淺談PLC在數控機床中的運用

朱 楠

ZHU Nan

浙江工業職業技術學院 紹興 312000

0 引言

由于近年來可編程控制器PLC技術取得了快速發展，其在自動控制之中的運用也變得更為廣泛。PLC是一種專門為工業運用而設計出來的計算機，目前已經被運用到數控機床這一工業領域之中。可編程控制器在控制的性能上，在組機的周期上，在硬件成本上等諸多方面所展現出的種種優勢均為其他種類的工業控制產品所無法進行比擬的。所以，可編程控制器技術在工業自動化在數控機床中的運用正在變得愈來愈多。

1 數控機床的基本構成

一般來說，數控機床是由三個重要部分組合而成的，也就是數控機床的本體，對數控機床實施指揮與控制的裝置，對機床執行機構進行控制的伺服體系，其中的重點部分則是數控機床控制與指揮裝置。CNC是計算機數控系統之縮寫，是在硬線數控系統，即NC的基礎之上逐步發展起來的，主要是由一臺計算機來完成以往硬線數控系統機床中數控裝置的各項功能，并運用存貯器實施了對零件加工之存貯。目前，現在所大量應用的數控系統主要是CNC，而PLC則以傳統順序控制器為基礎，融合進了微電子技術、電腦技術和通訊技術等，從而發展成為新一代的工業控制用裝置，從而能夠代替繼電器，實施邏輯、記時以及計數等控制性功能，并建立起良好的程控系統。PLC主要可用于對通用設備進行自動化控制。數控機床的計算機數控裝置可依據使用者所輸入之零件加工程序實施各個處理口的運動軌跡之處理，隨后再通過控制命令，再對相應執行部件進行伺服。上述工作均由CNC裝置內的硬件與軟件相互協調配合，并合理地組織，使整個系統都能進行有條不紊的工作。

2 數控機床用PLC的分類

數控機床用可編程控制器一般來說可以分為兩大類，第一類是內裝可編程控制器，而另一類則是外置型可編程控制器或稱獨立型可編程控制器。當前，相當多的數控系統都選擇了內裝型的PLC。內裝式可編程控制器和CNC相互間所進行的信息交換主要是通過公共RAM區加以實現的，所以，內裝可編程控制器和CNC之間并沒有連線，而且信息的交換量相當大，安裝與調試更為簡捷方便，而且結構也更加緊湊，可靠性相對較好。內裝式可編程控制器和機床側主要是通過CNC的輸入與輸出接口電路來實現對信號的傳送功能的。獨立型可編程控制器則位于CNC的外部，其自身就已經具備了較為完善的軟件與硬件功能，和內裝型可編程控制器比較起來，獨立型可編程控制器的功能更為強大，但是，一般來說都需要配置有單獨設置的一種編程系統。

3 PLC與數控機床的信息交換方式

數控機床應用可編程控制器和外部信息交換可編程控制器、CNC、數控機床這三者間的信息交換主要包含了以下四個組成部分。一是從數控機床到PLC。數控機床一側信號主要是通過I/O單元的接口進入到可編程控制器的，而輸入之地址則由可編程控制器程序的編制員自行進行定義的，自然應當依據相關的規范來加以確定。二是從PLC到數控機床。依據數控機床之配置，和所需要完成的各種控制功能，可以由可編程控制器將控制的信號傳輸到機床一側，而輸出信號之地址同樣也是讓程序編制人員自行加以定義的。三是從CNC到PLC。從CNC送到可編程控制器的信息應當由CNC直接輸入可編程控制器的寄存器之中，全部CNC送到可編程控制器的信號含義以及地址都是由CNC的生產廠家加以確定的，可編程控制器的編程人員只能使用，而不能加改變，更不能隨意地增刪。比如，數控機床中的M、S與T等功能主要是通過經過CNC譯碼之后直接輸送到可編程控制器的相應寄存器之中的。四是從PLC到CNC。從可編程控制器送到CNC之中的信息主要也是由開關量的信號或者寄存器加以完成的。全部可編程控制器送到CNC之中的信號地址以及含義全部由CNC生產廠家加以確定，可編程控制器的編程人員只能使用，而不能加以改變，更不能進行增刪。

4 PLC在數控機床中的具體應用

PLC在數控機床中具體有以下三個功能。

一是T功能。這實際上指的是如何去選擇刀具。系統所送出的T代碼指令給可編程控制器，在經過了譯碼之后，再到數據表中進行檢索，就能找到T代碼所確定的刀號，接下來將其和現有的刀號加以比較，一旦不符就應當發出換刀的指令，而對應的數控裝置I/O口則成為了高電平。使用者在接入可編程控制器的輸入端軟開關之后換刀，當電機旋轉到位之后又換刀，使電機得以反轉，等刀架下落后再壓緊，待壓緊力較大后再連接開關，一直到機床系統出現了完成的信號。

二是M功能。當機床系統送出M指令到可編程控制器之后，經過在譯碼之后，可輸出到控制信號之中，再控制住主軸，并進行正反轉和啟動停止，一直到數控機床系統發出完成信號為止。各類不同的數控機床運用可編程控制器所能夠實現的輔助性功能也是各不相同的，但是，種類繁多的數控機床一般都會有以下基本的輔助性功能，比如程序停止、主軸順針旋轉、主軸停止以及準備換刀等，而部分功能主要是由數控系統自身所具有硬件與軟件來加以實施，當然，尚有部分需通過數控裝置和編程控制器的結合而得以實現。

三是S功能。S指令所具有的功能主要是完成對于主軸之控制，具體可分為代碼法與直接指定法等兩種方法。前者是指在S的后面跟上兩位數字，該數字并不直接代表主軸轉速之大小，而是數控機床主軸的轉速數列之序號，后者是指S后面直接為數控機床的主軸轉速之值。四是編程控制器的梯形圖編程。機床PLC擁有顯示與檢測等多種功能，而PLC的梯形圖則能夠產生相當廣泛的用途。梯形圖編程能夠傳遞數控機床當前的工作情況、坐標位置、刀具情況及參數等大量信息，能夠方便地將數控機床之接口、繼電器及定時器等部位的信息直觀地加以展示，同時還可運用梯形圖以揭示出PLC的控制方式，可以跟蹤觀察外圍設施出現故障之原因所在，并運用好梯形圖所具有的監控功能來觀察各種信號是否正常。一旦使用者發現有節點的狀態不正常時，可以結合梯形圖，通過向前與向后進行追蹤，從而查找出造成節點狀態不正常的原因之所在。在驅動程序的選擇上，應當對手動、自動、單步等程序進行合理的選擇，并運用好跳轉指令。如果合上了X12，就能使常閉斷開，從而實施手動程序；如果斷開了X12斷開，X13就會合上，程序將自動跳出手動程序，等指針指向P0處之后，就開始實施自動程序，而手動與自動程序則是依據具體的零件進行有針對性的設計而形成的。

5 結束語

綜上所述，數控機床是將計算機技術、可編程控制器技術以及自動化技術融合起來的機電一體化裝置。PLC是數控機床最為重要的控制系統，可以說是直接關系到了數控設備是否正常地運轉。運用好數控機床可編程控制器的良好功能，能夠全面地發揮出數控機床控制系統所具有的突出作用，并且還能為數控機床相關故障的診斷與故障維修提供更為全面的服務。

[1] 蔣洪平.數控設備故障診斷與維修[M].北京:北京理工大學出版社,2007.

[2] 譚華,王建軍.PLC 程序在數控機床故障診斷中的應用[J].無錫商業職業技術學院學報,2006,(6).

[3] 夏燕蘭.PLC在數控沖床上的應用[J].鍛壓裝備與制造技術,2007,(5).