PLC應用技術引入中職學校數控機床可行性分析

賴望春　黃廣和

摘要：中等職業學校是以服務當地經濟發展為辦學宗旨，為當地企業輸送合格的技能型人才，因此校企合作成了中等職業學校發展的必經之路。為了滿足企業的用人要求，學校必須了解行業標準與企業規范，對專業課程進行教學改革。PLC作為機電一體化的一種重要的控制器，在不同領域中應用廣泛，為了適應社會需求，中職學校的多個專業都開設了PLC應用技術課程。本文是結合企業與學生的實際情況對中職學校PLC項目教學進行了一些探討。中國

關鍵詞：PLC應用技術；中職學校；數控機床

一、數控機床使用PLC應用技術簡介

PLC最早產生于美國（1969），由美國數字設備公司致力于繼電接觸器控制和計算機控制的基礎之上研制而來。PLC自推廣以來，在較短的時間內得到諸多國家的認可。上世紀七十年代，我國正式開始研究PLC，經過多年的研究，截止現階段，我國已將PLC引入多個領域，并在其領域中取得不菲的成效。

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，是數控機床結構更緊湊，功能更豐富，相應速度和可靠性大大提高。

二、數控機床使用PLC應用技術類型介紹

2.1數控機床使用的PLC可分兩類。一類是專門實現數控機床順序控制而制造的專用型PLC，它包含在CNC中。

PLC與CNC裝置之間的信號傳送在內部即可實現，PLC與機床側通過CNC輸入/輸出電話實現信號傳送。另一類是通用型的PLC，它不是專門為哪一中機器設計的，可廣泛使用在各種型號中。它具有完備的硬件和軟件，獨立完成CNC系統所要求的控制任務。

2.2PLC的作用

PLC的作用包括接收CNC發送過來的M、S、T信息、手動/啟動方式信息、各種使能信息等，向CNC發送M、S、T功能的應答信息和各坐標軸對應的機床參考點信息等。具體來說，有以下作用：①向機床發送控制信息，主要是控制機床的執行元件，如繼電器等；②接收來自機床的信息，主要是機床操作面板輸入信息和其上各種開關、按鈕等信息，如機床啟動、停止、主軸正轉/反轉/停止、主軸狀態監視信號和伺服系統運行準備信號等。

2.3PLC的指令系統

PLC中的用戶程序是由用戶根據PLC提供的編程指令進行編制的。目前國際上生產PLC的各家公司都配有自己的編程語言，它們各自獨立，互補相容。常用的編程語言主要有梯形圖語言、指令語言、系統流程圖三種。

2.4PLC的工作過程

在介紹數控機床中PLC設計之前，需要先解釋一下PLC的工作過程。PLC的工作過程即是CPU對用戶程序循環掃描并順序執行的過程。對用戶程序的執行主要按三個階段進行。

（1）輸入采樣：以掃描方式順序讀入所有輸入信號的狀態，并將此狀態存入輸入映象寄存器中。在程序執行階段和輸出刷新階段中，輸入映象寄存器中的內容不會隨著時間信號變化而變化。

（2）程序執行階段：程序執行按從上到下，從左到右的順序對每條指令進行掃描，并從輸入映象寄存器中和輸出映象寄存器中讀取有關數據，然后進行相應的計算，然后將運算結果保存起來。

（3）輸出刷新：這是指在所有指令都已經執行完畢后，輸出映象寄存器中所有輸出繼電器的狀態，驅動外部負載。

2.5PLC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。

2.6 PLC程序設計

一般，數控設備所輸入或輸出的點數大多在128點以下，少數復雜設備在128點以上，故以采用小型的PLC為主。而大型數控機床、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）則需要采用中型或大型PLC。從存儲容量看，一般中、小型車床選用PLC的容量為1000～1500步，中小型加工中心選用的容量為1500～2000步。這里以內裝型PLC的設計為例，介紹整個設計方法和過程。

2.7確定PLC型號及其硬件配置

在確定PLC型號時，需要對如下的三點進行正確的預測或估算：①對輸入/輸出點數進行估算，輸入點事于機床被控對象有關的操作按鈕、開關、繼電器和接觸器觸電等連接的輸入信號接口，以及由機床直接連到NC的輸入信號接口，輸出點包括向機床的繼電器、指示燈燈輸出信號的接口；②確定用戶存儲容量，程序規模隨機床的復雜程度變化，設計者要根據具體任務對程序規模作出估算，并據此確定合理的存儲容量；③考慮所選PLC的處理時間、指令功能、定時器、計數器、內部繼電器的技術規格、數量等指標也應對能否滿足功能要求作出估計。

2.8制作信號接口技術文件

需要繪制的圖表包括輸入輸出信號電路原理圖、地址表和PLC數據表。其中輸入輸出信號電路原理圖應按“電氣制圖國家標注GB6988.1～6988.7-86”繪制，圖中內容主要有輸入信號有關的器件名稱位置、輸出信號執行元件名稱位置、輸入和輸出信號插座和插腳編號或連接端子編號、輸入輸出信號的接線和工作電源。

結語：

為了培養符合企業要求的技能型人才，PLC應用技術項目教學法無疑是中職學校教學改革的出路，但是要使PLC應用技術項目教學達到良好的教學效果，專業教師需要增加實踐經驗，結合學生實際情況，合理設計教學項目。

參考文獻：

[1]蔡紅斌.電氣與PLC控制技術.北京：清華大學出版社.2010.12

[2]袁振國.教育新理念.北京：教育科學出版社.2012.1