PLC技術在數控機床電氣控制中的應用

趙云峰 焦玉斌

【摘要】PLC具有通用性強！可靠性高！指令系統簡單、現場連接方便等一系列顯著優點，已廣泛應用于機床、機械制造、汽車、電力、環境保護等各行各業"PLC在機械加工、機床控制中的應用越來越廣泛，已成為改造和研發現代機床等機電一體化產品最理想首選控制器"本文介紹PLC基本功能以及在數控機床電氣控制中的應用。

【關鍵詞】PLC；數控機床；電氣控制

可編程控制器（PLC）是近幾十年才形成和發展起來的一種新型工業用控制裝置。它可以取代傳統的低壓控制電器從而實現邏輯順序動作控制、計數和算術運算等各種操作功能，大型高檔PLC還能像微型計算機那樣進行數字運算、數據處理、模擬量調節以及聯網通信等等。在自動化領域，PLC與數控機床、工業機器人、CAD/CAM并稱為現代工業技術的四大支柱，尤其是在機械加工、機床控制中的應用越來越廣泛，其應用的深度和廣度也代表了一個國家工業現代化的先進程度。

1 可編程控制器（PLC）概述

1.1 PLC基本概念

PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。

1.2 PLC 特點

PLC在工業生產中被廣泛使用，自身具有適應自動化發展的獨特優點：可靠性高，抗干擾能力強；硬件配套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎；容易改造；體積小，重量輕，能耗低。

1.3 PLC應用領域

目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為開關量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數據處理、通信及聯網等。

2 PLC在數控機床電氣控制中的應用

2.1 PLC在數控機床中的應用形式

PLC在數控機床中的應用主要有內裝式和獨立式兩種形式。內裝式 PLC也稱為集成式 PLC，采用這種方式的數控系統，在設計的時候就將NC和 PLC 結合起來，NC和 PLC 之間的信號傳遞是在內部總線的基礎上進行的，因而有較高的交換速度和較寬的信息通道。它們的CPU可以共用，也可以獨立使用。這種結構從軟、硬件整體上考慮PLC和NC之間的連接沒有多余的導線，增加了系統的穩定性，而且NC和 PLC之間易實現更多的高級功能。PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示，這種方式對于系統的使用具有較大的優勢。高檔次的數控系統一般采用內裝式PLC。獨立式PLC也稱外裝式PLC，它獨立于NC裝置，具有獨立完成控制功能的PLC。在采用這種應用方式，可根據用戶自己的功能需要，選用不同的PLC產品，并且可以更為方便的對控制功能調整，具有更好的開放性能。

2.2 PLC與數控系統及數控機床間的信息交換。

PLC、CNC（數控系統）和 MT（機床）三者之間的信息交換，需要通過三者間的接口進行數據的傳輸。接口包括四部分：機床至PLC、PLC至機床、CNC至PLC、PLC至CNC。

2.2.1 機床至PLC

機床側的開關信號通過I/O端子板輸入PLC中，此類地址中多數可由PLC程序設計者自行定義使用，其中有少部分地址已由廠家定義。

2.2.2 PLC至機床

PLC控制機床的信號通過PLC的輸出接口送到機床側，所有開關量輸出信號的含義及所占用的PLC地址均可以由PLC程序設計者自行定義。

2.2.3 CNC至PLC

CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC寄存器中，所有CNC送至PLC的信號和地址均由數控系統生產廠家確定，PLC編程人員可以使用，不允許改動和增刪。加工程序中數控指令M、S、T的功能，通過CNC譯碼后直接送入PLC相應的寄存器中。

2.2.4 PLC 至CNC。PLC送至CNC的信息也是將開關量信號傳送到寄存器，所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改動和增刪。

2.3 在數控機床中的工作流程

PLC在數控機床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分為以下幾個步驟。

2.3.1 輸入處理階段

此階段PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態通過輸入接口電路讀入輸入映像寄存器，接著進入程序執行階段。

2.3.2 程序執行階段

PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。在沒有跳轉指令時，從第一條開始，逐條順序執行程序，直到用戶程序結束進入輸出處理階段。

2.3.3 輸出處理階段

在所指令執行完成后，輸出映像寄存區的所有輸出繼電器的狀態（接通/斷開）在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅動外部負載。

2.4 PLC在數控機床中的控制功能

2.4.1 機床操作面板的控制

將機床操作面板控制信號直接進入PLC，控制數控系統的運行。

2.4.2 機床外部開關輸入信號控制

將機床側的開關信號輸入到送入PLC，進行邏輯運算，然后輸出給控制對象。

2.4.3 輸出信號控制

PLC輸出信號經電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等，對刀庫、機械手和回轉工作臺等裝置進行控制。

2.4.4 伺服控制

控制主軸和伺服進給驅動裝置的使能信號，以滿足伺服驅動條件。

2.4.5 報警處理控制

PLC 收集強電柜、機床側和伺服驅動裝置的控制信號，將報警標志區中的相應體現出來，數控系統便顯示報警號及報警文本，以便故障維修。

2.4.6 轉換控制

有些加工中心的主軸可以立/臥轉換，當轉換時，PLC完成切換主軸控制接觸器、在線自動修改有關機床數據參數、切換伺服系統進給模塊并切換用于坐標軸控制的各種開關和按鍵等。

3 總結

PLC以其諸多優點成為數控機床的核心設備，提高了加工精度。以PLC為核心，再加上一定數量的繼電器、接觸器作為外圍元件，便構成了典型的、高檔次的、完善的數控加工系統。隨著數控技術的發展，PLC以其較好的邏輯處理功能，在數控機床電氣控制部分獲得了更大的應用空間。

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