基于PLC 的數控機床自動控制系統研究

文曉宇

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司設備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

PLC 是一種可編程控制器，該類型控制器可實現模擬量及開關量等自動化控制，同時可結合計算機技術、自動化控制技術等大幅提升整個系統工作效率[1-3]。數控機床是現階段生產加工制造企業常用設備，提高數控機床自動化水平有助于提升企業生產效率。在數控機床控制中，通過使用PLC 控制技術可大幅提升勞動效率及生產效率。本文基于PLC對數控機床自動化控制系統進行研究，以期能在一定程度上提升PLC 技術在數控機床上的應用。

1 PLC 數控系統結構

1.1 PLC 結構

PLC 具有抗干擾能力強、系統編程穩定性好、程序語言識別速度快等優點，同時PLC 數控系統對各設備均有較強的適應性[4]。PLC 數控系統結構主要由用戶使用環境、硬件等組成，具體結構如圖1 所示。PLC 硬件由外部接口、內部接口等組成，外部接口主要用以與其他機電設備進行通信；內部接口把控運算及控制器、CPU、用戶輸入及輸出單元等，上述結構單元均在控制程序控制下運行。

圖1 PLC 結構

1.2 數控系統結構

數據系統是通過獲取到的數字信號指令對數控機床進行控制，系統結構包括程序介質、數控裝置、機床主體及伺服系統等，具體結構如圖2 所示[5-6]。

圖2 數控機床系統結構

數控系統包括數控裝置及伺服系統，數控機床中的主控裝置由多個CNC 裝置構成，根據輸入端制定，對需要控制的零部件進行數值編碼；伺服系統是PLC 系統中的核心組件之一，用以對機床主軸及進給伺服控制。機床主體用以加工制作，結構由機體、刀架、主軸向等構成。在數控機床使用過程中，操作人員可能會出現誤操作問題，從而導致機床運行出現故障，為確保數控機床使用安全，會在機床上增加安裝導程或者緊急按鈕等裝置。

2 PLC 自動控制系統設計

2.1 系統功能

PLC 自動控制系統相對于傳統的控制技術具有更為先進的功能，具體功能如下：

1）PLC 具備有邏輯運算功能，可綜合實現配電裝置、數據控制功能間轉換。

2）PLC 有專用的用戶程序存儲器，系統邏輯控制更為靈活、可應對復雜的控制需要，同時控制程序使用梯形圖邏輯關系，結構簡單。

3）PLC 控制器可與外部多種機電設備進行數據交互，可便捷地實現控制程序編輯、顯示等功能。

4）PLC 控制器體積小、抗干擾能力強，可避免傳統繼電器磨損嚴重、接觸不良等故障。

將PLC 自動控制技術應用到機床控制中，機床功能更為豐富、結構更緊湊，可滿足自動化程度要求較高的設備加工及生產制造系統需要。

2.2 控制系統結構組成

PLC 自動控制系統結構為典型的計算機結構，組成包括讀寫存儲器、輸入及輸出接口電路、CPU等，具體控制系統結構如圖3 所示。

圖3 控制系統結構

輸入部分通過輸入端子分別與液位報警開關、按鈕開關、壓力掃描開關等連接，用以收集系統數據，并使用重復掃描方式執行用戶程序；控制部分按照控制程序反復執行，并將程序執行結果寫入寄存器內；輸出部分輸出端子分別與三色報警、接觸器及驅動器等連接，用以控制被控制部分動作。根據設計的輸出磨損，完成機床操作控制并實現外部負載。

2.3 PLC 控制結構模塊化

根據PLC 控制系統功能需要，將功能模塊劃分為基本控制模塊、公共信號功能模塊、主軸模塊、刀架模塊及報警模塊等。基本控制模塊用以控制程序啟動、停止控制及控制系統緊急處理等；公共信號功能模塊用以處理NC、PLC 等信號；刀架模塊用以對刀架選擇、刀架定位等功能進行控制；主軸模塊用以對主軸定位、主軸正轉及反轉等進行控制，并依據PLC 編程程序對設定參數進行修改；報警模塊用以檢測人為誤操作、機床故障等，當發現存在異常后即開始報警，并反饋故障信息。上述功能模塊實現時基于主程序、若干控制子程序等配合實現，具體控制系統主要控制子程序見表1。

表1 控制系統主要控制子程序

數控機床PLC 控制技術功能實現基礎是控制程序運行指令，用戶側輸出的質量會將程序、控制信號等輸入控制系統中。通過PLC 控制技術應用，可實現數控機床控制系統升級，并優化控制系統功能。

3 結語

隨著生產力技術及經濟的不斷發展，制造業企業對數控機床需求量不斷增加，將PLC 技術應用到數控機床控制中，可提升機床生產效率、自動化控制水平，并在提升企業經濟效益等方面均有一定的促進意義。依據現階段數控機床工作特點，不斷地完善PLC功能，可進一步提升PLC 技術在數控機床中的應用。