PLC在數(shù)控車床控制中的應(yīng)用

摘 要：本設(shè)計是對SIEMENS 802C數(shù)控車床中PLC程序的控制應(yīng)用以及PLC在數(shù)控車床中的應(yīng)用進行分析說明。設(shè)計首先針對PLC系統(tǒng)的組成、特點和應(yīng)用領(lǐng)域進行介紹。對PLC在數(shù)控車床中的功能和應(yīng)用進行了概述，然后主要針對SIEMENS 802C在數(shù)控車床中的幾種應(yīng)用方法和如何控制數(shù)控車床進行闡述與探討。

關(guān)鍵詞：PLC；數(shù)控車床；工作原理

SINUMERIK 802C是專門為中國數(shù)控車床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型 CNC控制系統(tǒng)。其特性如下：結(jié)構(gòu)緊湊，高度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，車床操作面板和輸入輸出單元；車床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與車床匹配更快速、更容易；簡單而友好的編程接口，保證了生產(chǎn)的快速進行，優(yōu)化了車床的使用。

1 PLC的工作原理

PLC有運行與停止這兩種基本的工作模式。在運行模式下，PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為什么需要反復(fù)執(zhí)行程序呢？這是因為輸入的信號可能在隨時的變化，為了使輸出能夠及時的響應(yīng)輸入信號，所以只能不斷重復(fù)的執(zhí)行用戶區(qū)的程序，直至切換到STOP工作模式或者停機。

在每次循環(huán)執(zhí)行用戶區(qū)的程序外，PLC還要執(zhí)行通信處理、內(nèi)部處理等工作。總體來說，PLC的一次循環(huán)可分為下面幾個階段：內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理。就是由于這樣循環(huán)的工作，所以PLC才稱為掃描工作。從外部的輸入輸出來看，這幾個階段的處理幾乎是同時完成的，這是因為PLC具有很高的執(zhí)行速度。

2 PLC在數(shù)控車床中的兩種應(yīng)用方法

數(shù)控車床中所應(yīng)用PLC可分為兩類：一類是專為實現(xiàn)數(shù)控車床順序控制而設(shè)計制造的內(nèi)裝型PLC；另一類是I/O信號接口技術(shù)規(guī)范、I/O點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數(shù)控車床控制要求的獨立型PLC。

2.1 內(nèi)裝型PLC的特點簡介

內(nèi)裝型PLC（或稱內(nèi)含型PLC、集成式PLC）從屬于CNC 裝置，PLC 與NC 間的信號傳送在CNC 裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)。PLC 與車床（簡稱MT）之間則通過CNC I/O 接口電路實現(xiàn)信號傳送。如圖1所示為具有內(nèi)裝型PLC 的CNC 車床系統(tǒng)框圖。

內(nèi)裝型 PLC 有如下特點：內(nèi)裝型PLC 實際上是CNC 裝置帶有的PLC 功能，這種功能可以供用戶選擇。內(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)一般應(yīng)當(dāng)根據(jù)它所從屬的CNC系統(tǒng)的性能、規(guī)格、適用車床的類型等因素確定的。作為CNC系統(tǒng)的基本功能或者是附加功能，其軟硬件部分是與CNC系統(tǒng)的其它功能共同設(shè)計制造的。因此，它具有很緊湊的整體結(jié)構(gòu)，且PLC的功能具有很強的針對性，技術(shù)指標(biāo)合理、實用，特別適用于單機數(shù)控設(shè)備的控制上。

從結(jié)構(gòu)上來講，內(nèi)裝型PLC可以單獨實用一個CPU，也可與CNC系統(tǒng)共用一個CPU；硬件控制電路可以單獨制在一個電路板上，也可與CNC系統(tǒng)其他電路制作一個電路板，當(dāng)CNC裝置需要附加PLC功能時，可以將PLC電路板插裝到CNC裝置中，內(nèi)裝PLC一般使用CNC系統(tǒng)的輸入/輸出電路，所以內(nèi)裝PLC一般不需配置輸入/輸出接口電路。PLC控制電路及輸入電路部分由CNC系統(tǒng)的電源提供供電，不許再另外配置電源。

2.2 獨立型PLC的特點簡介

獨立型PLC一般又可稱為通用型PLC。顧名思義，獨立型PLC與CNC裝置相獨立，具有自己完整的硬件和軟件系統(tǒng)，可以獨立的實現(xiàn)某項控制任務(wù)。獨立型PLC基本結(jié)構(gòu)有以下幾個：輸入/輸出接口電路、CPU及其控制電路、用程序存儲器、系統(tǒng)程序存儲器、與外部設(shè)備通信的接口及電源等。

獨立型PLC一般采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)或籠式插板式結(jié)構(gòu)，一般不同功能的電路都做成相互獨立的印制電路板或者模塊，其優(yōu)點是可以方便的擴充其功能、方便安裝。如果需要與外部的I/O設(shè)備、上位機、編程設(shè)備等進行數(shù)據(jù)交換，則只需通信模塊；如果需對外部伺服裝置進行控制，則需用到D/A模塊；而計數(shù)模塊則可以控制和檢測加工工件數(shù)量、回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)分度數(shù)等，定位模塊可以實現(xiàn)的作用有：控制刀庫、轉(zhuǎn)臺、直線運動軸等機械運動部件。

3 PLC在數(shù)控車床中控制中的應(yīng)用

3.1 控制操作面板

PLC的輸入端連接到車床操作面板的按鈕上，輸出端連接到操作面板。操作面板又可以包括兩個部分：車床操作面板和系統(tǒng)操作面板。系統(tǒng)把系統(tǒng)操作面板上控制信號傳送到PLC控制數(shù)控系統(tǒng)，然后進行處理、運行。

3.2 在車床外部開關(guān)的輸入信號的應(yīng)用

PLC處理傳送到里面的車床側(cè)的開關(guān)信號，并對其進行邏輯運算處理。車床側(cè)的開關(guān)包括壓力開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)等。

3.3 PLC對輸出信號控制

車床強電信號連接到PLC輸出端，主要是為了控制車床的搶點部分。PLC的輸出信號經(jīng)過強電柜中的繼電器、接觸器、電磁閥、信號燈等，然后傳送給控制對象。計算機中存儲著每個電氣執(zhí)行元件的運行控制邏輯，其運行根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)給出的指令進行。

3.4 PLC的T功在車床控制中的應(yīng)用

PLC的T功能還可以在數(shù)控車床中實現(xiàn)換刀具的功能。當(dāng)發(fā)出換刀指令時，數(shù)控系統(tǒng)把T代碼指令傳遞給PLC，經(jīng)過譯碼與檢索等過程，找到T代碼中的刀號，然后比較所用刀號是否符合，如果不相符合，則實現(xiàn)換刀，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。

3.5 PLC的M功能在車床控制中的應(yīng)用

M指令主要包括以下幾個指令：M02代表程序停止指令、M03代表主軸順時針旋轉(zhuǎn)指令、M05代表主軸停止指令、M06代表準(zhǔn)備換刀指令。如果系統(tǒng)發(fā)出M指令傳遞給PLC，然后經(jīng)過譯碼、輸出控制信號等處理過程，可以實現(xiàn)啟動/停止、冷卻液的開關(guān)等功能。每當(dāng)M功能都執(zhí)行完時，系統(tǒng)都要發(fā)出完成信號。

3.6 PLC的S功能在車床控制中的應(yīng)用

S功能的主要作用是控制主軸的轉(zhuǎn)速。一般有兩種使用方法：代碼法和直接指定法。代碼法的使用方法是在S后面跟二位表示車床主軸轉(zhuǎn)速的代碼的數(shù)字；顧名思義，直接指定法表示S后面的數(shù)字表示主軸的轉(zhuǎn)速，例如S2200就是表示主軸轉(zhuǎn)速是2200r/min。

4 PLC對外圍電路的控制

數(shù)控車床利用PLC的功能實現(xiàn)對車床的輔助設(shè)備的控制。PLC通過對數(shù)控車床的外圍電路的控制實現(xiàn)對輔助設(shè)備的控制。PLC通過邏輯運算處理NC給出的控制信號和外部反饋信號，然后輸出經(jīng)過處理的信號。PLC的輸出模塊輸出經(jīng)過處理的信號，然后傳遞到繼電器、控制接觸器等單元，控制具體的執(zhí)行單元，從而控制對應(yīng)的輔助設(shè)備。某些控制信號則無需經(jīng)過中間處理，直接控制外圍設(shè)備。例如，面板上的指示燈，則是利用低壓電源驅(qū)動完成，無需經(jīng)過處理。數(shù)控車床的每一個外部設(shè)備都對應(yīng)著一個PLC的輸出地址，有PLC進行處理。

5 結(jié)束語

上述中探討了西門子系列PLC在數(shù)控車床中遵循的基本原則。主要介紹了PLC的工作原理、結(jié)構(gòu)、工作過程、分類、對數(shù)控車床各方面的控制以及應(yīng)用范圍，闡述了PLC對數(shù)控車床的重要作用。

參考文獻

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