基于PLC機電一體化技術在數控機床中的應用研究

趙建林

摘要：本文對于PLC和數控機床的基本概念和性能做了基本介紹，探討了數控機床中PLC 機電一體化技術的使用，以加強人們對其的了解程度。

關鍵詞：PLC;機電一體化技術;數控機床

中圖分類號：TM571 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0025-02

機電一體化技術是機械技術和電子信息技術融合而出現的用以工業生產的新突破，數控機床是其主要產品之一，極大推動了我國現代化進程。本文針對PLC機電一體化技術在數控機床中的應用展開探究。

1 PLC與數控機床

1.1 PLC及其性能

PLC是Programmable Logic Controller 的簡稱，即邏輯化可編程控制設備。工作原理來說就是系統經可編程存儲器對系統內部的程序進行控制，保證工作相關的操作、計算以及控制管理等都能按照需求施行，利用控制系統控制多個機床以及相關設備，推進生產工作順利開展[1]。其性能有以下幾點特點：

（1）編程簡單。PLC所涉及的電腦系統編程較為基礎，因其指令簡單而極易被相關工作者掌握，梯形圖與舊有模式下的繼電器控制圖有很大的相似性。PLC能夠實現其輸入口、輸出口和接觸器以及繼電器等直接連接，降低了使用難度[2]。此外，PLC編程的基礎化降低了對于相關操作人員的文化水平和專業素養要求，工作者可以在較短時間范圍內學會操作，極大提升PLC 的可操作性。（2）性價比高。PLC的設備具有體積較小、結構緊密、外形堅固、重量較輕等優點，最重要的是其功能強大、實用性強，擁有極高的性價比。除此之外，數控裝備安裝過程簡便，成為了機電一體化中實用性最高的控制裝備之一。（3）通用性強。PLC兼容性較高，使用過程中只要更換PLC軟件就可以實現對于其他系統的控制[3]。同時，PLC產品的多樣性使得通過組合方式的更換控制不同系統成為可能。兼容性強的優勢可以滿足各種不同的控制要求。（4）可靠性高、抗干擾性強。PLC是專門為工業而控制設計的特別設備，因此對于環境有著超越其他設備的適應性和抗干擾性。工作設計中PLC也有著人性化的特點，可以按照軟件的支持情況執行全過程。PLC的掃描是周期性的、循環式的，其順序具有可調節性，既可以按照用戶設置的指令進行操作，也可以按自由順序進行工作。

1.2 數控機床

數控機床的全稱是數字控制機床，即內部置有程序控制系統的一種自動化機床。控制系統對于處理具有控制符號、控制指令以及控制編碼的程序有較高的效率性，使用計算機對指令進行譯碼并以代碼形式顯示，再利用信息載體對數控設備進行輸入[4]。數控機床的主要部分有輸入設備、輸出設備、驅動設備、PLC、CNC單元、電器控制裝備、伺服單元、輔助裝置、測量裝置以及機床本體。

1.3 PLC對于數控機床的控制作用

1.3.1 控制操作面板

PLC控制數控系統就是將對操作面板的信號進行傳輸，使接口信號區接收到信號。其功能主要有S、T、M三種，S就是控制主軸轉速利用二位代碼、四位代碼轉換;T即管理機床刀庫，使自動變換工具的目的得以實現;M為輔助功能。

1.3.2 控制輸入信號

PLC利用對于輸入信號的開啟和關閉將其傳輸給需進行控制的對象，進而實現控制開關。

1.3.3 控制電工元件

即PLC通過輸出信號實現控制各種操作裝置。

1.3.4 控制伺服

在機電設備中PLC利用計算機實現驅動裝置加載，對各種電動機伺服控制。

1.3.5 控制報警處理

PLC轉缺收集機床故障信號，后將收集的數據以報警信號形式告知相關工作人員，幫助及時發現問題，避免嚴重后果的出現。

2 PLC機電一體化技術的使用

2.1 在機械設計中的使用

工業大機器生產以機械技術為基礎，PLC機電一體化的實現需要以機械技術為重要前提，是機械技術向自動化、智能化發展的見證，PLC機電一體化在機械設計中的使用方向有防護裝置、傳送裝置、自動排屑裝置等。

（1）防護裝置。一般情況下作業方式不采用開放式，而使用半封閉或者全封閉模式，目的就是減少人工操作對于PLC機電一體化的負面干擾，人工操作的減少不僅降低錯誤率還可以降低人工成本。封閉環境下的不利影響因素被大大減少，由切削金屬屑導致的破壞相應減少，安全性得到大幅提升。（2）傳送裝置。傳送系統的模式有兩種，一為主傳送，二為進給傳動。傳統工作模式中需要同時將兩種模式開啟，而PLC機電一體化實現了二者的分離。可以將傳送模式進行預先設定，分離控制主傳動和進給傳動，然后對伺服電機進行單獨連接，極大提升了控制效率和控制能力，實現系統的單軸或多軸聯動，提升工作效率。（3）自動排屑裝置。自動排屑的最主要設備就是內部的機械器件，數控機床在運作過程中會受到切削殘留金屬屑的影響，甚至對鎖刀等相關工具造成大的磨損，減少使用壽命。PLC機電一體化技術利用內部的機械器件，是其在加工過程中自動收集金屬屑并按照設定進行集中處理，降低了器械損壞和其他意外的發生概率。

2.2 在執行與驅動技術中的使用

數控機床工作的具體執行最主要的就是依靠執行與驅動技術，這也是PLC的工作重點方向之一。伺服驅動技術主要供執行原件及相關驅動裝置使用，數控裝置與行設備在數控機床作業中一定相連，其連接可靠性也較高，保證接受的指令得到立即執行。將PLC機電一體化技術利用于執行與驅動，其原理與控制環節一致，機床使用的改變取決于操作人員指令的輸入，PLC機電一體化技術將整個過程加以精簡。認為操作的減少還有效降低甚至杜絕失誤的發生，工作準確性大幅提升。

2.3 在自動控制系統中的使用

PLC機電一體化技術最關鍵的部分就是自動控制技術，支持單片機系統、輸入輸出系統以及通信系統等運行。數控機床因種類的差別而在細節上略有差異，但是其運作原理卻有著很強的一致性，因此可對PLC機電一體化技術進行集成使用，將其有效利用于數控機床系統。數控機床的工作在對PLC機電一體化技術的利用中實現了半自動化，大大降低了因人工參與而造成的操作失誤。但是同時需要注意到的是，我國數控機床還存在電動穩定性控制的問題，電動機飛速轉動會對切削數據造成影響，逐漸偏離固定值，對此要注意對于發達國家相關技術的借鑒，提升總工作質量。

3 結語

總之，PLC機電一體化將計算機技術和先進自動控制技術進行整合，在數控機床作業中發揮了極大推動和促進作用。基于PLC機電一體化技術的數控機床作業的安全性得到了大幅提升，加工精準度也更強，全方位提升了工作質量和工作效率，對綜合效益的更多獲得起關鍵作用。

參考文獻

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[2] 郭漢橋，褚麗麗.基于產教深度融合的現代學徒制人才培養模式實踐與探索——以清遠職業技術學院機電一體化技術專業為例[J].當代教育理論與實踐，2019，11（03）：152-156.

[3] 邵文政，鄒春根，龔毅，顧春濤，常江.淺析機電一體化技術的應用及發展趨勢[J].山東工業技術，2019（11）：150.

[4] 陳動杰，石美軍，郭又銘，李民強，周梁.試分析農業機械機電一體化技術的運用[J].科技風，2019（08）：178.

Research on Application of PLC Mechatronics Technology in CNC Machine Tools

ZHAO Jian-lin

（Wuhan Vocational and Technical College， Wuhan Hubei? 430074）

Abstract：This paper introduces the basic concepts and performance of PLC and CNC machine tools， and discusses the use of PLC mechatronics technology in CNC machine tools to enhance people's understanding.

Key words：PLC; mechatronics technology; CNC machine tools