PLC技术在数控机床电气控制中的应用

赵云峰 焦玉斌

【摘要】PLC具有通用性强！可靠性高！指令系统简单、现场连接方便等一系列显著优点，已广泛应用于机床、机械制造、汽车、电力、环境保护等各行各业"PLC在机械加工、机床控制中的应用越来越广泛，已成为改造和研发现代机床等机电一体化产品最理想首选控制器"本文介绍PLC基本功能以及在数控机床电气控制中的应用。

【关键词】PLC；数控机床；电气控制

可编程控制器（PLC）是近几十年才形成和发展起来的一种新型工业用控制装置。它可以取代传统的低压控制电器从而实现逻辑顺序动作控制、计数和算术运算等各种操作功能，大型高档PLC还能像微型计算机那样进行数字运算、数据处理、模拟量调节以及联网通信等等。在自动化领域，PLC与数控机床、工业机器人、CAD/CAM并称为现代工业技术的四大支柱，尤其是在机械加工、机床控制中的应用越来越广泛，其应用的深度和广度也代表了一个国家工业现代化的先进程度。

1 可编程控制器（PLC）概述

1.1 PLC基本概念

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

1.2 PLC 特点

PLC在工业生产中被广泛使用，自身具有适应自动化发展的独特优点：可靠性高，抗干扰能力强；硬件配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；容易改造；体积小，重量轻，能耗低。

1.3 PLC应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网等。

2 PLC在数控机床电气控制中的应用

2.1 PLC在数控机床中的应用形式

PLC在数控机床中的应用主要有内装式和独立式两种形式。内装式 PLC也称为集成式 PLC，采用这种方式的数控系统，在设计的时候就将NC和 PLC 结合起来，NC和 PLC 之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们的CPU可以共用，也可以独立使用。这种结构从软、硬件整体上考虑PLC和NC之间的连接没有多余的导线，增加了系统的稳定性，而且NC和 PLC之间易实现更多的高级功能。PLC中的信息也能通过CNC的显示器显示，这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般采用内装式PLC。独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式，可根据用户自己的功能需要，选用不同的PLC产品，并且可以更为方便的对控制功能调整，具有更好的开放性能。

2.2 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换。

PLC、CNC（数控系统）和 MT（机床）三者之间的信息交换，需要通过三者间的接口进行数据的传输。接口包括四部分：机床至PLC、PLC至机床、CNC至PLC、PLC至CNC。

2.2.1 机床至PLC

机床侧的开关信号通过I/O端子板输入PLC中，此类地址中多数可由PLC程序设计者自行定义使用，其中有少部分地址已由厂家定义。

2.2.2 PLC至机床

PLC控制机床的信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有开关量输出信号的含义及所占用的PLC地址均可以由PLC程序设计者自行定义。

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的信号和地址均由数控系统生产厂家确定，PLC编程人员可以使用，不允许改动和增删。加工程序中数控指令M、S、T的功能，通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中。

2.2.4 PLC 至CNC。PLC送至CNC的信息也是将开关量信号传送到寄存器，所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改动和增删。

2.3 在数控机床中的工作流程

PLC在数控机床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤。

2.3.1 输入处理阶段

此階段PLC把所有外部输入电路的接通/断开状态通过输入接口电路读入输入映像寄存器，接着进入程序执行阶段。

2.3.2 程序执行阶段

PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列。在没有跳转指令时，从第一条开始，逐条顺序执行程序，直到用户程序结束进入输出处理阶段。

2.3.3 输出处理阶段

在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。

2.4 PLC在数控机床中的控制功能

2.4.1 机床操作面板的控制

将机床操作面板控制信号直接进入PLC，控制数控系统的运行。

2.4.2 机床外部开关输入信号控制

将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算，然后输出给控制对象。

2.4.3 输出信号控制

PLC输出信号经电路中的继电器、接触器、电磁阀等，对刀库、机械手和回转工作台等装置进行控制。

2.4.4 伺服控制

控制主轴和伺服进给驱动装置的使能信号，以满足伺服驱动条件。

2.4.5 报警处理控制

PLC 收集强电柜、机床侧和伺服驱动装置的控制信号，将报警标志区中的相应体现出来，数控系统便显示报警号及报警文本，以便故障维修。

2.4.6 转换控制

有些加工中心的主轴可以立/卧转换，当转换时，PLC完成切换主轴控制接触器、在线自动修改有关机床数据参数、切换伺服系统进给模块并切换用于坐标轴控制的各种开关和按键等。

3 总结

PLC以其诸多优点成为数控机床的核心设备，提高了加工精度。以PLC为核心，再加上一定数量的继电器、接触器作为外围元件，便构成了典型的、高档次的、完善的数控加工系统。随着数控技术的发展，PLC以其较好的逻辑处理功能，在数控机床电气控制部分获得了更大的应用空间。

参考文献：

[1]刘瑞己.数控机床故障诊断与维护[M]，北京：化学工业出版社.2010，7.

[2]董学勤，马红梅.在数控机床中的应用及其故障排除[J]，装备制造技术.2012（）1.

[3]金大青.在机床电气控制中应用[J].木工机床.2011（3）.