PLC在数控机床电气设计中的应用

朱志宇

摘 要：随着经济的快速发展，我国的制造业在国家及世界中的比重在不断增加，其中精密制造水平在逐年提高。数控机床作为现今精密制造业中使用较多的机械设备，其通过PLC在其中的控制与应用，提高了数控设备的工作效率与工作水平，对于数控机床有着十分重要的意义。本文将在分析可编程控制器（PLC）工作原理的基础上对PLC在数控机床中的应用进行分析阐述。

关键词：PLC；控制；组成

中图分类号：TM571 文献标识码：A

加工制造业是我国重点发展的行业，数据机床作为加工制造业的主要设备，除了需要对基础各个坐标轴进行连续的精确定位控制外，还需要对数控机床主轴的停止/运转、进给的启停等的其他的功能进行控制，通过在数控机床中使用PLC可有效的提高数控机床的工作效率，做好PLC在数控机床中的应用是现今乃至今后一段时间数控机床发展的重要方向。

1 PLC在数控机床中的应用

随着电子及控制技术的不断发展，PLC在数控机床中的应用也越来越广泛与深入，数控机床中的PLC控制主要是由输入部分、逻辑控制部分以及输出部分等几大部分组成，其中输入部分通过对分布在数控机床的中的各个传感器采集数控机床在工作中的各种运行信息，并在内部逻辑分析的基础上对数控机床的动作做出相应的判断，并做出相应的输出反应，输出信号控制相应的动作机构做出相应的动作。PLC在数控机床电气控制方式的优劣直接决定了控制系统的成败，尤其是随着技术的进步，数控机床的工作效率与定位精度要求越来越高，为实现数控机床的高精度加工，应当做好对于数控机床PLC控制系统性能的选择，在控制器的选择上需要根据预定完成的要求和被控对象本身所具有的特征、控制精度以及系统的运行速度等限制条件来选择相应的控制系统，并在选择的过程中充分考虑到性价比等的因素。现今的高精度数控机床中多采用的是主控单元+伺服控制模块+电极+光栅尺的控制模式从而实现对于数控机床各运动轴的闭环控制，通过采用此种控制模式，数控机床的轴定位精度以及文件处理能力和人机交互功能以及高速数据处理能够都有了极大的提升，伺服控制模块以及伺服电机的采用使得运动轴的精确、高度定位得以实现，而光栅尺的使用则为系统提供了高达1μm的精度位置信息，数控机床中所采用的PLC通过接入机床的各种传感器并对相应的信号做出处理，并在PLC与主控单元之间建立总线连接，将传感器采集到的各种信号传输到PLC中通过PLC的逻辑处理并发送异常信号至主控单元进行报警。

2 数控机床的PLC控制功能分析

在数控机床的控制过程中采用的是X、Y、Z轴联动的模式，为提高各轴的加工精度采用的是光栅尺实现的全闭环控制，从而实现对于轴的精确定位，并通过外扩展模拟量I/O点对高速变频器进行控制，从而实现对于各轴电机的启停控制，转速同步控制等的功能，并在各轴的两侧加装硬限位与软限位等双重防撞保护措施实现对于机床的保护。同时对采用机械手换刀的数控机床可以采用传感器对刀具的深度与位置进行相应的检测，并将检测的信号传输到PLC中。

3 数控机床的电气控制组成

数控机床的电气控制系统由工控机、电源模块、电机模块、电机、光栅尺以及各种传感器模块、分布式模块等部分组成，其中工控机主要实现对于文件数据的读取与定位并通过数据总线传输到运动控制单元中。PLC实现对于数控机床中的各种信号的检测等。数控机床中采用PLC电气控制系统的优点如下：相较于继电器、接触器控制，PLC控制采用内部逻辑处理的方式抛弃了以往继电器、接触器的硬接线方式，同时PLC控制灵活性与扩展性也大大增强，功耗小、体积小。同时在控制速度、设计施工以及可靠性方面都有着极大的提升。

3.1 数控机床PLC控制的PLC选型

PLC分为整体式和模块式两种，在使用的过程中，应当根据数控机床所需要控制的点的数目来合理的选择PLC的类型与型号。在PLC中的I/O点的选取中由于I/O点的价格较高，因此在选择的过程中应当合理的选用PLC的I/O点数，在满足控制需求的前提下选用合理的I/O点的数量，并保有一定的余量以应对后续的改装。

3.2 设计数控机床的输入输出信号地址表

对于数控机床中的各类输入输出信号列制成表，并依次给出相应的地址与名称，以备软件编程和系统调试时使用的一种表。其中根据输入点的类型可以分为数字信号与模拟信号，两者所占据的点数是不同的，在编制信号表时要引起足够的注意。

3.3 完成对于数控机床中的PLC控制系统的电气原理图的编制

I/O接口图反映的是PLC输入输出模块与现场设备的连接，其中PLC的输入点主要采用的是共点式的接入方式，所有的输入点都采用的是一个公共的输入COM端。

3.4 完成数控机床PLC控制系统初始化梯形图程序的编制

在数控机床PLC控制系统初始化程序主要用来实现对于数控机床中的各种信号，如启停、预停以及各种原始信号，机床启东前需要具備的各种初始信号，工作方式选择信号，各种复位信号等，实现机床启动自检，并将所处理的结果作为数控机床启动、停止、程序转化的一句，在设计初始化程序时多采用的是经验法的设计方式。完成后根据数控机床的工作方式、流程等编制PLC控制梯形图，实现对于数控机床的PLC控制。完成PLC的编制后需要对PLC的可靠性进行检测。

结语

PLC作为一种专业化的工业控制装置，其具有开发性好、接线简单、抗干扰能力强等的特点，本文在分析数控机床PLC电气控制特点的基础上对如何做好PLC控制在数控机床中的应用进行了分析阐述。

参考文献

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