)數(shù)最少可以達(dá)到十幾點(diǎn)、幾十點(diǎn)，多的甚至可以達(dá)到幾百、幾千，幾萬(wàn)點(diǎn)，再加上PLC 設(shè)備可以連接互聯(lián)網(wǎng)，因此理論上PLC 設(shè)備所控制的點(diǎn)數(shù)是不受限制的。關(guān)于控制點(diǎn)數(shù)的問(wèn)題解決后PLC 設(shè)備還可以控制解決各種各樣的邏輯問(wèn)題。其可以解決的邏輯問(wèn)題涵蓋范圍很廣，包括組合邏輯問(wèn)題邏輯問(wèn)題、時(shí)序邏輯問(wèn)題、即時(shí)邏輯問(wèn)題、延時(shí)邏輯問(wèn)題、不需計(jì)數(shù)邏輯問(wèn)題、需要計(jì)數(shù)邏輯問(wèn)題、固定順序邏輯問(wèn)題、隨機(jī)工作邏輯問(wèn)題等等。當(dāng)前，PLC 設(shè)備在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，也是極為先進(jìn)的操控手段，擁有者其他設(shè)備無(wú)法比擬的優(yōu)秀特性。

2.2 用于模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中PLC 設(shè)備也被應(yīng)用于模擬量控制，通俗來(lái)講模擬量是指：如電流、電壓、溫度、壓力等等這些大小是連續(xù)變化的量值。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，特別是連續(xù)型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，要做到經(jīng)常性的對(duì)電流、電壓、溫度、壓力等等這些物理量進(jìn)行控制，使其保持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值上。因此在廣泛的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC 作為一種工業(yè)控制電子裝置可以做到對(duì)這些量進(jìn)行合理有效的控制。當(dāng)前PLC 設(shè)備發(fā)展日趨完善，在原有水平上獲得了較大的提升與發(fā)展，這樣的發(fā)展雖然大大縮小了我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，現(xiàn)在不管是大型、中型機(jī)還是小型PLC 設(shè)備都可以做到在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)模擬量進(jìn)行合理控制。

2.3 用于運(yùn)動(dòng)控制

PLC 設(shè)備在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不僅僅涉及開(kāi)關(guān)量與模擬量的控制，還具備關(guān)于運(yùn)動(dòng)的控制。此類控制涵蓋范圍不小，諸如機(jī)床部件在位置上的移動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)床部件的經(jīng)常是通過(guò)數(shù)字定量來(lái)進(jìn)行具體地表示。數(shù)字控制技術(shù)是在PLC 控制設(shè)備中極為有效地控制辦法，這項(xiàng)技術(shù)始于上世紀(jì)五十年代的美國(guó)，同時(shí)數(shù)字控制技術(shù)也是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)?，F(xiàn)如今數(shù)字控制技術(shù)在世界上應(yīng)用及其廣泛，長(zhǎng)期的發(fā)展也使得數(shù)字控制技日趨完善。PLC設(shè)備關(guān)于運(yùn)動(dòng)控制的原理是設(shè)備可以自動(dòng)接收計(jì)數(shù)脈沖（脈沖頻率的范圍在幾千到幾萬(wàn)赫茲之間）并且可以做到同時(shí)接受多個(gè)不同路徑的計(jì)數(shù)脈沖。另外，還有的PLC 設(shè)備不僅具有接收計(jì)數(shù)脈沖的功能還具備脈沖輸出的技能，輸出的頻率也可以達(dá)到幾萬(wàn)赫茲，PLC 設(shè)備具備了這兩項(xiàng)能力：憑借高效的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理技術(shù)與裝備上與設(shè)備相稱的傳感器設(shè)備，進(jìn)而達(dá)到對(duì)于運(yùn)動(dòng)量的控制。

3 數(shù)控機(jī)床介紹

3.1 數(shù)控機(jī)床的作用

數(shù)控就是使用各類數(shù)控機(jī)床，高精度的，可以加工零件（例如，可以直接將一整塊鐵銑成臉盆）也可以加工模具。既可以加工模具，也可以加工零件。通俗來(lái)講是指通過(guò)在計(jì)算機(jī)上預(yù)先編制好模具加工的每一步程序，使得設(shè)備可以按照標(biāo)準(zhǔn)化的流程自動(dòng)的進(jìn)行模具的機(jī)械加工。特別適合銅、鋁、鐵、不銹鋼、塑料等精密零件加工制造，適用于儀表、鐘表、汽車、摩托、自行車、眼鏡、文具、五金衛(wèi)浴、電子零件、接插件、電腦、手機(jī)、機(jī)電等行業(yè)成批加工零件，特別是較為復(fù)雜的零件。三軸均采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，由值伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直線式排刀結(jié)構(gòu)具有快速換刀的特點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)功能完善，操控簡(jiǎn)易。根據(jù)零件加工需要，可選配側(cè)面動(dòng)力頭，實(shí)現(xiàn)鉆孔、銑削復(fù)合加工。配備自動(dòng)送料機(jī)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.2 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用意義

數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中有著非常重要的作用，作為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展不可或缺的一環(huán)，甚至可以代表一個(gè)國(guó)家整體的機(jī)械制造水平。一個(gè)國(guó)家如果擁有高水平的數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)那么就意味著這個(gè)國(guó)家具有高超的機(jī)械制造水平，與此同時(shí)在機(jī)械制造行業(yè)具有極為強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。自上世紀(jì)九十年代起我國(guó)充分認(rèn)識(shí)到發(fā)展數(shù)控機(jī)床技術(shù)的重要性，因此，在這二十幾年的時(shí)間里我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)奮起直追，在原有水平上獲得了較大的提升與發(fā)展，這樣的發(fā)展雖然大大縮小了我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距但是還是不能達(dá)到世界一流水平，因此我國(guó)還是處于一個(gè)大力開(kāi)展自身技術(shù)研究的同時(shí)也積極借鑒國(guó)外先進(jìn)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展時(shí)期。相信不久將來(lái)我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)一定能取得可喜的發(fā)展，要知道數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展不僅僅是為我國(guó)制造業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)數(shù)控機(jī)床技術(shù)也對(duì)國(guó)家安全防控有著極為重要的意義，冷戰(zhàn)時(shí)期偉大的蘇維埃社會(huì)主義共和國(guó)聯(lián)盟就是在引進(jìn)了日本先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)才造就了無(wú)聲無(wú)息潛藏在深海里的深海巨獸。數(shù)控機(jī)床技術(shù)之于國(guó)家經(jīng)濟(jì)與國(guó)防的重要性可見(jiàn)一斑，正是基于此我國(guó)才應(yīng)該在第十四個(gè)五年計(jì)劃發(fā)展新時(shí)期重視數(shù)控機(jī)床技術(shù)，發(fā)展數(shù)控機(jī)床技術(shù)，將發(fā)揮在那的目光放在制造業(yè)，將發(fā)展的重心放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)。

4 基于PLC技術(shù)支持下的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分析

4.1 電系統(tǒng)應(yīng)用

PLC 控制在電系統(tǒng)應(yīng)用，那么系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平就會(huì)直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)、還有設(shè)備的運(yùn)行可靠性。那么如何能夠根據(jù)不同的控制要求，去設(shè)計(jì)出一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)作可靠、安全使用、調(diào)試方便、維護(hù)容易的電控制系統(tǒng)呢，這也是進(jìn)行PLC 控制設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。首先了解一下系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)該遵循的幾個(gè)原則PLC 控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，一般可以分為系統(tǒng)規(guī)劃、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、技術(shù)文件編制五個(gè)基本的步驟。如下基本的設(shè)計(jì)原則：

（1）首先要實(shí)現(xiàn)設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械、生產(chǎn)工藝的全部動(dòng)作；

（2）設(shè)計(jì)是滿足設(shè)備對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的要求；

（3）確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的工作；

（4）盡可能地簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本；

（5）充分提高自動(dòng)化強(qiáng)度，減輕勞動(dòng)力；

（6）改善操作性能，方便日后檢修。

在以上這幾個(gè)設(shè)計(jì)原則中，最為重要的是要滿足系統(tǒng)控制要求、確保系統(tǒng)安全可靠性、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這三個(gè)方面。滿足系統(tǒng)控制要求PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須確保能實(shí)現(xiàn)對(duì)象的全部動(dòng)作，滿足對(duì)象的各項(xiàng)技術(shù)要求。所以我們?cè)O(shè)計(jì)人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，一定要深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或者通過(guò)調(diào)研被控對(duì)象的機(jī)械、氣動(dòng)、液壓的組成和工作原理，充分了解設(shè)備或機(jī)械需要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作和應(yīng)具備的功能、以及各種執(zhí)行元件的性能和參數(shù)等等，然后設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行控制系統(tǒng)的規(guī)劃，確定系統(tǒng)的總體方案。

4.2 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床用PLC 可分為兩類：一類為獨(dú)立式PLC，PLC 是標(biāo)準(zhǔn)通用型的，其I/O 信號(hào)接口技術(shù)規(guī)范、I/O 點(diǎn)數(shù)、程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能等均能滿足數(shù)控機(jī)床的要求，與數(shù)控裝置有用I/O 點(diǎn)直接連接和用通信模塊連接的兩種連接方式；另一類是集成式PLC，是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制而設(shè)計(jì)的，與數(shù)控裝置融為一體的新式PLC。獨(dú)立式PLC 采用的是通用PLC，是一套獨(dú)立的PLC 系統(tǒng)，與數(shù)控裝置相互獨(dú)立，具有獨(dú)立的軟件和硬件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)。PLC 與數(shù)控裝置通常有兩種連接方式。一種連接方式是直接用數(shù)控裝置的I/O 連接PLC 的I/O，早期的數(shù)控裝置很多都采用這種方式。例如，海德漢TNCl55 采用的就是這種方式；PLC 采用SIEMENS 公司通用型$5115U 可編程控制器；美國(guó)TEACHABLEllI 數(shù)控裝置連接的是GE．FANUC 公司的90．30 系列PLC；集成式PLC 從屬于CNC 裝置，PLC 與NC 之間的信號(hào)是在數(shù)控裝置內(nèi)部傳送的。PLC 與機(jī)床側(cè)(MT)的連接是通過(guò)PLC 的I/O 接口實(shí)現(xiàn)的。

5 結(jié)束語(yǔ)

在十四五我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新時(shí)期，我國(guó)對(duì)未來(lái)制造業(yè)發(fā)展做出發(fā)展布局，作為制造大國(guó)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)與應(yīng)用都需要更高層次的改革創(chuàng)新。目前我國(guó)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展水平尚未達(dá)到世界一流水平。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)都是由于未具備高水平的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，制約著我國(guó)制造業(yè)水平更進(jìn)一步的發(fā)展。相信未來(lái)我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)會(huì)邁入全新的發(fā)展階段，中國(guó)制造業(yè)也會(huì)取得跨越式的發(fā)展成果。