PLC在數控機床中的應用研究

許衍彬　李愛超

摘 要：目前，可編程序控制器（PLC）廣泛應用于數控機床等工業控制中。可編程序控制器是一種專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子系統，它采用一種可編程序的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備和生產過程。組合機床是針對特定工件，進行特定加工而設計的一種高效率自動化專用加工設備，這類設備大多能多刀同時工作，并且具有自動循環的功能。組合機床通常由標準通用部件和加工專用部件組合構成，動力部件采用電動機驅動或采用液壓系統驅動，由電氣系統進行工作自動循環的控制，是典型的機電或機電液一體化的自動加工設備。

關鍵詞：可編程序控制器;數字控制;順序控制;操作指令;組合機床;自動循環

我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的CF系列、杭州機床電器廠生產的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產的S系列、蘇州電子計算機廠生產的YZ系列等多種產品已具備了一定的規模并在工業產品中獲得了應用。此外，無錫華光公司、上海鄉島公司等中外合資企業也是我國比較著名的PLC生產廠家。可以預期，隨著我國現代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。

1 PLC和NC的關系

PLC用于通用設備的自動控制，稱為可編程控制器。PLC用于數控機床的外圍輔助電氣的控制，稱為可編程序機床控制器。因此，在很多數控系統中將其稱之為PMC（programmable machine tool controller）。數控系統有兩大部分，一是NC、二是PLC，這兩者在數控機床所起的作用范圍是不相同的。

2 PLC在數控機床中的應用形式

通常有兩種形式：一種稱為內裝式;一種稱為獨立式。

內裝式PLC也稱集成式PLC，采用這種方式的數控系統，在設計之初就將NC和PLC結合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內部總線的基礎上進行的，因而有較高的較高交換速度和較寬的信息通道。它們可以共用一個CPU也可以是單獨的CPU這種結構從軟硬件整體上考慮， PLC 和NC 之間沒有多余的導線連接， 增加了系統的可靠性， 而且NC 和PLC 之間易實現許多高級功能。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都采用這種形式的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式，可根據用戶自己的的特點，選用不同專業PLC廠商的產品，并且可以更為方便的對控制規模進行調整

3 PLC的特點

PLC是應社會生產而產生的，從一開始發展到現在一直是向可靠性高，抗干擾能力強、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、系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造、體積小，重量輕，能耗低、對環境條件無要求、價格低廉等社會生產方面的要求發展。

工業生產對控制設備的可靠性要求：平均故障間隔時間長;故障修復時間（平均修復時間）短任何電子設備產生的故障，通常為兩種：一、偶發性故障。由于外界惡劣環境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統部件的損壞，一旦環境條件恢復正常，系統也隨之恢復正常。但對PLC而言，受外界影響后，內部存儲的信息可能被破壞。二、永久性故障。由于元器件不可恢復的破壞而引起的故障。

4 PLC與數控系統及數控機床間的信息交換

相對于PLC，機床和NC就是外部。PLC與機床以及NC之間的信息交換，對于PLC的功能發揮，是非常重要的。PLC與外部的信息交換，通常有幾個部分;機床側至PLC：機床側的開關量信號通過I/O單元接口輸入到PLC中，除極少數信號外，絕大多數信號的含義及所配置的輸入地址，均可由PLC程序編制者或者是程序使用者自行定義。數控機床生產廠家可以方便的根據機床的功能和配置，對PLC程序和地址分配進行修改;PLC至機床：PLC的控制信號通過PLC的輸出接口送到機床側，所有輸出信號的含義和輸出地址也是由PLC程序編制者或者是使用者自行定義;CNC至PLC：CNC送至PLC的信息可由CNC 直接送入PLC的寄存 器中，所有CNC送至PLC的信號含義和地址（開關量地址或寄存器地址） 均由CNC 廠家確定，PLC編程者只可使用不可改變和增刪。如數控指令的M、S、T 等功能，通過CNC譯碼后直接送入PLC相應的寄存器中; PLC至CNC：PLC 送至CNC 的信息也由開關量信號或寄存器完成，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，不可改變和增刪。

5 PLC在數控機床中的工作流程

PLC在數控機床中的工作流程，通常的PLC工作流程基本上是一致的，分為以下幾個步驟：輸入采樣：輸入采樣，就是PLC以順序掃描的方式讀入所有輸入端口的信號狀態，并將此狀態，讀出輸入到映象寄存器中。當然，在程序運行周期中這些信號狀態是不會變化的，除非一個新的掃描周期的到來，并且原來端口信號狀態已經改變，輸入到映象寄存器的信號狀態才會發生變化;程序執行：程序執行階段系統會對程序進行特定順序的掃描，并且同時讀出輸入映像寄存區、輸出映像寄存區的讀取相關數據，在進行相關運算后，將運算結果存入輸出映像寄存區供輸出和下次運行使用;出刷新階段：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。

6 PCL的應用現狀

PLC在工業自動控制領域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現出的綜合優勢是其它工控產品難以比擬的。隨著PLC技術的發展，它在位置控制、過程控制、數據處理等方面的應用也越來越多。在機床的實際設計和生產過程中，為了提高數控機床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。整機控制系統具有程序設計思路清晰、硬件電路簡單實用、可靠性高、抗干擾能力強，具有良好的性能價格比等顯著優點，其軟硬件的設計思路可供礦企業的相關數控 床設計改造借鑒。

我國是一個機床生產和應用大國，但數控技術的應用水平還不高，嚴重制約著我國制造業水平的提高。國際上的相關開發計劃對我國的數控技術的發展提出了嚴峻的挑戰，同時也帶來了機遇。采用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機床的運行可靠性，因而增加了設備的柔性，提高了設備的使用效率。

PLC的發展空間非常大。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程序控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現;從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展;從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求;從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言;從網絡的發展情況來看，可編程序控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程序控制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程序控制器的應用。伴隨著計算機網絡的發展，可編程序控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。

參考文獻

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