PLC技術應用數控機床電氣控制系統研究

張永永

（洛陽理工學院 河南省洛陽市 471000）

1 PLC技術的優勢介紹

1.1 功能豐富

PLC 技術發展至今已經實現在各種各樣生產活動中使用，這么多新功能的普及主要是得益于PLC 設備自身所具備的敏捷高效的信息處理系統與其所機身配備的高存儲設備元件，有了這樣的配置它可以同時處理幾十條甚至上百條指令，可以對運行過程中可能出現的各種各樣的邏輯問題進行有效處理，與此同時還能針對于不同種類的數據進行運算。可以這樣理解：PLC 設備就跟計算機一樣特可以具備普通計算機所具有的功能，甚至是計算機不具備的功能它也可以很順暢的完成。在PLC 設備中極為重要的內部數據儲存原件可以儲存各種類型海量的數據。

1.2 操作簡單方便

操作簡單方便是PLC 設備的一大優勢，它可以非常簡單的做到對數控機床系統進行控制。其實現原理是建立以PLC 控制邏輯的程序，用以取代硬件設備的數據接線傳輸，通過程序控制的方式比傳統硬件接線更為方便直接。另外跟傳統的硬件設備比較PLC設備的硬件是高度集成化的，高度集成化硬件設備已集成為種種小型化的模塊。同時這些模塊是成套成套的出現的，通過配套的集成化模塊設備，進一步實現系列化與規格化。

1.3 性能安全可靠

在工業生產中廣泛應用PLC 技術來達到對數控機床高效快捷的操控，整個過程是極為安全可靠的。其主要原因是因為PLC 設備不管是在硬件還是在軟件兩個方面都采取了非常多的應對方案措施，從而達到設備可以安全可靠地進行生產工作。從另一個角度來看，如果PLC 設備不能夠適應工業生產環境，做不到能夠安全有效的從事工業生產，也就不可能被廣泛應用于工業生產建設。PLC設備不僅是要具備超高的工作可靠性，也要具備極強的抗干擾能力，與PLC 設備相比微機設備雖然具備極為快速分析處理大量數據的能力，但是其有一個致命的缺陷就是其抵抗各種干擾因素的能力很弱，假設在日常工業生產過程中忽然出現強烈的電磁干擾亦或是較強的電源波動、機械振動，甚至是環境中溫度和濕度發生較大的變化變化，都會對微機的系統控制工作造成不同程度的掣肘，PLC 設備不僅在硬件設備上下功夫安排抗干擾措施在軟件方面也不甘下風采取相匹配的軟件抗干擾措施，二者強強聯合可以無懼各種具備強烈干擾因素的工業生產現場，與此同時還具備對自身故障自行診斷的功能。

1.4 經濟合算

科學技術社社會發展的第一大生產推動力，因此高新科學技術的應用在給國家帶來可觀的經濟效益的同時也會帶來巨大的社會效益。PLC 技術的應用也是有著一樣效應的，雖然使用PLC 前期投入要大些，但是從長期發展的角度來看PLC 設備使用的普及還是非常具有經濟價值的。究其緣由主要是因為雖然使用PLC 前期的投資巨大，但由于PLC 設備體積小、所占空間小，輔助設施的投入少等原因，其在運行過程中較之以往傳統設備用電量大幅度下降，再因其安全可靠的運行減少生產過程中因停止工作帶來的巨大經濟損失，所以，在多數情況下，它的效益是可觀的。

2 PLC技術的應用

2.1 用于開關量控制

PLC 設備在關于數控機床控制方面有很強的操控能力，PLC 設備可以在同一時間同時操控大量開關量。同時可控制的出入點數最少可以達到十幾點、幾十點，多的甚至可以達到幾百、幾千，幾萬點，再加上PLC 設備可以連接互聯網，因此理論上PLC 設備所控制的點數是不受限制的。關于控制點數的問題解決后PLC 設備還可以控制解決各種各樣的邏輯問題。其可以解決的邏輯問題涵蓋范圍很廣，包括組合邏輯問題邏輯問題、時序邏輯問題、即時邏輯問題、延時邏輯問題、不需計數邏輯問題、需要計數邏輯問題、固定順序邏輯問題、隨機工作邏輯問題等等。當前，PLC 設備在自動化控制領域，也是極為先進的操控手段，擁有者其他設備無法比擬的優秀特性。

2.2 用于模擬量控制

在工業生產過程中PLC 設備也被應用于模擬量控制，通俗來講模擬量是指：如電流、電壓、溫度、壓力等等這些大小是連續變化的量值。在工業生產過程中，特別是連續型工業生產過程中，要做到經常性的對電流、電壓、溫度、壓力等等這些物理量進行控制，使其保持在一個穩定的數值上。因此在廣泛的工業生產中，PLC 作為一種工業控制電子裝置可以做到對這些量進行合理有效的控制。當前PLC 設備發展日趨完善，在原有水平上獲得了較大的提升與發展，這樣的發展雖然大大縮小了我國與發達國家的差距，現在不管是大型、中型機還是小型PLC 設備都可以做到在工業生產過程中對模擬量進行合理控制。

2.3 用于運動控制

PLC 設備在實際工業生產中的應用不僅僅涉及開關量與模擬量的控制，還具備關于運動的控制。此類控制涵蓋范圍不小，諸如機床部件在位置上的移動，這些運動控制與機床部件的經常是通過數字定量來進行具體地表示。數字控制技術是在PLC 控制設備中極為有效地控制辦法，這項技術始于上世紀五十年代的美國，同時數字控制技術也是一項以計算機為基礎的控制技術。現如今數字控制技術在世界上應用及其廣泛，長期的發展也使得數字控制技日趨完善。PLC設備關于運動控制的原理是設備可以自動接收計數脈沖（脈沖頻率的范圍在幾千到幾萬赫茲之間）并且可以做到同時接受多個不同路徑的計數脈沖。另外，還有的PLC 設備不僅具有接收計數脈沖的功能還具備脈沖輸出的技能，輸出的頻率也可以達到幾萬赫茲，PLC 設備具備了這兩項能力：憑借高效的數據運算處理技術與裝備上與設備相稱的傳感器設備，進而達到對于運動量的控制。

3 數控機床介紹

3.1 數控機床的作用

數控就是使用各類數控機床，高精度的，可以加工零件（例如，可以直接將一整塊鐵銑成臉盆）也可以加工模具。既可以加工模具，也可以加工零件。通俗來講是指通過在計算機上預先編制好模具加工的每一步程序，使得設備可以按照標準化的流程自動的進行模具的機械加工。特別適合銅、鋁、鐵、不銹鋼、塑料等精密零件加工制造，適用于儀表、鐘表、汽車、摩托、自行車、眼鏡、文具、五金衛浴、電子零件、接插件、電腦、手機、機電等行業成批加工零件，特別是較為復雜的零件。三軸均采用直線滾動導軌，由值伺服電機驅動，直線式排刀結構具有快速換刀的特點，數控系統功能完善，操控簡易。根據零件加工需要，可選配側面動力頭，實現鉆孔、銑削復合加工。配備自動送料機，可實現自動化生產。

3.2 數控機床應用意義

數控機床加工技術在現代制造業中有著非常重要的作用，作為現代制造業發展不可或缺的一環，甚至可以代表一個國家整體的機械制造水平。一個國家如果擁有高水平的數控機床制造技術那么就意味著這個國家具有高超的機械制造水平，與此同時在機械制造行業具有極為強大的競爭力。自上世紀九十年代起我國充分認識到發展數控機床技術的重要性，因此，在這二十幾年的時間里我國數控機床技術奮起直追，在原有水平上獲得了較大的提升與發展，這樣的發展雖然大大縮小了我國與發達國家的差距但是還是不能達到世界一流水平，因此我國還是處于一個大力開展自身技術研究的同時也積極借鑒國外先進數控機床技術的發展時期。相信不久將來我國數控機床技術一定能取得可喜的發展，要知道數控機床技術的發展不僅僅是為我國制造業帶來更多的經濟效益同時數控機床技術也對國家安全防控有著極為重要的意義，冷戰時期偉大的蘇維埃社會主義共和國聯盟就是在引進了日本先進的數控機床技術才造就了無聲無息潛藏在深海里的深海巨獸。數控機床技術之于國家經濟與國防的重要性可見一斑，正是基于此我國才應該在第十四個五年計劃發展新時期重視數控機床技術，發展數控機床技術，將發揮在那的目光放在制造業，將發展的重心放在實體經濟。

4 基于PLC技術支持下的數控機床電氣控制系統分析

4.1 電系統應用

PLC 控制在電系統應用，那么系統設計的水平就會直接影響到整個控制系統、還有設備的運行可靠性。那么如何能夠根據不同的控制要求，去設計出一個運行穩定、動作可靠、安全使用、調試方便、維護容易的電控制系統呢，這也是進行PLC 控制設計時需要考慮的問題。首先了解一下系統設計，應該遵循的幾個原則PLC 控制系統的工程設計，一般可以分為系統規劃、硬件設計、軟件設計、系統調試、技術文件編制五個基本的步驟。如下基本的設計原則：

（1）首先要實現設備、生產機械、生產工藝的全部動作；

（2）設計是滿足設備對產品的加工質量以及生產效率的要求；

（3）確保系統安全、穩定、可靠的工作；

（4）盡可能地簡化控制系統的結構，降低生產成本；

（5）充分提高自動化強度，減輕勞動力；

（6）改善操作性能，方便日后檢修。

在以上這幾個設計原則中，最為重要的是要滿足系統控制要求、確保系統安全可靠性、簡化系統結構這三個方面。滿足系統控制要求PLC 控制系統設計必須確保能實現對象的全部動作，滿足對象的各項技術要求。所以我們設計人員在進行系統設計前，一定要深入生產現場或者通過調研被控對象的機械、氣動、液壓的組成和工作原理，充分了解設備或機械需要實現的動作和應具備的功能、以及各種執行元件的性能和參數等等，然后設計人員需要進行控制系統的規劃，確定系統的總體方案。

4.2 數控系統應用

數控機床用PLC 可分為兩類：一類為獨立式PLC，PLC 是標準通用型的，其I/O 信號接口技術規范、I/O 點數、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數控機床的要求，與數控裝置有用I/O 點直接連接和用通信模塊連接的兩種連接方式；另一類是集成式PLC，是專為實現數控機床順序控制而設計的，與數控裝置融為一體的新式PLC。獨立式PLC 采用的是通用PLC，是一套獨立的PLC 系統，與數控裝置相互獨立，具有獨立的軟件和硬件功能，能夠獨立完成規定的控制任務。PLC 與數控裝置通常有兩種連接方式。一種連接方式是直接用數控裝置的I/O 連接PLC 的I/O，早期的數控裝置很多都采用這種方式。例如，海德漢TNCl55 采用的就是這種方式；PLC 采用SIEMENS 公司通用型$5115U 可編程控制器；美國TEACHABLEllI 數控裝置連接的是GE．FANUC 公司的90．30 系列PLC；集成式PLC 從屬于CNC 裝置，PLC 與NC 之間的信號是在數控裝置內部傳送的。PLC 與機床側(MT)的連接是通過PLC 的I/O 接口實現的。

5 結束語

在十四五我國經濟發展新時期，我國對未來制造業發展做出發展布局，作為制造大國我國數控機床的生產與應用都需要更高層次的改革創新。目前我國現有的數控機床技術發展水平尚未達到世界一流水平。長期以來我國都是由于未具備高水平的數控機床技術，制約著我國制造業水平更進一步的發展。相信未來我國數控機床技術會邁入全新的發展階段，中國制造業也會取得跨越式的發展成果。