淺析數控機床中的可編程控制器的應用

摘要: 用PLC程序進行數控機床的故障診斷，既準確又快速。筆者結合案例分析探討PLC在數控機床中的實現方式。

關鍵詞: 可編程序控制器;數控機床數控機床;信息交換

1概述

數控機床機床數控系統具有較強的數據處理能力和圖形顯示功能，可編程序控制器具，有較好的邏輯處理功能，可以充當數控系統微處理器與機床強電控制的橋梁。

2可編程序控制器與外部信息的交換

可編程序控制器、數控機床和機床之間的信息交換包括如下四部分:

(1)機床至可編程序控制器:機床側的開關量信號通過I/O單元接口輸入到可編程序控制器中，除極少數信號外，絕大多數信號的含義及所占用可編程序控制器的地址均可由可編程序控制器程序設計者自行定義，如在SINUMERIK810數控系統中，機床側的某一開關信號就是通過I/O端子板輸入至I/O模塊中。然后通過系統總線到達可編程序控制器。

(2)可編程序控制器至機床:可編程序控制器控制機床的信號通過可編程序控制器的開關量輸出接口送到機床側，所有開關量輸出信號的含義及所占用可編程序控制器的地址可也由可編程序控制器程序設計者自行定義。如在SINUMERIK810系統中，機床側某電磁閥的動作由可編程序控制器的輸出信號來控制，設該信號用Q1.4來定義。該信號通過I/O模塊和I/O端子板輸至中間繼電器線圈，繼電器的觸點又使電磁閥的線圈得電，從而控制電磁閥的動作。

(3)數控機床至可編程序控制器:數控機床送至可編程序控制器的信息可由數控機床直接送入可編程序控制器的寄存器中，所有數控機床送至可編程序控制器的信號含義和地址(開關量地址或寄存器地址)均由數控機床廠家確定，可編程序控制器編程者只可使用不可改變和增刪。如數控指令的M、S、T功能，通過數控機床譯碼后直接送入可編程序控制器相應的寄存器中。如在SINUMERIK810數控系統中，MO3指令經譯碼后，送入FY27.3寄存器中。

(4)可編程序控制器至數控機床:可編程序控制器送至數控機床的信息也由開關量信號或寄存器完成，所有可編程序控制器送至數控機床的信號地址與含義由數控機床廠家確定，可編程序控制器編程者只可使用，不可改變和增刪。如SINUMERIK810數控系統中，Q108.5為可編程序控制器至數控機床的進給使能信號。

3可編程序控制器在數控機床中的功能

(1)機床操作面板控制功能

將機床操作面板上的控制信號直接送入可編程序控制器，以控制數控系統的運行。

(2)機床外部開關輸入信號控制功能

將機床側的開關信號送入可編程序控制器，經邏輯運算后，輸出給控制對象。這些控制開關包括各類控制開關、行程開關、接近開關、壓力開關和溫控開關等。

(3)輸出信號控制功能

可編程序控制器輸出的信號經強電柜中的繼電器、接觸器、通過機床側的液壓或氣動電磁閥，對刀庫、機械手和回轉工作臺等裝置進行控制，另外還對冷卻泵電機、潤滑泵電動機及電磁制動器等進行控制。

(4)伺服控制功能

控制主要軸和伺服進給驅動裝置的使能的信號，以滿足伺服驅動的條件，通過驅動裝置、驅動主軸電動機、伺服進給電動機和刀庫電動機等。

(5)報警處理控制功能

可編程序控制器收集強電柜，機床側和伺服驅動裝置的故障信號，將報警標志中的檢應報警標志位置位、數控系統便顯示報警號及報警文本，以方便故障診斷。

(6)軟盤驅動裝置控制功能

有些數控機床用計算機軟盤取代了傳統的光電閱讀機，通過控制軟盤驅動裝置，實現與數控系統進行零件程序、機床參數、零點編置和刀具補償等數據的傳輸。

(7)轉換控制功能

有些加工中心的主軸可以立臥轉換，當進行立臥轉換時，可編程序控制器完成下述工作:1)切換主軸控制接觸器。2)通過可編程序控制器的內部功能，在線修改有關機床數據位。3)切換伺服系統進給模塊，并切換用于坐標軸控制的

各種開關、按鍵等。

4 數控機床加工代碼在可編程序控制器上的實現方法

目前，數控機床程序中，有關機床坐標系約定、準備功能、輸出功能、刀具功能及程序格式等方面已趨于統一，形成了統一的標準，即所謂的數控機床機床ISO代碼。在這個加工程序中包含許多程序段，每個段又由若干字組成，每1個字表示1種功能，歸納起來有4種:一種是準備功能，即所謂的G代碼;第二種是輔助功能，即所謂的M代碼;第三種是刀具功能，即所謂的T代碼;第四種是轉速功能即所謂的S代碼。根據數控機床性能的不同能執行這4種功能多少的程度也不同。在數控機床內部4種功能中，G功能主要與聯動坐標軸驅動有關，是通過CPU控制數控裝置的I/O接口實現;M功能主要控制機床強電部分，包括主軸換向、冷卻液開關等功能;T功能與刀具的選擇和補償有關。S功能主要完成機床主軸轉速控制。

(1) T功能代碼的實現方法

T功能代碼包含兩部分，一是刀具選擇;二是刀具位置補償。在可編程序控制器上實現的是第1部分功能:刀具選擇。換刀過程如下:運行數控程序，發出某個刀具號的換刀指令，對應的數控裝置I/O口變為高電平，使可編程序控制器輸入端的軟開關接通，換刀電機正轉，當在刀架上的干簧管觸點開關接通后，換刀電機反轉，使刀架下落壓緊，當壓緊力足夠大時，微動開關接通，換刀電機停止運轉。

(2) M功能代碼實現方法

ISO數控加工代碼標準中輔助功能很多，對于不同的數控機床，所能實現的輔助功能也不盡相同，但是各種數控機床，都具有一些基本的輔助功能，如MOO(程序停止)，MO3(主軸正轉)，MO5(主軸停止)等，M功能的一部分是由數控系統本身的硬件和軟件實現，還有一部分需要數控裝置與可編程序控制器相結合來完成，如主軸的正轉與停止功能，M功能的實現與T功能的實現方法類似，同樣是數控裝置I/O接口發出指令，由可編程序控制器輸入端狀態和可編程序控制器內部ROM中的梯形圖程序決定可編程序控制器輸出端的狀態，進而完成M功能。

(3) S功能的實現方法

S功能主要完成主軸轉速的控制，并且常用S2位代碼形式和S4位代碼形式來進行編程，所謂S2位代碼編程是指S代碼后跟隨2位十進制數字來指定主軸轉速共有100級(S00~S99)，并且按等經級數遞增，其公比為1.12，即相鄰分度的后一級速度比前一級速度增加約12%。這樣根據主軸轉速的上、下限和上述等比關系就可以獲得一個S2位代碼與主軸轉速(BCD碼)的對應表格，它用于S2位代碼的譯碼， S代碼和數據轉換實際上就是針對S2位代碼查出主軸轉速的大小，然后將其轉換成二進制數，并經上、下限幅處理后，將得到的數字量進行D/A轉換，輸出一個0~10V或0~5V或-10~+10V的直流控制電壓給主軸伺服系統或主軸變頻器，從而保證了主軸按要求的速度旋轉。

參考文獻:

[1]王侃夫主編#8226;機床數控技術基礎#8226;北京:機械工業出版社，2001

[2]嚴愛珍主編#8226;機床數控原理與系統#8226;北京:機械工業出版社， 2000

[3]王兆義編#8226;可編程控制器教程#8226;北京:機械工業出版社，1992