可編程控制器PLC在數控機床中的應用

杜雁飛 姜 蕊

(濱州渤海活塞有限公司 山東 濱州 256602)

可編程控制器PLC在數控機床中的應用

杜雁飛 姜 蕊

(濱州渤海活塞有限公司 山東 濱州 256602)

目前，可編程控制器 (PLC)廣泛應用于數控機床等工業控制中。數控機床的控制部分可分為數字控制和順序控制兩部分，數字控制部分包括對各坐標軸位置的連續控制，而順序控制包括對主軸正/反轉和啟動/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾座、排屑等輔助動作的控制。現代數控機床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制，使數控機床結構更緊湊，功能更豐富，響應速度和可靠性大大提高。

可編程控制器 (PLC);數控機床;控制

一、PLC的定義及優點

可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數字的或模擬的輸入/輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和運算等功能，用于控制機器或生產過程的自動化控制裝置。可編程控制器(PLC)具有以下優點:a.抗干擾能力強，可靠性極高b.編程方便c.使用方便d.維護方便e.設計、施工、調試周期短f.易干實現機電一體化。

二、PLC的工作過程

PLC是采用周期性順序掃描。CPU連續執行用戶程序和任務的循環序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執行過程是CPU的循環掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。PLC經過五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個掃描周期后，又重新執行上述過程，掃描周而復始地進行。

1.自診斷:每次掃描用戶程序之前，都先執行故障自診斷程序。自診斷內容為I/0部分、存儲器、CPU等，發現異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續向下掃描。

2.通訊處理:PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通信請求，若有則進行相應處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數據，并把要顯示的狀態、數據、出錯信息等發送給編程器進行顯示。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數據的接受和發送任務。

3.掃描輸入:PLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將所有輸入端的狀態送到輸入映象寄存器。

4.執行程序:中央處理器CPU將逐條執行用戶指令程序，即按程序要求對數據進行邏輯、算術運算，再將正確的結果送到輸出狀態寄存器中。

5.刷新輸出:當所有的指令執行完畢時，集中把輸出映象寄存器的狀態通過輸出部件轉換成被控設備所能接受的電壓或電流信號，以驅動被控設備。

三、車床的PLC數控系統控制原理設計

(一)車床的操作要求

車床一般加工回轉表面、螺紋等。要求其動作一般是X、Z向快進、慢進、快退。加工過程中能進行自動、手動、車外圓與車螺紋等轉換;并且能進行中止操作。

(二)PLC數控系統需解決的問題

車床的操作過程比較復雜，而PLC一般只適用于動作的順序控制。要將PLC用于控制車床動作，必須解決三個問題:

1.如何產生驅動伺服機構的信號及X、Z向動作的協調;

2.如何改變進給系統速度;

3.車螺紋如何實現內聯系傳動及螺紋導程的變化。將PLC及其控制模塊和相應的執行元件組合，這些問題是可以解決的。

(三)數控系統的控制原理

普通車床數控化改造工作就是將刀架、X、Z向進給改為數控控制。根據改造特點，伺服元件采用步進電機，實行開環控制系統就能滿足要求。Z向脈沖當量取0.01mm，X向脈沖當量取0.005mm。選用晶體管輸出型的PLC驅動步進電機脈沖信號由編程產生，通過程序產生不同頻率脈沖實現變速。X、Z向動作可通過輸入手動操作或程序自動控制。車螺紋的脈沖信號由主軸脈沖發生器產生，通過與門電路接入PLC輸入端，經PLC程序變頻得到所需導程的脈沖。刀架轉位、車刀進、退可由手動或自動程序控制。

四、PLC在數控機床中的功能

(一)操作面板的控制

操作面板分機床操作面板和系統操作面板機床操作面板上的控制信號直接送入PLC，系統操作面板上控制信號由系統送到PLC，控制數控系統的運行。

(二)機床外部開關輸人信號

將機床側的開關信號送入PLC，進行邏輯運算。這些控制開關包括行程開關、接近開關、壓力開關等。

(三)輸出信號控制

PLC輸出的信號經強電柜中的繼電器、接觸器、電磁閥、信號燈等輸出給控制對象。

(四)T功能實現

系統送出T代碼指令給PLC，經過譯碼，在數據表內檢索，找到T代碼指定的刀號，并與現行刀號進行比較，如果不符，發出換刀指令，刀盤換刀，到位停止，系統發出完成信號。

(五)M功能實現

系統送出M代碼指令給PLC，經過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正/反轉和啟動/停止、卡盤的夾緊和松開、冷卻液的開關等。M功能完成時，系統發出完成信號。

五、PLC與數控系統及數控機床間的信息交換

相對于PLC，機床和NC就是外部。PLC與機床以及NC之間的信息交換，對于PLC的功能發揮，是非常重要的。PLC與外部的信息交換，通常有四個部分:

1.機床側至PLC:機床側的開關量信號通過I/O單元接口輸入到PLC中，除極少數信號外，絕大多數信號的含義及所配置的輸入地址，均可由PLC程序編制者或者是程序使用者自行定義。數控機床生產廠家可以方便的根據機床的功能和配置，對PLC程序和地址分配進行修改。

2.PLC至機床:PLC的控制信號通過PLC的輸出接口送到機床側，所有輸出信號的含義和輸出地址也是由PLC程序編制者或者是使用者自行定義。

3.NC至PLC:CNC至PLC:CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號含義和地址 (開關量地址或寄存器地址)均由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用不可改變和增刪。如數控指令的M、S、T功能，通過CNC譯碼后直接送入PLC相應的寄存

器中。

4.PLC至CNC:PLC送至CNC的信息也由開關量信號或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。

六、結束語

應用PLC的邏輯控制技術，可以大大簡化控制線路，提高數控機床的可靠性，隨著其性能的進一步提高和完善，必將進人更多的工控領域。

［1］卓迪仕.數控技術及應用「M］.北京:國防工業出版社.1997.

［2］邱公偉.可編程序控制器網絡通信及應用 ［M］.北京:清華大學出版社，2000，(7).

［3］王永華等.現代電氣控制及應用技術 ［M］.北京:北京航空航天大學版社，2005，(3).