基于PLC的數控機床電氣控制框架

文/馬然

數控機床是當前機械制造領域的常見工具，其特征即由計算機來實現數字化控制，從而展開工作的一種高精度自動化設備。在對機床展開控制的過程中，可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）作為連接計算機與機床等機械設備之間的橋梁，發揮著不容忽視的重要作用。PLC在數控機床體系中的應用，在提升機床自動化水平的同時有加強了精度以及可控性方面的特征，尤其是對于變頻器、光柵尺以及電機控制等方面，更加便于形成全面規劃，同時加強了閉環控制系統的實現，能夠有效提升生產效率，因此具有強大的生命力。

1　有PLC加入的數控系統

從數控機床的電氣控制角度看，PLC可編程邏輯控制器位于數控系統以及主軸驅動系統之間，三者通過數據傳輸通路實現鏈接，共同構成數控機床的控制體系。在這樣的數控系統中，相關的控制命令通過數據輸入裝置進入到數控系統，并且由數控系統來實現對于對于指令的必要加工，諸如解碼和運算，而后進一步將加工后的結果進行輸出。PLC可編程邏輯控制器則作為數控機床的邏輯控制中心存在，從邏輯上看其作用在于實現計算機與機床之間的溝通橋梁，但是從功能上看PLC與機床的結合更為緊密。作為機床各方面功能和狀態的控制中心，PLC負責將來源于數控系統的運動以及功能指令進行邏輯整理，確保機床能夠準確、協調地依據相關指令安全展開工作，并且還需要對機床的各種狀態信息進行采集，并且反饋給數控系統，成為支持數控系統展開進一步控制和調整的重要工作依據。

通常而言，對于數控機床的控制主要通過PLC以及數控系統的集成接口來實現，一般系統都是將二者間各種通信信息分別指定固定的存放地址，并且面向地址信息狀態展開實時監控，依據不同接口信號的具體狀態加以判斷，并且據此確定出下一個工作環節的控制命令，實現對于機床功能和動作的控制。整個控制系統包括強電柜和數控系統兩個部分組成，其中前者包括動力電路、控制電路以及PLC，后者則用于實現數字化控制，是控制系統執行加工的核心所在。想要對數控機床的控制展開對應的分析，同樣應當從這兩個方面予以分別展開。

2　數控機床控制系統職能分析

在系統強電控制回路中，包括電源、伺服強電、主軸強電、冷卻電機強電以及備用電源等幾個主要部分。作為機床重要的控制系統，其位于數控裝置和機床機械組件之間，負責實現對數控裝置發送過來的諸多命令以及參數進行接收和整理、分析。具體而言，包括主軸變速以及轉向、啟動或者停止、刀具更換、分度工作臺的轉位和鎖緊，工件的夾緊或松開，切削液的開或關等指令，都在其負責范圍之內。在對這些指令進行編譯之后，進一步展開對于相應機床組件的驅動與控制，實現對應動作的完成。在這個體系之下，電源控制部分主要實現以及機床系統總功率以及總電流確定空氣開關；而伺服強電則用于為伺服電源模塊供電，由交流控制回路進行控制；主軸強電負責實現對于主軸在電源供電以及電機方面的控制，冷卻電機強電則交由PLC進行具體控制。

對于數控系統控制方面，其控制回路包括電源回路、交流控制回路、直流控制回路三個主要部分。電源回路主要用于實現電源的控制，包括直流和交流兩個部分，是系統安全供電的重要保證。在電源回路中，控制變壓器會依據實際情況需要對強電電源進行轉化，整理出控制回路需要的220V交流電以及24V直流電。交流控制回路則負責實現對強電回路伺服模塊、主軸電機等得失電狀況的控制，在這一部分中，PLC的作用在于通過對中間繼電器的得失電控制，來實現控制功能，可以說，PLC在這一個環節中即為控制功能實現的核心所在，其控制范圍還包括了刀具加緊、主軸冷卻以及潤滑、Z軸抱閘等方面。最后，在直流控制回路方面，PLC的作用主要體現在對中間繼電器組的控制方面，這是實現交流控制回路有效展開動作的基礎，但是由于繼電器工作驅動能源為24V電源，因此單獨劃歸到直流控制領域中進行對待。

在對機床實現控制的過程中，PLC本身具有可靠性高、抗干擾性能良好等特征，并且維護和按照都十分方便，能耗也極為有限，都決定了其應用必然成為一種趨勢存在。從PLC的工作細節角度看，即在確定對PLC輸入輸出內容的前提之下，來進一步計算出對PLC的輸入、輸出線數目以及IO地址的分配。具體而言，諸如刀具更換、刀具固定、氣壓告警、坐標軸回零、主軸速度到達信號、坐標軸正負限位信號、外部運行允許信號等，都是PLC能夠接受的輸入信號。并且也可以依據輸入結果來反向確定對應的PLC控制策略，如刀具轉向，刀具換刀位、主軸使能、冷卻開關控制、伺服使能、主軸松緊、伺服強電允許等，都可以作為PLC控制輸出目標進行對待。

3　結論

雖然PLC在實際應用環境中的表現一直都比較穩定，對應的故障發生也多源于不同功能模塊之間的配合度尚有待完善，但是并不代表可以在日常工作中對于PLC的維護完全放任自流。考慮到PLC工作的有效性，將關系到機加工產品的合格率，甚至于整個機床的安全運行，只有謹慎對待不斷提升，才是PLC控制的發展正途。