試論PLC在數控機床控制系統中的運用

【摘 要】可編程控制器（PLC）是一種目前應用范圍極其廣泛的空也控制計算機，由于專門針對工業環境而開發和設計，因此它具有極佳的運行可靠性和抗干擾能力，并且整體體積較小，是目前為止實現機電一體化的最佳控制裝置，非常適合應用于數控機床等工業設備之上。本文在參閱眾多相關資料文獻、總結深入實踐經驗的基礎上，對可編程控制器（PLC）在數控機床控制系統中運用的情況提供了相關見解。

【關鍵詞】可編程控制器（PLC）；數控機床控制系統；實際應用

前言

目前，可編程控制器（PLC）應該廣泛地應用于數控機床的前期設計、數據處理、過程控制、生產控制中，提高了數控機床的自動化控制水平和加工精度。在本文中，筆者對可編程控制器（PLC）在數控機床控制系統中運用的情況提供了相關見解。

1 PLC在數控機床控制系統中的運用難點

一般而言，數控機床主要由主體機床、輸入/輸出設備、檢測反饋設備、伺服系統、可編程控制器（PLC）、觸摸屏等六個部分構成。

數控機床的每一個構成部分均有不同的分工和職責，所以可編程控制器（PLC）的應用也存在不同的困難：（1）主體機床主要包括機械設備和電氣設備兩個關鍵設備，因此在進行總體方案設計的時候應該綜合考慮機械設備和電氣設備兩個方面，而后才能夠確定數控機床的各種功能。不論是數控機床的數控系統，還是數控機床的機械要求均非常復雜，為了能夠揚長避短，機電設計雙方必須要進行及時有效地溝通。（2）輸入/輸出設備主要負責把各種加工信息傳輸給計算機以及將計算機的操作指令回傳給操作系統，因此，輸入/輸出設備要求具有可靠穩定的工作狀態和良好的信息傳輸能力，將信息延遲降到最低。（3）檢測反饋設備主要負責檢測控制系統的運行狀態是否安全是否穩定，實現故障元件自動檢測、系統行程保護等功能非常重要，同樣也具有一定難度。不建議使用開環控制方式，開環控制沒有反饋環節，系統的穩定性不高，精確度不高，使用于對系統穩定性精確度要求不高的簡單的系統。閉環控制的優點是充分發揮了反饋的重要作用，排除了難以預料或不確定的因素，使校正行動更準確，更有力，如通過編碼器或者光柵尺反饋達到伺服的精確定位。（4）伺服系統的選件、裝備、編程、操作等必須要具有一定的合理性，同時保證機床加工具有很高的穩定性和精度。實際操作中的加工速度和加工精度需要進行很好地權衡。另外，一旦現場條件出現轉變，伺服系統當中的各種操作參數也應該進行相應地修改，但是這些修改必須要滿足操作連續性的要求，并且允許在線進行修改。（5）除此之外，應該將壓敏電阻安裝在電源輸入端從而有效防止防止可編程控制器（PLC）因為電壓過高等原因而損壞；變壓器等發熱元件不能夠安裝可編程控制器（PLC）的下方，并且伺服驅動器也要與可編程控制器（PLC）保持一定距離，避免因為過熱造成可編程控制器（PLC）燒毀。

2 基于PLC的數控機床控制系統方案

2.1 粗定位階段和精定位階段的科學劃分

將定位過程科學劃分為粗定位階段和精定位階段，能夠在保障地位精度的同時有效提高定位速度。具體內容是，脈沖控制步進電機采用頻率相同但是脈沖當量不同的脈沖對其進行控制。（1）粗定位階段主要是指，在點位過程（處于該過程時刀具不進行切削作業）當中采用大脈沖當量，例如，0.1mm/步、1.0mm/步、1.5mm/步等等。（2）精定位階段主要是指，完成粗定位階段之后，應該采用小脈沖當量來使工作臺或者刀具慢慢代加工零件進而確保定位精度，例如，0.01mm步。從分工角度來看，粗定位階段負責提升定位速度，精定位階段負責保證定位精度，并且由于精定位階段僅僅占全部定位行程的1%-2%左右，基本上不影響定位速度。在機械設備方面可以采用兩套變速裝置，粗定位階段由電機直接驅動，精定位階段則進行降速驅動，由電磁離合器控制兩套變速裝置的切換。

2.2 利用BCD碼撥盤數據輸人應用功能指令

在可編程控制器（PLC）控制系統當中安裝BCD碼撥盤之后，則可以省略數碼輸人顯示電路。此舉不僅讓硬件電路得到了簡化和優化，更加降低了可編程控制器（PLC）輸入點的使用數量，此外，還能夠實現各種操作執行的存儲與傳輸，提高了操作的方便性。如果配合簡單的硬件譯碼電路，就可顯示有關參數的動態變化。為避免在系統運行中撥動撥盤可能給系統造成的波動，最好設置一輸人鍵，當確認各片撥盤都撥到位后再按該鍵，這時數據才被PLC讀人并處理。

2.3 觸摸屏全指令顯示

采用觸摸屏對指令、故障信息等內容進行直觀顯示，工作人員通常顯示的故障代碼可以找到問題根源；另外，在觸摸屏上進行各種手動操作更加簡單容易。

2.4 PLC外部元件故障的自動檢測

由于PLC具有極高的可靠性，因此PLC控制系統中絕大部分的故障不是來自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常見的按鈕或行程開關觸點的熔焊及氧化就分別對應著短路故障及開路故障。系統一旦自動檢測到元件故障，應不僅具有聲光報警功能，而且能立即顯示故障代碼，以便用戶據此迅速判斷出故障原因。

2.5 檢查反饋功能

數控機床各軸均設二端極限傳感器和原點傳感器，冷卻和潤滑也都有異常檢測，在報警燈和人機界面處顯示報警信息，由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環進給系統在結構上比開環進給系統復雜，成本也高，對環境室溫要求嚴，設計和調試都比開環系統難，但是可以獲得比開環進給系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。

2.6 可編程控制器（PLC）梯形圖編程方法

應用于數控機床當中的可編程控制器（PLC）具有良好檢測功能與顯示功能，其中，可編程控制器（PLC）梯形圖能夠顯示數控機床的各種參數信息，例如機床參數、機床工作狀態、刀具管理數據、坐標位置數據等，具有十分廣泛的用途。通過可編程控制器（PLC）梯形圖，我們能夠非常直觀地觀察機床的定時器、內部繼電器以及各種接口的狀態信息。同時，我們可以利用可編程控制器（PLC）梯形圖所反映出來的控制邏輯，對數控機床外圍設備的故障原因進行跟蹤。具體而言就是，可編程控制器（PLC）梯形圖本身具有動態監控功能，能夠對相關設備運行信號是否正確進行觀察，出現出現信號錯誤，則能夠利用梯形圖對其進行向前或者向后的翻查與跟蹤，確定導致節點處于錯誤狀態的因素，我們予以及時地糾正。

為了更加生動地闡述可編程控制器（PLC）梯形圖編程方法，下面將Fanuc Oi系列數控系統作為本文的案例進行比較詳細的分析和探討。首先按下【SYSTEM】鍵進入到可編程控制器（PLC）梯形圖界面，隨后按下【PMC】軟鍵，而后選擇按下【PMCLAD】，至此，我們便進入到可編程控制器（PLC）動態顯示的梯形圖程序界面。如果需要檢索相關的程序，則應該按下【SEARCH】檢索信號軟鍵，利用界面上的左右方向軟件或者上下翻頁軟件來檢索自己所需要的信號。

3 結束語

在當前的工業自動化控制領域，可編程控制器（PLC）非常受到人們的親睞，更是因此獲得大規模的應用。相對于其它的工業自動化控制產品，可編程控制器（PLC）具有硬件成本低、組機周期短以及控制性能強等諸多優勢，并且由于可編程控制器（PLC）已經問世幾十年，經過不斷地完善和更新，其技術已經相當成熟，具有良好的運行穩定性和可靠性。

參考文獻：

[1]周荃. 淺談PLC在數控機床控制系統中的應用[J]. 濰坊高等職業教育，2008，(04)：125-126.

[2]劉芬. 論PLC控制在機床數控系統中的應用[J]. 河北職業技術學院學報，2007，(02)：223-224.

[3]趙磊生，師路歡. 大口徑非球面光學元件磨削控制系統的研究[J]. 許昌學院學報，2010，(05)：203-204.

[4]姜云寬. PLC在數控系統中應用研究[J]. 科協論壇(下半月)，2011，(01)：155-156.