基于PLC 技術的數控車床控制系統應用

何松柏

（荊楚理工學院 湖北省 荊門市 448000）

0 前言

當前數控系統主要是以交流伺服電機和系統內的邏輯控制軟件為核心，是一個綜合了光學、電子、機械的結合體，邏輯控制軟件主要是控制機床的各軸運動，伺服電機主要是驅動這些軸的，大部分數控系統都能同時控制多軸。

在當前電子技術快速發展的背景下，PLC 所具備的優點主要有體積小、重量較輕、能耗低、安全系數較高，使得在數控車床控制系統中可以最大程度優化數控車床的功能。基于PLC 數控車床控制系統主要采用程序順序控制，這就使得操作面板容易操作，方便了操作車床和維修的人員。

1 PLC 技術在數控車床控制系統中的應用需求

1.1 操作需求

我們知道，數控車床的控制目標是按照順序控制功能進行的，主要包括：①主軸啟動、正反轉和停止控制；②刀具的換刀動作；③冷卻液開與關；④主軸工件夾緊與松開；⑤潤滑油的啟動和停止。這些都是需要設計好數控車床的操作面板按鈕作為前提控制條件的。數控車床主要需要設定一定的安全運動范圍，還需要設計數控車床行程的開關安裝范圍以及信號控制的前提條件。再有就是需要設定主軸旋轉速度的大小，這需要旋轉編碼器來進行測量，通過負反饋形式來精準控制主軸的轉速。以上這些數控車床的操作需求都是可以通過PLC 技術來啟動數控車床電氣自動化控制的，例如開關量的控制、脈沖量的控制、模擬量的控制、運動的控制，以及數據采集和信號的控制等。另外，PLC 技術在操作時比較簡單方便，具有可靠的安全性能，同時PLC 技術還可以大大提升機床操作的效率，從而保證順利完成零件加工的目標，滿足數控車床操作需求的各項功能。

1.2 維修需求

數控車床在運行過程中也會出現各種故障問題，影響了正常的生產，也給日常的維護帶來很多麻煩。PLC 技術在解決機床維修上具有一定的技術水平，可以通過監控處理，當發現機床出現故障后可以根據報警信息進行提示，而且PLC 功能強大，可以迅速定位發生故障的點，進行大量的維修工作，使車床恢復正常，從而滿足數控車床的維修需求。

1.3 安全需求

數控車床PLC 技術具備急停開關控制技術，當數控車床發生錯誤或者危險時，就可以采用一鍵急停，從而停止機床的運行，這樣就可以保證人員避免受到傷害以及零件的損壞。另外PLC 技術還在X 和Z 軸的行程中設置了開關控制技術，這樣就可以將刀具的運動范圍控制在合理范圍，避免發生由于機床樁基而出現的機床損傷。當然安全問題還需要員工認真負責的態度，認真細致的檢查工作可以將安全事故率降到最低，從而保證企業機床、零部件和人員的安全需求。

1.4 企業管理需求

PLC 技術在企業管理方面也進行了考慮，一方面設置了故障記錄的時間和類型，企業生產管理人員可以憑借此推測出機床發生故障的原因，檢查出是人為故意破壞，還是操作不當造成的，針對出現的問題作出相應的解決辦法。當然，如果企業維修管理人員如果能夠較早發現問題，就可以及時進行協作排查，這也是監督員工工作效率，便于恢復生產和企業管理的有效辦法，企業在獲得經濟效益的同時，也提高了數控機床管理水平。

2 PLC 技術應用于數控車床控制系統的應用

2.1 PLC 的信息傳輸

數控車床系統中的機床信號和PLC 信號的輸出和出入都是有I/O板的接收電路和驅動電路進行傳送。其中CNC 信號、PLC 信號和機床信號這三者相互間進行信號傳輸，但是始終是以PLC 為中心。主要分為這四個部分：①機床傳至PLC；②PLC 傳至機床；③CNC 傳至PLC；④PLC傳至CNC。

2.2 PLC 的故障信息報警應用

PLC 技術還控制著數控車床的故障報警系統，這主要是因為PLC 技術在數控車床控制系統中將機床和CNC 進行連接，一旦PLC 接收到CNC 的控制信息時，PLC 技術內部的梯形圖的順序邏輯就會進行計算，然后給機床側發送控制指令，這樣電磁閥、繼電器和指示燈就會進入工作狀態，并將工作狀態的信號傳遞會CNC，CNC 又可以將信息傳送回PLC。當然，如果電磁閥、繼電器和指示燈的開關信號沒有及時反映，這就會導致PLC 技術出現報警情況，數控車床就不能進行正常的運轉。一般情況下，PLC 技術主要通過這三種方法進行故障診斷和維修：①動態梯形圖信號跟蹤方法；②機床廠家報警信息故障診斷法；③系統報警診斷的故障診斷法。PLC 顯示信號狀態的模式是它的地址內容會以（0 或1）、10 進制和16 進制數字來顯示。例如，當數控車床需要進行調試和維修時，如果采用PLC 動態梯形圖信號跟蹤法的話，功能鍵就會調出一定順序的控制梯形圖的輔助菜單，PLC 技術會根據程序進行監控，一是監控對應觸點，一是監控線圈輸入和輸出信號的狀態變化，并且分析、判斷動作的過程，確定被控元件的工作狀態是否正常，機床是否出現了故障，從而也就為維修爭取了更過的機會。

3 數控車床電氣化自動控制改造的實現

3.1 系統改造結構設計

關于數控車床電氣化自動化改造的整體結構圖，我們可以分為以下幾個部分：底層設備、本地PLC 和遠程控制終端。

3.1.1 底層設備

底層設備主要是指，一是實現數控車床自動切削加工運轉等一些基本功能的電氣和機電設備，例如電源模塊或者是電機模塊等。這些電氣和機電設備的作用是保證數控車床的基本功能能夠實現穩定可靠的運行。另外，底層設備另一方面是指各類傳感器，有監測電機轉速和溫度的速度傳感器，還有監測軸運動進給量的光柵尺，數控車床正式通過這些傳感類的數據采集設備掌握了基礎的數據源。

3.1.2 本地PLC 站

本地PLC 站的工作主要是接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數、狀態參數和檢測參數，它可以經過內部程序運算來判斷數控車床是否處于正常狀態，然后將其中比較重要的參數上傳，經過遠程控制終端以數據圖形化的方式來顯示、存儲并輸出打印。另外，本地PLC 站還可以接收遠程控制終端下達的指控，如停機或者啟動等。本地PLC 站就可以根據相應的執行器實現自動化控制。

3.2 PLC 電氣控制系統的設計實現

本次研究主要是以普通數控機床為例，探討了電氣化和自動化的改造，需要14 個系統輸入和9 個系統的輸出。根據數控機床的要求，我們分析了各模塊的控制功能，在選取適合的接觸器、繼電器、開關和輔助觸點電氣控制元件的基礎上，實現了運用PLC 技術控制電氣設備。

4 結束語

數控車床電氣控制系統應用PLC 控制技術相對已經成熟，因其操作簡便，容易排查故障，具有較強的抗干擾能力，并且安全系數相對較高，穩定性能好，這就使得PLC 技術得到了廣泛的應用。目前我們要在提高數控車床控制精度和自動化水平上多下功夫，不斷提高零件的加工精度，發展柔性化生產水平，真正滿足在制造領域提高產品質量的需求。