PLC在數控機床中的運用探討

姜蕊，張春旺

（濱州渤海活塞有限公司，山東 濱州 256600）

在我國現代科技不斷發展的過程中，可編程的控制器PLC技術獲得了更好的發展，技術的自動控制能力正在不斷的提高。這項技術是針對工業生產設計出來的計算機程序，目前已經廣泛應用于數控機床領域中。在進行技術應用時，可以優化控制的性能，還可以縮短組機的設計周期，降低了硬件的投資成本。與其他控制產品相比較之下，這項產品在應用時具備更多的優勢。在進行PLC技術應用時，要想充分發揮技術的效果，需要在現有技術的基礎上，對其進行創新性研究。

1 PLC技術與數控機床分析

1.1 PLC技術

PLC是一種邏輯化的可編程控制設備，這項設備的作用原理是根據系統的可編程儲存器，對系統的內部程序進行全方位的控制，確保各個程序的操作和計算以及控制管理，能夠按照預先設計好的目標執行。在進行控制系統應用時，可以對多個機床和設備進行同時控制，使得各個生產程序能夠順利開展。這項技術在應用時，編程形式更加簡單。因為這項技術涉及到的電腦系統編程都屬于基礎的編程，指令的實施比較簡單，操作人員可以對其進行熟練地掌握。梯形圖和原有模式下的繼電器設備控制圖，存在一定的相似之處。這項技術能夠實現輸出口和輸入口以及繼電器設備、接觸器設備的有效連接，在一定程度上降低了操作的難度。在進行PLC編程設備應用時，基礎化的設計形式，降低了對工作人員專業技能和文化素養的要求。工作人員可以在短時間內對所有的指令進行全面地學習，而且能夠提高設備的可操作性特征。這項設備的使用具備更高的性價比，因為這種設備的體積比較小，內部結構更加緊密，設備的重量比較輕、外形更加堅固，在應用時可以滿足各方面的要求。且這項設備的功能完善，實用性特征比較強，可以對設備進行快速的安裝。這項設備已經成為機電一體化控制中，實用性最高的控制設備之一。具體如圖1所示。

圖1 PLC組成框架圖

1.2 數控機床

對于數控機床的應用來說，主要是通過數字控制，對機床的生產形式進行管理。這種數控機床內部配有程序控制系統，可以實現自動化的生產。這項控制系統可以對符號和指令以及編碼的程序進行有效地控制，可以從根本上提高生產的效率，使用計算機等設備對指令進行譯碼，并且選用代碼的形式，顯示相應的譯碼。利用信息載體對數控設備進行輸入和管理，不需要通過人工作業，就可以實現相應的生產。工作人員只需要利用計算機等設備，對數控機床進行有效的管理，就可以滿足相應的生產需求。在進行數控機床設置時，主要存在輸出設備和輸入設備以及PLC、CNC單元等裝置。具體如圖2所示。

圖2 數控系統結構框架圖

2 PLC技術在數控機床中的具體應用

2.1 數控系統應用

在進行控制系統建設的過程中，利用PLC技術可以設置控制操作面板。在進行PLC控制數控系統設計時，主要是通過操作面板對信號進行有效的傳輸，接口信號區域接收到信號之后，可以實現各項操作和指令的執行。面板的功能主要存在S、T、M3種形式，S是利用二位代碼和四位代碼實現代碼的轉換，并且對主軸的轉速進行有效地控制，T可以對機床刀庫進行有效的管理，存在自動變換工具的功能，M主要存在輔助型的功能。在對輸入信號進行控制時，可以利用PLC技術對輸入的信號進行關閉和開啟，并且將其傳輸到需要控制的對象區域，既然實現開關的控制功能。在進行PLC技術應用時，可以通過輸出的信號，對各種操作裝置進行有效地控制。在進行機電設備研發的過程中，PLC可以利用計算機等設備，實現驅動裝置的加載，并且對各種類型的電動機伺服進行有效的控制。在進行報警功能設置時，PLC技術可以對機床的故障信號進行全方位的收集，并且將收集到的數據信息，采用報警信號的形式告知工作人員，確保工作人員能夠對問題進行及時的發現和處理，避免故障問題的影響范圍不斷擴大。

2.1.1 硬件組成

當前，在數控機床控制中，對于嵌入式軟PLC系統的應用較為廣泛，通過將其作為嵌入式應用程序，能夠實現對數控系統的優化控制，效果顯著。嵌入式軟PLC系統的硬件內容包括：

（1）I/O接口。I/O接口是PLC與外部進行聯系的紐帶，輸入接口包括直流、交流、交直流輸入方式，輸出接口包括晶體管、晶閘管、繼電器輸出方式，針對傳輸給PLC系統的各種控制信號，例如操作按鈕、限位開關、傳感器輸出等，都可以通過接口對這些信號進行轉換，形成CPU能夠接收并處理的信號內容。輸出接口還能夠將CPU輸送的控制信號轉換成現場所需要的強電信號進行輸出，從而實現對接觸器、驅動電磁閥等設備的驅動作用。

（2）A/D、D/A轉換。在應用PLC技術的過程中，尤其是要進行實時控制的系統中，需要將外界變化物理量轉變成數字量傳輸到計算機系統內部進行加工處理，反之，也需要將系統內的計算結果由數字量轉化為模擬量，以實現對某些執行元件的控制。這個由模擬量轉換為數字量及數字量轉換為模擬量的過程就是A/D、D/A轉換，實現此項技術的關鍵指標有：高分辨率，這樣在進行轉換時能夠對輸入量的微小變化產生反應。轉換電壓范圍控制，如5V、10V等，轉換后所得結果精確度高，轉換時間及輸出邏輯電平控制，工作溫度范圍控制等。

（3）通信端口。CPU主機上的通信端口符合Profibus標準，具體的端口名稱對應關系如表1所示。

表1 端口引腳與Profibus標準對應

2.1.2 系統構成

在應用PLC系統的過程中，主要考慮由運行及開發兩大系統組成，運行系統包括接口、管理、內核調試器等，通過在硬件平臺上運行，能夠實現對機床運行的控制。而開發系統則包括編譯、編輯、調試等功能，可以對PLC程序進行編輯和修改，確保目標代碼的正確性，并通過通信接口將目標程序傳輸到硬件系統當中，從而實現對機床動作的有效控制。兩個系統的運行是互補的，具體結構如圖3所示。

圖3 嵌入式軟PLC系統結構圖

2.1.3 控制方案

基于嵌入式的軟PLC與傳統PLC有所區別，其是一個專門的計算機系統，核心部分包括一個具有特殊功能的CPU，通過被固定在硬件平臺上，通過運行系統的分析與處理，可以進行相應的信號輸入與輸出，從而使得I/O模塊完成與其對應的邏輯控制功能。具體的控制方案如圖4所示。

圖4 嵌入式軟PLC控制方案

2.2 機械設計應用

在進行機械產品生產的過程中，PLC機電一體化技術的應用，主要是將機械技術作為了研發的基礎，促進機械技術向著智能化和自動化的方向進行了更好的發展。目前在進行PLC機電一體化技術應用時，可以提高機械產品設計的精確度，主要存在傳動裝置和自動排屑裝置以及防護裝置等產品類型。在對防護裝置進行設計和生產時，一般不采用開放型的作業形式。通常情況下要通過全封閉或半封閉的作業，對產品進行有效的生產。這種生產形式可以減少人工失誤，對PLC機電一體化技術的應用干擾。

采用自動化的生產形式，不僅可以降低人工失誤的發生幾率，還可以減少人力物力資源的投入成本。在封閉環境下進行產品的生產，可以減少不利因素的發生，避免因為切削金屬屑對操作人員的生命安全造成嚴重的威脅，降低環境的污染，提高了作業的安全性。

3 結語

綜上所述，現階段在進行PLC技術應用時，已經將一些比較先進的自動化控制技術與計算機技術進行了有機融合。將其作用于數控機床的研發和應用中，不僅提高了數控機床的操作效率，而且對現有的功能進行了完善，提高了作業的安全性。

利用PLC技術進行數控機床的操作，具備更高的加工精確度，可以根據生產的個性化要求進行產品的制作，從而為企業帶來更多的綜合效益。企業要加大資金的投入力度，加強技術的研發，才能及時對這項技術進行更新和優化，實現自身的可持續發展。