PLC在數控機床電氣設計中的應用

朱志宇

摘 要：隨著經濟的快速發展，我國的制造業在國家及世界中的比重在不斷增加，其中精密制造水平在逐年提高。數控機床作為現今精密制造業中使用較多的機械設備，其通過PLC在其中的控制與應用，提高了數控設備的工作效率與工作水平，對于數控機床有著十分重要的意義。本文將在分析可編程控制器（PLC）工作原理的基礎上對PLC在數控機床中的應用進行分析闡述。

關鍵詞：PLC；控制；組成

中圖分類號：TM571 文獻標識碼：A

加工制造業是我國重點發展的行業，數據機床作為加工制造業的主要設備，除了需要對基礎各個坐標軸進行連續的精確定位控制外，還需要對數控機床主軸的停止/運轉、進給的啟停等的其他的功能進行控制，通過在數控機床中使用PLC可有效的提高數控機床的工作效率，做好PLC在數控機床中的應用是現今乃至今后一段時間數控機床發展的重要方向。

1 PLC在數控機床中的應用

隨著電子及控制技術的不斷發展，PLC在數控機床中的應用也越來越廣泛與深入，數控機床中的PLC控制主要是由輸入部分、邏輯控制部分以及輸出部分等幾大部分組成，其中輸入部分通過對分布在數控機床的中的各個傳感器采集數控機床在工作中的各種運行信息，并在內部邏輯分析的基礎上對數控機床的動作做出相應的判斷，并做出相應的輸出反應，輸出信號控制相應的動作機構做出相應的動作。PLC在數控機床電氣控制方式的優劣直接決定了控制系統的成敗，尤其是隨著技術的進步，數控機床的工作效率與定位精度要求越來越高，為實現數控機床的高精度加工，應當做好對于數控機床PLC控制系統性能的選擇，在控制器的選擇上需要根據預定完成的要求和被控對象本身所具有的特征、控制精度以及系統的運行速度等限制條件來選擇相應的控制系統，并在選擇的過程中充分考慮到性價比等的因素。現今的高精度數控機床中多采用的是主控單元+伺服控制模塊+電極+光柵尺的控制模式從而實現對于數控機床各運動軸的閉環控制，通過采用此種控制模式，數控機床的軸定位精度以及文件處理能力和人機交互功能以及高速數據處理能夠都有了極大的提升，伺服控制模塊以及伺服電機的采用使得運動軸的精確、高度定位得以實現，而光柵尺的使用則為系統提供了高達1μm的精度位置信息，數控機床中所采用的PLC通過接入機床的各種傳感器并對相應的信號做出處理，并在PLC與主控單元之間建立總線連接，將傳感器采集到的各種信號傳輸到PLC中通過PLC的邏輯處理并發送異常信號至主控單元進行報警。

2 數控機床的PLC控制功能分析

在數控機床的控制過程中采用的是X、Y、Z軸聯動的模式，為提高各軸的加工精度采用的是光柵尺實現的全閉環控制，從而實現對于軸的精確定位，并通過外擴展模擬量I/O點對高速變頻器進行控制，從而實現對于各軸電機的啟停控制，轉速同步控制等的功能，并在各軸的兩側加裝硬限位與軟限位等雙重防撞保護措施實現對于機床的保護。同時對采用機械手換刀的數控機床可以采用傳感器對刀具的深度與位置進行相應的檢測，并將檢測的信號傳輸到PLC中。

3 數控機床的電氣控制組成

數控機床的電氣控制系統由工控機、電源模塊、電機模塊、電機、光柵尺以及各種傳感器模塊、分布式模塊等部分組成，其中工控機主要實現對于文件數據的讀取與定位并通過數據總線傳輸到運動控制單元中。PLC實現對于數控機床中的各種信號的檢測等。數控機床中采用PLC電氣控制系統的優點如下：相較于繼電器、接觸器控制，PLC控制采用內部邏輯處理的方式拋棄了以往繼電器、接觸器的硬接線方式，同時PLC控制靈活性與擴展性也大大增強，功耗小、體積小。同時在控制速度、設計施工以及可靠性方面都有著極大的提升。

3.1 數控機床PLC控制的PLC選型

PLC分為整體式和模塊式兩種，在使用的過程中，應當根據數控機床所需要控制的點的數目來合理的選擇PLC的類型與型號。在PLC中的I/O點的選取中由于I/O點的價格較高，因此在選擇的過程中應當合理的選用PLC的I/O點數，在滿足控制需求的前提下選用合理的I/O點的數量，并保有一定的余量以應對后續的改裝。

3.2 設計數控機床的輸入輸出信號地址表

對于數控機床中的各類輸入輸出信號列制成表，并依次給出相應的地址與名稱，以備軟件編程和系統調試時使用的一種表。其中根據輸入點的類型可以分為數字信號與模擬信號，兩者所占據的點數是不同的，在編制信號表時要引起足夠的注意。

3.3 完成對于數控機床中的PLC控制系統的電氣原理圖的編制

I/O接口圖反映的是PLC輸入輸出模塊與現場設備的連接，其中PLC的輸入點主要采用的是共點式的接入方式，所有的輸入點都采用的是一個公共的輸入COM端。

3.4 完成數控機床PLC控制系統初始化梯形圖程序的編制

在數控機床PLC控制系統初始化程序主要用來實現對于數控機床中的各種信號，如啟停、預停以及各種原始信號，機床啟東前需要具備的各種初始信號，工作方式選擇信號，各種復位信號等，實現機床啟動自檢，并將所處理的結果作為數控機床啟動、停止、程序轉化的一句，在設計初始化程序時多采用的是經驗法的設計方式。完成后根據數控機床的工作方式、流程等編制PLC控制梯形圖，實現對于數控機床的PLC控制。完成PLC的編制后需要對PLC的可靠性進行檢測。

結語

PLC作為一種專業化的工業控制裝置，其具有開發性好、接線簡單、抗干擾能力強等的特點，本文在分析數控機床PLC電氣控制特點的基礎上對如何做好PLC控制在數控機床中的應用進行了分析闡述。

參考文獻

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