基于PLC在數控機床中的應用

沈濤 蔣世應 王振華 劉勇

摘 要：如今PLC在工業控制中應用的非常廣泛，比如數控機床等。文中介紹了PLC在數控機床中如何應用，PLC與CNC系統及機床間的信息交換、PLC在數控機床中的工作流程、PLC在數控機床中的控制功能。

關鍵詞：PLC；數控機床

PLC可編程邏輯控制器，它是一種數字運算系統，專門為工業生產的應用而設計的。它主要采用可編程序的存儲器，進行順序控制和邏輯運算等用戶操作的指令，通過模擬或數字輸入、輸出以控制各種機械的動作過程或生產的過程。是工業生產中自動控制的核心。

1 PLC在CNC系統中的應用方式

PLC在CNC系統中的應用方式主要有兩種：一種是集成式，一種是外裝式。集成式的PLC也稱為內裝式的PLC，集成式的PLC在設計的時候就將PLC于NC系統一起考慮，它們之間通過內部總線來實現信號的傳遞，因此這種方式的交換速度很高，信息通道也很寬。對于CPU來說，他們可以共用也可以單獨使用。它們的結合是從硬件和軟件整體上來考慮的，因此它們之間可以實現很多高級功能。許多高、精度的數控機床都采用的是這種方式。外裝式的PLC也稱為獨立式的PLC，它獨立于數控裝置，具有獨立的控制功能。使用這種方式時，可根據用戶自身特點方便地調整程序，實現控制的調整。

2 信息在PLC與CNC系統及數控機床間的交換

PLC與數控機床之間的交流主要是通過信息交換來實現的，因此它們之間信息的交換是非常重要的，一般來說，它們之間的信息交換主要通過四部分來實現的：

2.1 機床至PLC

機床的控制信號主要是通過PLC的輸入口來傳輸到PLC的，除了PLC內部特殊的寄存地址外，大部分的地址都是可以根據用戶的需求進行定義使用的，數控機床的用戶和廠家可以根據生產的需要和機床的性能，對PLC的梯形圖進行修改和地址的分配。

2.2 PLC至機床

機床的輸入信號通過PLC的內部邏輯運行，將控制信號通過PLC的輸出端口直接送到機床，輸出端口的定義可以根據PLC程序的使用者和機床的性能來定義。

2.3 CNC至PLC

所有CNC的信息均可直接發送到PLC內部的存儲器中，CNC發送的地址和信號均由廠家來定義，用戶不可以進行修改，只能使用，比如數控指令里面的M、S、T功能。

2.4 PLC至CNC

所有PLC的信息由輸入信號和內部寄存器所完成，它的含意在CNC出廠時已確定，用戶只能使用，而不能進行修改。

3 PLC在數控機床中的的原理

PLC在數控機床中的工作原理和PLC的工作原理是一致的，也可以分為以下三個步驟：

3.1 輸入采樣

PLC以其固有的方式掃描PLC外部輸入端口的信號，將掃描的結果存儲到輸入映像寄存器中。當外部的輸入信號發生改變時，輸入映像寄存器中的信號狀態也隨之發生改變，從而能確定外部有輸入信號的改變。

3.2 執行程序

梯形圖的執行以從上到下，從左到右循環掃描的方式進行運行，從輸入映像寄存器中讀入數據，通過梯形圖的編輯方式和邏輯進行邏輯運算，將運算的結果存入到輸出映像寄存器中。

3.3 輸出刷新

在梯形圖掃描完成后，輸出映像寄存器中的數據會以PLC特定的方式輸出到PLC輸出端口上，控制PLC的輸出端口是上電還是不上電，從而驅動與PLC輸出端口連接的外部負載。

4 數控機床中的控制功能在PLC中的應用

數控系統中PLC控制程序能夠實現機床的輔助功能控制。具體應用于機床的輔助功能控制（主軸控制，刀庫控制，尾臺控制，冷卻控制，卡盤控制，自動門控制，潤滑控制，限位控制，報警控制，中心架控制，液壓控制等等）。數控機床的輔助功能即M（功能）S（功能）T（功能）。在PLC中首先對M，S，T，代碼進行譯碼。譯碼后的M，S，T，代碼即可在PLC程序里進行對機床的輔助功能進行控制。（如控制主軸正反轉，主軸定位，主軸換擋，轉塔，刀庫，尾臺，卡盤，中心架，排屑，潤滑，等動作）。例如：加工程序給出M03，PLC首先將M03譯碼（假設譯出的M03的地址為R0，0），那么梯圖里就可用R0.0 的常開觸點去接通主軸的正轉繼電器（假設為Y0，0），再由Y0.0輸出帶動外部繼電器，外部繼電器帶動接觸器，接觸器帶動主軸電機正轉。

隨著PLC技術的成熟，PLC在數控機床上的作用正在逐漸擴大：

1）數控機床的故障報警可以通過PLC實現診斷界面，對于機床的故障維修更為方便；

2）數控機床的坐標軸可以直接通過PLC來控制；

3）數控機床在在初始化激活時，可以通過PLC調整其操作面板，同時也可以設置其坐標軸和主軸；

4）通過PLC的功能指令和宏參數實現數控加工、刀庫上的特定功能。即PLC已經滲透到零件加工程序的編輯中去。

5 結語

隨著數控技術的普及和發展，數控機床已經由傳統的繼電器式控制逐步的轉化為自動化控制。而在現在的數控機床的自動化控制中隨處可以看到PLC的身影。PLC在數控機床中的普及大大減少了數控機床中電氣線路的安裝和機械結構的簡化。PLC梯形圖中的功能指令和宏參數的使用，方便了梯形圖的編寫和數控加工中的功能實現。

參考文獻：

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