PLC技術在數控機床中的應用研究

崔勇

摘要：PLC具有通用性強、可靠性高、指令系統簡單、現場連接方便等一系列顯著優點，已廣泛應用于機床、車輛、機械加工、電氣控制等多個行業，已成為改造和研發現代機床等機電一體化產品最理想的首選控制器。本文介紹PLC基本功能及其在數控機床電氣控制中的應用。

關鍵詞：PLC；數控機床；電氣控制

由于近年來可編程控制器PLC技術取得了快速發展，其在自動控制之中的運用也變得更為廣泛。PLC是一種專門為工業運用而設計出來的計算機，目前已經被運用到數控機床這一工業領域之中。可編程控制器在控制的性能上，在組機的周期上，在硬件成本上等諸多方面所展現出的種種優勢均為其他種類的工業控制產品所無法進行比擬的。所以，可編程控制器技術在工業自動化在數控機床中的運用正在變得愈來愈多。

1.數控機床中PLC的功能

1.1機床操作面板控制。PLC可將操作面板上的信號送入接口信號區，實現對數控系統的運行控制。其中包括M、S、T功能。S功能處理：主軸轉速可以用S二位代碼或四位代碼直接指定。T功能處理：數控機床通過PLC可管理刀庫，進行刀具自動交換。M功能是輔助功能。

1.2 輸入信號控制。PLC接到來自機床側的開關輸入信號后，通過邏輯運算，再傳遞給控制對象，從而實現對各類開關的控制，如溫控開關、形成開關、壓力開關等。

1.3輸出信號控制。PLC可將輸出的信號經過繼電器、接觸器，并通過液壓或氣動電磁閥，對各種操作裝置、電動機和電磁制動器等進行控制。

1.4伺服控制。PLC可通過驅動裝置實現對各類電動機的伺服控制。

1.5報警處理控制。當機床運轉出現故障時，PLC可及時收集故障信號，數據系統將顯示具體的報警信號，以便于故障診斷。

2.數控機床中PLC的軟件編程

PLC的系統軟件由廠家編寫并固化在ROM中，用來管理協調各部分的工作，循環檢測輸入口的狀態，解算用戶應用邏輯程序。應用軟件是用戶根據系統控制的需要而編寫的應用程序，用以實現用戶的控制要求。PLC的編程語言通常為梯形圖，功能圖和布爾邏輯編程。其中梯形圖的應用最為廣泛，形式上類似于繼電器控制電路圖，簡單、直觀、易讀、好懂。數控機床中的PLC編程步驟如下：I）確定控制對象選定PLC的型號及其硬件配置。不同型號的PLC具有不同的硬件組成和性能指標。PLC性能指標主要考慮其基本的I/O點數和存儲量；2）制作接口格式并定義輸入7輸出信號需要設計和編制下列接口技術文件：輸入和輸出信號電路原理圖，地址表，PLC數據表；3）制作梯形圖在分析機床工作原理或動作順序的基礎上，用流程圖、時序圖等描述信號與機床運動之間的邏輯順序關系，據此設計制作梯形圖；4）順序的輸入、調試及確1人把梯形圖轉換成指令表的格式，然后用編程器鍵盤寫入順序程序。接下來用仿真裝置或模擬臺進行調試、修改；5）順序程序固化存儲和文件整理將經過反復調試并確認無誤的順序程序固化到EPROM中，并將程序存人軟盤或光盤。同時整理出有關圖紙及維修所需資料。

3.PLC在數控機床中的具體應用

PLC在數控機床中具體有以下三個功能。

一是T功能。這實際上指的是如何去選擇刀具。系統所送出的T代碼指令給可編程控制器，在經過了譯碼之后，再到數據表中進行檢索，就能找到T代碼所確定的刀號，接下來將其和現有的刀號加以比較，一旦不符就應當發出換刀的指令，而對應的數控裝置I/O口則成為了高電平。使用者在接入可編程控制器的輸入端軟開關之后換刀，當電機旋轉到位之后又換刀，使電機得以反轉，等刀架下落后再壓緊，待壓緊力較大后再連接開關，一直到機床系統出現了完成的信號。

二是M功能。當機床系統送出M指令到可編程控制器之后，經過在譯碼之后，可輸出到控制信號之中，再控制住主軸，并進行正反轉和啟動停止，一直到數控機床系統發出完成信號為止。各類不同的數控機床運用可編程控制器所能夠實現的輔助性功能也是各不相同的，但是，種類繁多的數控機床一般都會有以下基本的輔助性功能，比如程序停止、主軸順針旋轉、主軸停止以及準備換刀等，而部分功能主要是由數控系統自身所具有硬件與軟件來加以實施，當然，尚有部分需通過數控裝置和編程控制器的結合而得以實現。

三是S功能。S指令所具有的功能主要是完成對于主軸之控制，具體可分為代碼法與商接指定法等兩種方法。前者是指在S的后面跟上兩位數字，該數字并不直接代表主軸轉速之大小，而是數控機床主軸的轉速數列之序號，后者是指S后面直接為數控機床的主軸轉速之值。

四是編程控制器的梯形圖編程。機床PLC擁有顯示與檢測等多種功能，而PLC的梯形圖則能夠產生相當廣泛的用途。梯形圖編程能夠傳遞數控機床當前的工作情況、坐標位置、刀具情況及參數等大量信息，能夠方便地將數控機床之接口、繼電器及定時器等部位的信息直觀地加以展示，同時還可運用梯形圖以揭示出PLC的控制方式，可以跟蹤觀察外圍設施出現故障之原因所在，并運用好梯形圖所具有的監控功能來觀察各種信號是否正常。一旦使用者發現有節點的狀態不正常時，可以結合梯形圖，通過向前與向后進行追蹤，從而查找出造成節點狀態不正常的原因之所在。在驅動程序的選擇上，應當對手動、自動、單步等程序進行合理的選擇，并運用好跳轉指令。如果合上了X12，就能使常閉斷開，從而實施手動程序：如果斷開了X12斷開，X13就會合上，程序將自動跳出手動程序，等指針指向P0處之后，就開始實施自動程序，而手動與自動程序則是依據具體的零件進行有針對性的設計而形成的。

結語：

PCL技術把可編程控制器技術和計算機技術甚至自動化技術三者融合起來，產生的機電一體化裝置。PLC是數控機床關系到數控設備是否正常地運轉，是數控機床中最重要的控制系統。PLC數控能全方面發揮數控機床控制系統，它所擁有的杰出作用而且也能為數控機床有關故障診斷和故障維修提供服務。

參考文獻：

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