面向數控機床的PLC技術分析

趙云波

（云南機電職業技術學院，昆明650203）

面向數控機床的PLC技術分析

趙云波

（云南機電職業技術學院，昆明650203）

摘要：隨著現代控制技術的不斷成熟，可編程邏輯控制器（PLC）因其工作性能好、抗干擾能力強等優點應用于多種場合中。在數控機床中，出于對加工成品加工精度及質量等要求考慮，多使用PLC控制技術，本文就數控機床中PLC控制技術的使用加以論述，通過對PLC的了解使之更好地服務于數控機床加工，提高生產質量。

關鍵詞：數控機床數；加工；PLC；控制

由于傳統如繼電控制等控制技術在可靠性及抗干擾上存在不足，因而可編程邏輯控制器（以下簡稱為PLC）的使用為現代工業控制行業帶來革新。PLC是使用可編程存儲器，執行各種邏輯運算的工業控制器，因而在控制領域如數控機床、鋼鐵冶煉、交通運輸等多個行業中得到廣泛的應用，并可明顯提高控制水平。以下就PLC技術在數控機床中的應用加以詳細論述，通過對PLC的深入認識以達到提高數控機床對產品的加工精度及保證加工質量的目的。

1　PLC在數控機床中的使用介紹

1.1數控機床的基本介紹

機械制造行業是我國的重要支柱產業之一，隨著對機械加工產品數量及質量的要求的不斷提高，結合機電一體化技術的數控機床加工方式逐漸成為機械加工的主要方法。因數控機床將機械執行機構與電氣系統通過控制程序有機地結合起來，因而可有效提高產品的加工精度及質量。數控機床在運行時，其先由控制單元給出具體的控制信號，并經過一定的處理后控制執行機構動作，使之能夠根據預定的產品參數信息進行加工，得到精度及質量均符合使用要求的產品。以下圖1是數控機床的主要組成模塊框圖，其核心部分主要是計算機數控模塊（即CNC）、伺服單元、驅動裝置等。

圖1　數控機床的組成框圖

1.2PLC控制器介紹

PLC是以可讀寫及擦除的存儲器為核心器件，通過對其內部燒錄程序編譯以實現如計時、順序控制、邏輯運算等功能，并在模擬、數字輸入輸出信號間進行切換實現對設備的控制及生產過程。相比于傳統的控制方式如繼電器等，PLC不僅在運行可靠性性方面及抗外界干擾上均有著較好的性能，此外，PLC控制器的體積較小，其安裝及維護也較為方便，適用靈活性較高，可擴展應用于不同設備不同場合的控制需求；最后，由于PLC的編程是以梯形圖的方式開展，其指令簡單且較少，因而便于工程人員熟悉及掌握，利于運維管理。

2　PLC技術在數控機床中的應用

2.1數控機床中PLC的應用形式

在數控機床中，PLC的應用主要有兩種形式，一種是以內裝于數控機床的CNC模塊中，其是專用于通過內部總線實現二者間的信息通信，而PLC與機床的通信則借助于CNC的輸入/輸出端進行，由于共享使用內部總線因而具有較高的通信速度；而另一種則是在數控機床的CNC外接PLC的方式使用，PLC對機床的控制功能可獨立進行，因而對PLC的選擇有較好的靈活性，用戶可按需選擇合適的PLC型號及生產商。

2.2PLC在數控機床中的應用

由于PLC主要通過執行存儲器中的程序并輸出信號控制數控機床的執行機構動作，因而其功能主要依賴于在PLC與機床或是CNC的雙向通信實現。PLC與機床間的通信主要包括有機床向PLC發送機床上各開關、按鍵及操作面板各運行參數信息等，以及PLC向機床發出控制指令，控制機床上執行元件動作等。

PLC與CNC進行通信時，由于其使用內部總線進行通信，因而CNC輸出的信息可以數字信號形式輸送至PLC的寄存器中，而PLC中寄存器信息也可逆向傳輸至CNC中，進而實現信息的交互與共享。PLC與CNC的通信可實現S、T、M功能，S功能主要是以代碼法和直接指定法兩種方式實現對主軸旋轉速度的控制；而T功能則用來選擇機床所用的刀具，其主要通過機床將編寫的T代碼命令發送至PLC，PLC對其解析后選擇其對應的刀號，從而控制機床執行換刀操作；M功能則是在機床發出M指令信號給PLC時，PLC通過譯碼輸出對應的控制信號，進而操縱主軸進行正反轉、啟停等切換。

2.3PLC在數控機床中的工作過程

根據通用PLC的工作過程，在數控機床中PLC的工作流程可歸納為以下幾個部分：首先是對機床信息的導入及信號采集過程。這一部分主要是通過掃描的方式對輸入至PLC中機床各參數信息進行讀取，并將其儲存至PLC的映象寄存器中，在寄存器的內容不會受程序執行或是輸出不同的信息而改變；其次是將PLC以梯形圖方式編寫的程序進行編譯執行，這一過程主要是以由上至下、由左至右的順序逐條掃描已編寫的指令，并通過讀取輸入/輸出映象寄存器的相關數據執行處理、運算等，然后保存其運算結果至寄存器中，以便下次讀取使用；最后是輸出刷新部分，即是在PLC的程序或指令全部執行完成后，其寄存器將釋放結果并輸出至其他單元，完成控制執行機構動作的目的。

2.4PLC技術的其他應用

在數控機床中使用PLC技術不僅可控制加工過程中機床各刀具、主軸的運動狀態，保證工件的加工質量，此外還可利用PLC技術實現對機床設備的故障檢測工作。因PLC系統具有對機床各參數、運行狀態的信息收集及在線顯示功能，因而可根據PLC接收到的這些信息如機床主軸運行參數、刀具安裝定位信息等判斷及追蹤機床的故障點，進而及時對故障問題加以處理解決，保障機床運行的安全、穩定性。

3　結束語

由于現代數控機床是將機械執行機構與現代自動化控制技術有機結合的機電一體化產品，其控制技術水平是決定機床加工產品質量的關鍵要素。在數控機床中使用PLC控制技術可有效控制機床加工過程中各主軸、刀具及其他輔助設備的操作，進而可提高產品的加工質量并保證其加工精度滿足使用要求，實現企業經濟收益與生產效率的共贏。

參考文獻：

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［2]張強.PLC在數控機床中的應用研究［J].科技創新導報.2010（16）.

［3]曹慶澤.PLC技術及其在數控機床中的應用［J].科技傳播.2012（10）.

［4]朱楠.淺談PLC在數控機床中的運用［J].課程教育研究.2012（01）

作者簡介：趙云波（1976-），女，云南省澄江縣人，大學本科學歷，講師職稱。主要研究方向：機械設計與制造、數控技術。