基于PLC技術的數控機床控制系統研究

楊新輝

（鄭州市技師學院，河南 鄭州 450006）

PLC可編程序控制器，是一種以數字為主的計算程序，在工業生產中發揮功能的體統。它以使用可以編輯程序的存儲設備為主，實施控制邏輯通過模擬或數字的輸入和輸出，控制各種機械運動的運行過程，以此為用戶提供操作說明并加以指導。PLC自動控制是工業生產的核心。目前，PLC應用的優勢很多，特別是在數控機床的硬件成本和加工周期等方面極為顯著。

一、PLC在數控機床中的的原理

（一）采樣輸入。PLC掃描信號與其固有的PLC外部輸入端口，將掃描結果存儲在輸入圖像寄存器中。當外界輸入信號出現變化時，輸入圖像寄存器的信息也由此有所改變，既而可以判斷外界輸入信號的變化。

（二）程序執行。執行程序為階梯式從上到下運行，從左到右往返的執行途徑，在輸入圖像寄存器中進行數據讀取，采用邏輯操作實施有邏輯的運算過程， 在圖像寄存器中輸出操作結果。

（三）輸出更新。在掃描完成后的梯形圖中，輸出圖像寄存器數據會以特定的PLC輸出方式輸出到PLC端口上，輸出端口控制PLC上電還是不上電，它驅動外部連接與PLC輸出端口的負載。

二、PLC在數控機床的特點

（一）I/O接口模塊豐富。PLC可以使用I/O模塊來適應工業現場不同的信號處理。對于屬性不同的電流特性，電流脈沖信號的強度各有不同，有相應的裝置和器件，如：電磁線圈、開關、控制閥和傳感器。它通過人機對話模塊的使用，極大提高了運行性能。

（二）模塊化結構。為了成功的達到工業控制的標準要求，小型的PLC單元將被淘汰，模塊化模式已受到了廣泛的應用并逐漸的被人所熟悉。PLC模塊化設計的各個組成部分，包括CPU、I/O等，每個模塊通過機架相互連接，根據不同的需求，可實現系統的組合和功能的選擇。

（三）編程方便易懂。PLC編程操作簡單，該程序不需要計算機的專業知識，普通的工程技術人員都擁有很強的專業技能，會很快掌握PLC的編程及理念，并熟練操作它。

（四）維修操作簡單。PLC可以直接在工業環境下運行，打破了束縛。專用機房I/O端與現場機器相連，可進行操作，提高了操作的方便性。各模塊都有對應的操作和故障裝置的安裝說明，操作條件清晰可見，很容易找到故障。

三、PLC的信息交換

PLC數據傳輸由以下三部分來完成，（1）PLC、（2）CNC（數控系統）、（3）MT（機床），三者之間通過適當的接口進行數據連接和傳輸。其接口包括以下4個組成成分，（1）是機床至PLC的接口、（2）PLC至機床的接口、（3）CNC至PLC的接口、（4）PLC至CNC的接口。

（一）機床至PLC：機床的相關定義信號通過連接的I/O端子板輸入到PLC，這部分程序，大多數可以由程序設計者依照自己的需求進行自定義使用，但也有少部分程序已由廠家定義，不能更改。

（二）PLC至機床：在這一過程中，使用者或者程序編程者可以根據自己的需要進行定義信號的含義，以此控制開關量所有輸出信號。PLC控制機床的信號通過PLC的輸出接口傳送信號到機床。

（三）CNC至PLC：這部分信息傳送可以通過CNC直接發送到PLC寄存器中。這部分信號和地址均已由生產方確定，不可以進行自由改動和增刪。M、S、T指令是指在加工程序中的三個控制指令。這三個指令通過有序的邏輯處理后，形成譯碼，完成指令的傳輸。譯碼之后送入PLC相應的寄存器中，從而使機床正常運轉并加工零件。

（四）PLC至CNC：PLC內部設置有信號寄存器。當開關量信號輸出指令信號時，該寄存器便能接收到，最終全部信號經PLC整合，發送到CNC中。同樣需要說明的是這部分信號地址與含義已固定，由生產方確定，不可以改動和增刪。

四、PLC在數控機床中的工作流程

（一）輸入處理：PLC將外部接收到的指令或數據有序的讀取，整合后將信號輸入到電路的I/O。信號存儲在I/O映象區中相應的位置，完成信號（數據）接收的前期工作。

（二）程序執行：在此階段中，用戶可以通過之前編排的若干條具體數據指令控制PLC。PLC按照固有的信號讀取程序，從頭到尾依次讀取。在PLC沒有開始下達跳轉的指令時，指令完全在存儲器中將會按照一定的順序排成，從第一條開始，按照順序執行已有的數據程序，直到用戶程序結束。然后根據邏輯運算的結果，進入到下一個數據的輸出處理階段。

（三）輸出處理：在數據完成輸入和執行過程后，PLC將進入進入輸出刷新階段。

五、PLC在數控機床中的控制功能

（一）對機床中控制面板的操作：運行過程中，操作面板將控制著信號發出，PLC接到信號后，隨即數控系統便對機床面板進行控制。

（二）對機床的外部開關輸入信號的操作：運行中，機床側面開關將信號輸出后，PLC接收到信號指令，系統就會按順序進行邏輯運算，最后輸出信號，便能夠精準的控制。

（三）輸出信號控制：PLC輸出信號主要經過電路中的繼電器、接觸器電磁閥。輸出信號控制刀庫、機械手和回轉工作臺，完成PLC的信號輸出過程。

（四）伺服控制：通過控制主軸和伺服驅動等一系列信號驅動裝置，以此滿足伺服驅動過程。

（五）側信號：伺服驅動裝置信號及強電柜信號，對出現問題的部分，給予相應的報警標志，同時給出相應的報警文本。