淺析PLC在數控銑床故障診斷系統中的應用

王曉波

【摘 要】隨著我國科學技術的快速發展，數控技術得到了不斷的提高，數控產業的發展使得數控系統的社會需求量逐步增加。我國傳統的機床控制系統不能夠確保機床的可靠性，它一般采用硬件邏輯控制電路，而PLC控制系統不僅具有較高的經濟性和可靠性，還能夠適用于機床的故障診斷系統，基于這一優勢，使得PLC控制系統在各類數控機床中得到了廣泛的應用。本文重點論述了基于PLC數控銑床對控制系統及故障診斷的相關設計與開發。

【關鍵詞】數控銑床 PLC系統 應用

PLC控制具有較高的柔性和可靠性，且開發周期短，特別適合應用在機床的診斷和控制系統，應用PLC控制能夠有效的提高產品的生產效率和控制系統的穩定性，但是，在設計和開發基于PLC控制的數控銑床時，要注意相關的技術問題，并采取合適的技術手段使得PLC控制系統能夠與數控系統完美的結合，這樣才能設計和開發出具有高性能和高可靠性的數控銑床。

1 PLC的相關簡述

PLC（Programmable logic Controller），即可編程控制器的簡稱，指的是以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。早在1987年，國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做出如下定義：“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行順序運算、邏輯運算、計數、計時和算術運算等操作的指令，并能通過模擬式或數字式的輸出和輸入，控制各種類型的機械或生產過程。”PLC是基于電子計算機的一種點控制器，通過電路的物理過程來實現控制，在實現控制功能的過程中主要靠運行存儲于PLC內存中的程序。雖然PLC基于電子計算機，但功能和普通計算機的功能存在著很大的差別。相較于電子計算機而言，PLC控制系統具有較高的可靠性和穩定性，并且系統采用模塊化結構，編程也很簡單，這使得PLC控制技術得到了快速的發展。

2 數控銑床的結構及其控制要求

每一種數控機床都有其基本的組成部分，并且每個部分在整個系統中都起著重要的作用。因此，在設計和開發控制系統的過程中需要明確每個部分的功能，這樣才能夠滿足實際生產的要求。數控銑床和其他的數控機床一樣，有著基本的結構和相應的控制要求，因不同零件需要不同的程序去加工，因此程序的編寫也顯得尤為重要。

2.1 數控編程分為手工編程和自動編程

（1）手工編程；手工編程是指編制加工程序的全過程都由手工完成，它具有編程快速、及時的優點，但對于形狀復雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件來說，采用手工編程比較困難且效率低下，最好是采用CAD/CAM軟件自動編程的方法來進行編程加工。（2）自動編程；自動編程是指用計算機編制數控加工程序的過程。自動編程的優點是效率高、程序正確性高；自動編程大大減輕了編程人員的勞動強度，解決了手工編程無法解決的復雜零件的編程難題；工作表面的形狀愈復雜，工藝過程愈繁瑣，自動編程的優勢愈明顯。因此，實踐教學中常以自動編程為主，手工編程為輔，兩者相結合的方式進行教學指導，既鍛煉了學生的編程能力，又達到了教學的目的。

2.2 數控銑床的基本結構

數控銑床的基本組成有：工控機、變頻器、伺服驅動器、可編程控制器PLC和CNC控制器，具體的工作原理如圖1所示。每一個組成部分都有著各自的功能，其中CNC控制器主要完成位置顯示、參數設置、調試等功能；伺服驅動器主要完成G功能；變頻器主要完成S功能；工控機主要完成狀態顯示、參數設置、遠程通信和程序設置等功能；而可編程控制器PLC主要完成電氣控制和系統故障診斷。

圖（1）數控系統結構簡圖

2.3 數控銑床的控制要求

數控銑床的控制可以分為輔助和主控控制部分。主控部分主要是對銑床的主軸進行控制，采用PLC取代傳統的繼電器控制。輔助控制主要是通過將PLC的輸出和輸入接口與數控系統的其他功能單元連接起來，實現機床的M、T的相關功能。此外，數控銑床的控制還要能夠實現故障檢測的功能以及控制潤滑油泵、冷卻泵等一些輔助控制功能。

3 PLC選型及其硬件電路的設計與開發

為了能夠實現數控銑床對控制系統及故障診斷的相關要求，我們需要選用功能強大的SYSMAC CPMIA型可編程控制器。這種可編程的控制器有24個是輸入點，16個是輸出點。由于這種控制器是輸入、輸出一體化的組件型結構，在安裝和調試時很方便，輸入響應的速度比較快，同時也還能夠進行I/O口擴展。如下圖中PLC輸入、輸出電路：

圖2 直流輸入接口電路圖

4 PLC控制系統的軟件設計與開發

控制系統通過PLC軟件實現對數控銑床的控制，一般情況下，通過RS-233C通信接口在PC機WINDOWS環境下根據相應的控制要求以及PLC輸入、輸出地址表，可以利用梯形圖編制相關的控制程序。通常情況下PLC本身的可靠性相對比較高，但是與PLC外接的輸出元件容易發生故障。因此，在進行軟件設計和開發時，需要確保軟件具有檢測和消除故障的功能，這樣才能夠使整個數據銑床的可靠性得到大幅度的提高。下面主要針對數控銑床PLC軟件設計和開發中的相關問題進行論述。

4.1 強電關斷優選

在數控銑床的軟件開發和設計中，一定要注意強電關斷優選的原則。在控制信號中只要有強電關斷的信號，其他的信號無論出于何種狀態都需要關斷強電，只有關斷信號啟動后，中間繼電器信號才能夠啟動，并且中間繼電器通過常開觸點實現自鎖。

4.2 動作的互鎖控制

在設計開發時，還需要注意動作的互鎖控制。數控銑床的主軸正轉和反轉是不可能同時發生的動作，一旦一個動作發生了，另一個動作就不可能在這一時間發生，要想實現這一控制功能，需要采用互鎖控制，這時可以采用KM2和KM3的常閉觸點作為互鎖信號，然后在串入KM2和KM3的控制回路中關斷，進而來保障主軸正轉和反轉的不同時動作。KM2和KM3這兩個中間繼電器啟動的先決條件，就是另外的一個回路必須處于關斷狀態，具體的情況如下圖3所示。

圖（3）主軸轉向控制電路圖

4.3 動作順序聯鎖控制

數控銑床的操作順序中需要注意順序的聯鎖控制，有些是有嚴格要求的，不能夠出現順序錯誤，否則會影響數控銑床的正常運轉和工件的加工質量。在設計軟件時需要控制各個執行動作的順序，通常會采用聯鎖控制的方法進行順序的控制。在數控銑床的PLC控制軟件設計中注意動作順序的控制，將會大大提高產品加工的可靠性和產品的質量。

5 結語

隨著科學技術的快速發展，數控行業也得到了快速的發展，一些數控產品相繼誕生。PLC控制系統的可靠性和穩定性，使得這種系統廣泛應用于各類數控機床。然而，基于PLC的數控銑床的設計和開發還需要進一步的研究，從而更進一步地滿足實際生產的要求。

參考文獻：

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