PLC可編程序控制器在機床數控系統中的應用探討

近年來，PLC在工業自動控制領域的應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面的綜合優勢是其他工控產品難以比擬的。在機床的實際設計和生產過程中，為了提高數控機床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。

一、數控機床結構及工作過程

數控機床由輸入、輸出裝置，數控裝置，可編程控制器，伺服系統，檢測反饋裝置和機床主機等組成，輸入裝置將不同加工信息傳遞給計算機。輸出指輸出內部工作參數(含機床正常、理想工作狀態下的原始參數，故障診斷參數等)，一般在機床剛工作需輸出這些參數作記錄保存；待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否正常。數控裝置是數控機床的核心與主導，完成所有加工數據的處理、計算工作，最終實現數控機床各功能的指揮工作。可編程控制器對主軸單元實現控制，對程序中的轉速指令進行處理而控制主軸轉速；管理刀庫，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數等管理；控制主軸正反轉和停止、準停、切削液開關、卡盤夾緊松開、機械手取送刀等動作；還對機床外部開關進行控制；對輸出信號(刀庫、機械手、回轉工作臺等)進行控制。檢測反饋裝置由檢測元件和相應的電路組成，主要是檢測速度和位移，并將信息反饋給數控裝置，實現閉環控制以保證數控機床的加工精度。

二、機床數控系統需要解決的幾個問題

機床由機械和電氣兩部分組成，在設計總體方案時應從機電兩方面來考慮機床各種功能的實施方案。數控機床的機械要求和數控系統的功能都很復雜，所以更應讓機、電溝通，揚長避短。機床控制系統選件、裝配、程序編制及操作都比較合理，精度和穩定性都必須滿足使用要求。同時為便于調試和檢修，各項操作均應設手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉、切削液及潤滑開關等。PLC按照邏輯條件進行順序動作或按照時序動作，另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行聯鎖保護動作的控制，PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制的主要產品，在機床的電氣控制中應用也比較普遍。

在實際控制中要求對控制系統可變參數在線進行修改，使用編程器可以方便、快速地改變原設定參數。但編程器一般不能交現場操作人員使用，所以，應考慮開發其他簡便有效的方法，實現PLC的可變控制參數的在線修改。另外，為了防止電壓過高損壞PLC，電源輸入端應加上壓敏電阻。為了防止過熱，PLC不許安裝在變壓器等發熱元件的正上方，變頻器須與PLC、伺服驅動器等保持一定距離。在元件間留有適當空隙，利于散熱，并且在配電箱上安裝風扇降溫。

三、PLC的數控機床定位伺服控制系統分析

數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義是產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。必須選擇穩定可靠的控制單元才能保證數控機床的正常、高效運行。

可編程邏輯控制器是該機床各項功能的邏輯控制中心，集成于數控系統中，主要是指控制軟件的集成化，而PLC硬件則在規模較大的系統中采取分布式結構。伺服系統最高速度的選擇要考慮到機床的機械允許界限和實際加工要求，高速度固然能提高生產率，但對驅動要求也更高。全閉環伺服系統是將位置檢測元件置于被測坐標軸的終端移動部件上，以檢測機械傳動鏈中的螺距誤差、間隙及各種干擾所造成的傳動誤差，并進行反饋補償控制，從而提高機床的位置控制精度。在全閉環伺服控制系統中，對位置檢測元件和反饋元件的選擇很關鍵。感應同步器具有精度高、重復性好、抗干擾能力強、耐油耐污及維護簡單等優點，特別適合于高精度全閉環數控機床的工作場合。數控機床要求具備穩定性、快速性和準確性，而大型數控機床的機械傳動裝置轉動慣量較大，固有頻率低，要使其大大高于系統截止頻率很困難，全閉環包括該進給系統軸幾乎所有不穩定的非線性因素，調整不當很容易使機床產生抖動現象。

因此，數控機床全閉環伺服系統在保證快速性的基礎上應主要解決機床進給運動的穩定性而獲得比半閉環伺服系統高的位置精度。伺服電機的編碼器將位移檢測信號反饋給伺服驅動器，驅動器將輸入信號的脈沖頻率和脈沖數與回饋信號的頻率和脈沖數，經內部的偏差計數器與頻率轉電壓電路處理后，得到脈沖偏差值與轉速誤差值。伺服電機的轉速與輸入信號的脈沖頻率成正比，而電機的移動量則由脈沖數決定。

（作者單位：廊坊市高級技工學校）