一種基于PLC的數控機床控制系統的設計

摘要：為了促進機電行業的迅猛發展，以數控機床為切入點尋找突破途徑至關重要，只有不斷提高數控機床的精密度才能生產出合格的零件，滿足各行各業以及國民生活對產品的要求。本文提出了一種基于PLC的數控機床控制系統設計方案，利用可編程控制器的作用來契合機床數控系統功能模塊，深入了解數控機床系統的結構和裝置組成，完成對PLC和數控機床系統的硬件設計、系統初始化、功能模塊運用等多項操作，不斷提高數控機床的精密度。

關鍵詞：PLC；數控機床；控制系統

1、可編程控制器

可編程控制器簡稱PLC，普遍被運用在內部程序的存儲工作中，為系統提供了良好的編程條件，用戶可以借助該存儲器進行計數、算數操作、邏輯運算等活動，而通過輸入定時、順序控制等指令后即可生效，而生產過程中可以依靠PLC進行數字、模擬方式的輸入/輸出控制。PLC數控機床利用了傳統數控機床的優勢，同時嵌入了先進的PLC技術、通訊技術、計算機技術，發揮自動控制和微電子的作用，使其滿足數控機床運行和新型工業生產的雙重要求。

2、數控機床

數控機床以機床本體為基礎，通過核心部分數控裝置來發號和控制驅動機床，伺服系統發出指令后驅動機床會按照標準流程來執行，數控機床依靠三大主體部門來發揮職能作用，而數控系統會控制機床內部，以數字輸入的形式來完成信息輸出與輸入工作。

3、數控機床控制系統

3.1 數控機床控制系統結構組成

數控機床控制系統結構如圖1所示，通過輸入信息到數控裝置中，使其作用于PLC、主軸控制單元、速度控制單元以及伺服電機，機床電器邏輯控制裝置，位置檢測反饋裝置會通過數控裝置將信息輸出，完成整個系統的聯通工作。

3.2 數控裝置的組成

微型計算機為數控裝置提供了穩定的基礎和條件，使其能滿足各項數字控制活動要求，而數控機床通常簡稱為CNC，它擁有微型計算機機構和數控裝置功能模塊兩大主要部分，為系統運行提供了輸入/輸出裝置、存儲器、接口以及總線、中央處理單元，但是針對單一或復雜命令的執行都要啟動軟件和硬件雙重裝置，在系統程序的指揮下完成，而控制和管理軟件會協調和指揮硬件。

4、基于PLC數控機床控制系統的設計

我們在數控機床控制系統中嵌入可編程控制器，以變頻器、電機、光柵尺等裝置為主，保持系統的全封閉循環空間，通過存儲器編程來加強數控系統的精度，不斷增加適用對象數量。數控機床本身能夠檢測刀位情況，操作換刀、斷刀等活動，還能檢測和連接通信，進一步提升了數控機床的性能和作用，在實現生產自動化的過程中降低成本、提高生產效率，保證數控機床系統的正常運行。

4.1 硬件結構

針對數控機床的硬件設計利用機械部分為基礎，通過硬件電路和上下位軟件來完成整體構造，數控機床控制系統中的硬件電路發揮著機床驅動的作用，同時能為各部門傳遞有效的信息，為系統提供最穩固的保護。機械手換刀、斷刀檢測都是硬件部分提供的功能之一，氣缸外壁的電磁感應系統會控制并顯示機床機械手的位置，而光纖傳感器會隨時檢查刀具的情況。

4.2 系統初始化

系統初始化會提供工作原點復位和機床原點復位兩項選擇，如圖2所示為系統坐標系示意圖，在工件原點中放置毛坯和芯模，通過工件、工作和機床三大坐標來完成系統指令。機床原點的復位操作通過數軸的極限開關來控制，而按下復位按鈕后機床就會回到初始原點，準確定位旋壓加工位置。機床坐標系為整個機床坐標復位工作提供了有效的參照，保證機床待機加工前后的位置符合生產標準，減少位置誤差。機床運行過程中零件裝卡無恙以及旋壓制品裝卸正常的基礎上要減少原則和位置距離，使得加工起始位置能滿足設定原則，機床功能在考慮硬件結構的基礎上挖掘可編程控制器的作用。

4.3 系統功能模塊設計

針對系統功能模塊的設計要同時滿足硬件和軟件雙重要求，而只有符合系統運行和硬件結構的軟件才能使用于機床中。嵌入下位機軟件的過程中需要滿足許多條件，當將其放置到SIMO-TIOND環境中時，下位機會接收來自各部門的數據，將機床運行狀態和部件執行情況監測出來。

5、總結

PLC被廣泛運用于各大生產管理領域，而數控機床控制系統是機電領域中普遍使用的系統之一，和PLC的性能結合無疑是提高生產效率、完善機床性能的良好途徑。我們通過硬件結構、系統初始化等過程來完善系統結構，加快機電領域自動化發展腳步，為數控機床控制系統的性能開發和使用提供借鑒。