應用軟PLC開發數控機床的功能控制

林秀洪

摘 要：數控機床中復雜的控制軟件大多數會應用到專業的編程語言進行設計。這種高難度的操作也讓很多人遇上知識難點而無法掌握其原理。為了將系統進行簡化和改進，采用軟PLC開發是目前比較具有實用性的一種選擇。它取代了過去運用的繼電器和開關控制電路，在PLC的編程設計下，可以對數控功能做好有效的控制。這種功能涵蓋了數控機床控制的軸數，機床操作面板的型號，還有輔助型號的控制等，通過一定的闡述定義相關的功能模塊設計，以S7200PLC軟件為基礎，形成一套系統的控制程序。經過在數控系統上的調試，我們得出了結論：這種設計可以讓數控機床的功能得到穩定的發揮，并且在使用上較為靈活和方便，這也滿足了數字化和模塊化上的功能需求。

關鍵詞：數控機床；功能控制；軟PLC設計；應用

1.引言

本文在論述中會使用到PLC來實現對數控機床的功能控制，除了插補運動軌跡，都將會實行全面控制的操作。在可控的范圍內對數控軸的配置，以及型號的變動等都做一系列的測驗和修改。可以能夠通過PLC中的編程進行修改就來完成某項功能的應用。這種試驗的成功可以讓相同的數控系統放置在不同配置的機床中，使得PLC編程知識能夠被更加廣泛的應用，并且讓機床的用戶在后續能夠進行相應的維護、開發等工作。

2.PLC系統結構

PLC可以不借用其他設備直接將I/O接口與數控系統相互連接，也可以將總線以及數控CPU進行連接來嵌入PLC系統。還有一種方式將PLC于數控系統用同一個CPU形成的SOFTPLC，并采用相同的I/O接口，做出對數控機床的有效控制【2】。PLC可以與CNC用同一個CPU，通過CNC的內部裝置來傳遞型號。而PLC和機床電器控制信號的傳遞是需要通過CNC的I/O接口。因此，PLC的部分會被用作CNC中的一項功能而進行統一的設計，結構必須設計的非常精細才能完成功能之間的傳遞；PLC控制程序會被傳送到CNC程序里，然后將其用于對機床功能信號的控制。

3.PLC設計中的功能控制

3.1主程序設計

數控機床通電之后便會執行系統初始化程序再進入到PLC的主程序中。首先，主程序被激活后需要進行初始化流程，然后對每個軸位做首次的中心潤滑的操作，系統之后便會進入可被監控的狀態，然后處理系統中的傳遞信號，比如當手輪操作程序接收到了手動操作的命令。如果是自動加工的指令，則會被轉入到NCK程序中，然后調用相應的軸時來對程序實施控制，并開始冷卻和自動加工，如果在加工時出現緊急情況，則可以采用急停程序來停止系統操作.

3.2軸使能夠控制程序AXES_CTL

控制各軸的脈沖使能和控制使能信號，并且可以對參考點的開關信號以及以主軸命令為導向的主軸控制使能信號進行監控，根據位置調節器生效時的狀態來觸發垂直軸電機抱閘，這樣的操作方式可以有效的規避其自重而下落產生的問題【3】。系統在每個進給軸位中都搭配了2個硬限位開關以及1個參考點的開關來防止進給軸超程的問題。由于每個軸中都有不同種類的使能信號，需要大量的開關量信號。因此在程序設計中放置相應的局部變量，通過對開關量編碼的設計來簡化整個程序的編程。

3.3初始化子程序PLC_INI

在通電后，初始化程序中的首個PLC循環就會被調用，根據機床的不同參數來設定NCK的接口型號，比如機床的參數中值來進行確定此類機床的類型，根據置位信號的參數來決定需要給機床進給的倍率等。初始化程序的運用可以幫助設備在通電之后讓PLC系統逐漸進入工作狀態。

3.4其他的子程序設計

當程序出現問題需要急停處理時，會采用到子程序EMG_STOP，根據這項程序來采取停機的操作，以此來激活報警程序并給出停機的原因。控制面板MCP的子程序是MCP_PP，這項子程序的主要目的是將MCP中產生的I/O的信號傳遞到相應的處理區，讓其能夠做好準備迎接接口板與主機之間的信號。MCP和NCK之間是通過他們的子程序MCP_NCK來進行傳遞，這種行為是為了將MCP中產生的控制信號從接口轉移到NCK的地址中，以此來激活操作實現功能。HANDWHL是手輪控制的子程序。根據HDMI的接口信息來選擇手輪操作，最后實現操作的功能。冷卻液的開始和結束的子程序是COOLING，它可以通過手動功能來進行起停的操作，還可以通過輔助功能的指令來完成相應的操作【4】。最后，潤滑子程序LUBRICAT是可以對程序設定時間來進行自動化的潤滑操作，當然也可以進行手動潤滑。

4.程序調試

對數控機床進行調試，則需要在一開始明確機床的類型和相應的設置。比如置機床的MA14510[16]中的參數如果是0，則這類機床屬于通用的機床，會使用控制五軸驅動。如果反映出來的結果為1，則這項機床為車床，在控制軸的設置上分別為X軸、Z軸以及主軸【5】。如果置機床產生的結果為2，則這種裝置為銑床配置，控制五軸分別為X軸、Y軸、Z軸、主軸以及A軸。這種配置如果改為四坐標數的話，則會去除掉A軸來進行功能控制。在對進給軸的控制上可以采用對進給軸中運動控制以及方向判斷的執行來進行調試，測試好每個軸的極限開關的控制，在進行限位時，硬件邏輯將會自動關閉掉設備的電源然后處理急停以及產生報警信息。對于檢測位置的調節器的工作狀態以及優化開關，可以調整好電機抱閘的動作。用控制主軸來控制其使能信號，根據相應的指令選擇手動以及自動的運行，然后實現正反轉等相應的功能。對于輔助功能的調試可以運用手動和自動兩種方式的調用來控制系統中的冷卻和潤滑功能，實現起停的操作【6】。

5.結語

軟PLC的應用可以根據機床的常規配置來進行功能控制的PLC的設計。目前的調試測驗也證明了PLC的設計是完全可以實現對數控機床功能上的控制的。并且我們可以了解到PLC的設計擁有較強的通用和普遍性，這種配置跟其他的PLC系統相比，都有著相似的設計思路，針對不同的機床參數，設計出適用于該機床的功能控制的編程程序。實踐表明，軟PLC的設計在機床的應用是可行且有效的，它的穩定度高，可靠性強，并且功能也在被不斷的優化，靈活操作的特點也讓它具備更多的有效性和實用性。

參考文獻：

[1]陳興武，蔣新華，徐均攀. 應用軟PLC開發數控機床的功能控制[J]. 廈門大學學報（自然科學版），2005，05：654-657.

[2]李鐵軍，張淑敏. PLC在數控機床電氣控制方面的應用[J]. 機械工程師，2005，09：27-29.

[3]李勤營. 應用軟PLC開發數控機床功能[J]. 數字技術與應用，2013，04：43.

[4]喬東凱. PLC在數控機床開發中的應用[J]. 機械與電子，2015，01：37-39.

[5]孔德紅. 數控機床典型控制功能PLC編制模板研究[J]. 制造技術與機床，2015，06：175-178.