PLC應用技術在數控機床電氣控制中的運用分析

張桐強

摘? ? 要：本文主要以數控機床中的自動化控制為主題展開分析，在簡要介紹數控機床電氣系統及PLC技術的基礎上，探討了PLC在數控機床中的自動化控制應用。

關鍵詞：PLC;數控機床;電氣控制

1? 引言

以PLC可編程控制技術為例，將PLC控制器配置在機床設備內，既能提升機床設備的安全性和穩定性，還能優化原有的系統，使設備結構保持在良好的運行狀態。

2? 數控機床電氣系統及PLC概述

2.1? 數控機床電氣系統

電氣系統可以說是數控機床可靠運行的關鍵，是整個設備的核心，主要負責程序指令的接收并識別解釋程序，完成結果邏輯數據的計算與判斷處理，最后發出速度以及時間控制的操作指令。數控機床電氣系統比較復雜，可細分出伺服電機、檢測開關、伺服放大器、編碼器、數控單元、繼電器、變頻器等多個子系統。電氣系統控制著數控機床的各個部件，通過控制程序和操作指令來保證機床始終維持一個良好的運行狀態。如果電氣系統出現任何異常，將會直接反映到數控機床的運行狀態上，關系著是否可以安全穩定地完成生產制造作業，因此必須要提高對電氣系統的重視，總結并排除影響其狀態的各項因素，爭取進一步來提高電氣系統的可靠性，為數控機床的穩定運行提供保障。

2.2? PLC技術

可編程控制器PLC，在控制器內會配置程序存儲裝置，在存儲裝置內會對不同的數據進行計算，以此確定數據發出的順序、時間以及操作方式等，使操作人員根據指令進行產品生產。PLC在工作過程中，控制器內的CPU會重復進行輸入采樣、程序執行以及輸出刷新三個階段的操作。

（1）輸入采樣階段。進入到輸入采樣階段時，PLC系統會對輸入端子進行分析，根據分析結果將不同的輸入指令存儲在指定的映像寄存器內。進入到輸入映像寄存器內，該裝置會重復刷新，完成刷新后發出執行指令。

（2）程序執行階段。進入到程序執行階段，形成的PLC梯形圖程序，按照先左后右、先上后下的原則，對程序內的指令進行充分的掃描。完成掃描后，指令發出時會進入到對應的程序內。

（3）輸出刷新階段。將系統運行時使用到的指令完成執行要求過程中，會進入到輸出刷新階段。此時在設備中的元件映像寄存設備，進入到輸出刷新階段，此時指令會存儲在輸出鎖存器內，應在特定的方式中，輸出到驅動荷載裝置內。

3? PLC技術應用于數控車床控制系統的應用

3.1? PLC的信息傳輸

數控車床系統中的機床信號和PLC信號的輸入和輸出都是由I/O板的接收電路和驅動電路進行傳送。其中CNC信號、PLC信號和機床信號這三者相互間進行信號傳輸，但是始終是以PLC為中心。主要分為這四個部分：①機床傳至PLC;②PLC傳至機床;③CNC傳至PLC;④PLC傳至CNC。

3.2? PLC的故障信息報警

PLC技術還控制著數控車床的故障報警系統，這主要是因為PLC技術在數控車床控制系統中將機床和CNC進行連接，一旦PLC接收到CNC的控制信息時，PLC技術內部的梯形圖的順序邏輯就會進行計算，然后給機床側發送控制指令，這樣電磁閥、繼電器和指示燈就會進入工作狀態，并將工作狀態的信號傳遞至CNC，CNC又可以將信息傳送回PLC。當然，如果電磁閥、繼電器和指示燈的開關信號沒有及時反映，這就會導致PLC技術出現報警情況，數控車床就不能進行正常的運轉。一般情況下，PLC技術主要通過這三種方法進行故障診斷和維修：①動態梯形圖信號跟蹤方法;②機床廠家報警信息故障診斷法;③系統報警診斷的故障診斷法。PLC顯示信號狀態的模式是它的地址內容會以（0或1），10進制和16進制數字來顯示。例如，當數控車床需要進行調試和維修時，如果采用PLC動態梯形圖信號跟蹤法的話，功能鍵就會調出一定順序的控制梯形圖的輔助菜單，PLC技術會根據程序進行監控，一是監控對應觸點，一是監控線圈輸入和輸出信號的狀態變化，并且分析、判斷動作的過程，確定被控元件的工作狀態是否正常，機床是否出現了故障，從而也就為維修爭取了更多的機會。

3.3? PLC在數控機床中的控制功能

操作面板控制功能，是由操作面板中，操作面板和機床操作面板組成控制系統。在系統工作過程中，系統會發出控制信號，此時產生的信號會由NC接收，在NC內通過轉換后進入到PLC可控制編程器，以此將發出的指令傳輸至機床，使機床在指令下開始工作。在機床產生的控制信號，會由PLC接收，接收信號后會下達機床運行的指令，使機床進入運行狀態。

3.4? PLC與數控系統及數控機床間的信息交換

（1）機床至PLC。機床發出單側信號時，數據信號由I/O輸入接口進入到PLC控制器內，此時PLC可編程控制器，會對輸入地址進行調整，并根據相關要求，將調整后的地址發送到下一階段。

（2）PLC至機床。對機床配置的裝置可知，為保證控制功能充分發揮其性能，在機床單側的輸送信號傳輸過程中，PLC將輸出信號接收到控制器內，并將輸出信號的地址，通過工作人員重新編程，保證編程內容可以完成相關指令的操作。

（3）CNC至PLC。PLC可編程控制器接收CNC信息時，會將CNC產生的信息存儲在控制器內。此時CNC發出的信號，包括開關量地址、寄存器地址等，都由CNC廠家制定完成。借助PLC控制器，發送CNC信息至指定位置，期間無法對信息進行修改。在數控指令發出過程中，數控技術具有的功能，包括M、S、T等，都會在CNC譯碼翻譯后，進入到PLC寄存器內。

（4）PLC至CNC。將PLC編程的信息發送至CNC過程中，產生的信息開關信號，會在寄存器內編制完成，此時PLC信號地址，會按照廠家確定的CNC標準完成，在CNC信息發送過程中，通常無法對信息內容進行修改。

3.5? 數控加工代碼的實現方法

現階段數控技術含有多種指令內容，包括準備指令、輔助指令、刀具指令、主軸指令、進給指令等，并且都是按照ISO標準制定的。以主軸指令為例，在該指令控制下，會將主軸的速度保持在合理的范圍內，同時按照S2位代碼以及54位代碼，對發出的指令進行重新編制。在編制過程中，將S2位代碼編程內，S代碼和2位十進制數，代表主軸的轉速，通常分為十個等級，由低到高速度不斷提升。

在上級速度提升過程中，若上升速度超過12%，主軸的轉速上限和下限，產生的等比關系會發生變化。按照S2位代碼為例，主軸轉速結合對應表，將形成的S2位代碼進行重新的譯制，從而建立起全新的處理框圖。在框圖內S代碼在轉換過程中，數據與代碼按照S2位代碼主軸速度，以二進制數方式表達出來，同時在上限和下限狀態下，形成的數字量D/A通過計算后，得出的直流電壓數值，分別控制在0V～10V、0V～5V以及-10V～10V范圍內。在上述電壓控制范圍內，主軸伺服系統以及主軸變頻器，會形成持續穩定的旋轉速度。

4? 結語

綜上所述，在數控技術發展過程中，將PLC技術融入其中，既能通過邏輯意識對發出的指令進行編程，同時還能提升機電設備的運行效率。在優化系統功能過程中，工作人員應對PLC系統采取嚴格的控制措施，保證PLC系統的整體性和高效性，可以滿足機械產品的生產需求，以此促進企業快速發展的同時，增強競爭能力，創造更多的經濟效益。

參考文獻：

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