基于PLC的数控机床电气控制框架

文/马然

数控机床是当前机械制造领域的常见工具，其特征即由计算机来实现数字化控制，从而展开工作的一种高精度自动化设备。在对机床展开控制的过程中，可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）作为连接计算机与机床等机械设备之间的桥梁，发挥着不容忽视的重要作用。PLC在数控机床体系中的应用，在提升机床自动化水平的同时有加强了精度以及可控性方面的特征，尤其是对于变频器、光栅尺以及电机控制等方面，更加便于形成全面规划，同时加强了闭环控制系统的实现，能够有效提升生产效率，因此具有强大的生命力。

1　有PLC加入的数控系统

从数控机床的电气控制角度看，PLC可编程逻辑控制器位于数控系统以及主轴驱动系统之间，三者通过数据传输通路实现链接，共同构成数控机床的控制体系。在这样的数控系统中，相关的控制命令通过数据输入装置进入到数控系统，并且由数控系统来实现对于对于指令的必要加工，诸如解码和运算，而后进一步将加工后的结果进行输出。PLC可编程逻辑控制器则作为数控机床的逻辑控制中心存在，从逻辑上看其作用在于实现计算机与机床之间的沟通桥梁，但是从功能上看PLC与机床的结合更为紧密。作为机床各方面功能和状态的控制中心，PLC负责将来源于数控系统的运动以及功能指令进行逻辑整理，确保机床能够准确、协调地依据相关指令安全展开工作，并且还需要对机床的各种状态信息进行采集，并且反馈给数控系统，成为支持数控系统展开进一步控制和调整的重要工作依据。

通常而言，对于数控机床的控制主要通过PLC以及数控系统的集成接口来实现，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定固定的存放地址，并且面向地址信息状态展开实时监控，依据不同接口信号的具体状态加以判断，并且据此确定出下一个工作环节的控制命令，实现对于机床功能和动作的控制。整个控制系统包括强电柜和数控系统两个部分组成，其中前者包括动力电路、控制电路以及PLC，后者则用于实现数字化控制，是控制系统执行加工的核心所在。想要对数控机床的控制展开对应的分析，同样应当从这两个方面予以分别展开。

2　数控机床控制系统职能分析

在系统强电控制回路中，包括电源、伺服强电、主轴强电、冷却电机强电以及备用电源等几个主要部分。作为机床重要的控制系统，其位于数控装置和机床机械组件之间，负责实现对数控装置发送过来的诸多命令以及参数进行接收和整理、分析。具体而言，包括主轴变速以及转向、启动或者停止、刀具更换、分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切削液的开或关等指令，都在其负责范围之内。在对这些指令进行编译之后，进一步展开对于相应机床组件的驱动与控制，实现对应动作的完成。在这个体系之下，电源控制部分主要实现以及机床系统总功率以及总电流确定空气开关；而伺服强电则用于为伺服电源模块供电，由交流控制回路进行控制；主轴强电负责实现对于主轴在电源供电以及电机方面的控制，冷却电机强电则交由PLC进行具体控制。

对于数控系统控制方面，其控制回路包括电源回路、交流控制回路、直流控制回路三个主要部分。电源回路主要用于实现电源的控制，包括直流和交流两个部分，是系统安全供电的重要保证。在电源回路中，控制变压器会依据实际情况需要对强电电源进行转化，整理出控制回路需要的220V交流电以及24V直流电。交流控制回路则负责实现对强电回路伺服模块、主轴电机等得失电状况的控制，在这一部分中，PLC的作用在于通过对中间继电器的得失电控制，来实现控制功能，可以说，PLC在这一个环节中即为控制功能实现的核心所在，其控制范围还包括了刀具加紧、主轴冷却以及润滑、Z轴抱闸等方面。最后，在直流控制回路方面，PLC的作用主要体现在对中间继电器组的控制方面，这是实现交流控制回路有效展开动作的基础，但是由于继电器工作驱动能源为24V电源，因此单独划归到直流控制领域中进行对待。

在对机床实现控制的过程中，PLC本身具有可靠性高、抗干扰性能良好等特征，并且维护和按照都十分方便，能耗也极为有限，都决定了其应用必然成为一种趋势存在。从PLC的工作细节角度看，即在确定对PLC输入输出内容的前提之下，来进一步计算出对PLC的输入、输出线数目以及IO地址的分配。具体而言，诸如刀具更换、刀具固定、气压告警、坐标轴回零、主轴速度到达信号、坐标轴正负限位信号、外部运行允许信号等，都是PLC能够接受的输入信号。并且也可以依据输入结果来反向确定对应的PLC控制策略，如刀具转向，刀具换刀位、主轴使能、冷却开关控制、伺服使能、主轴松紧、伺服强电允许等，都可以作为PLC控制输出目标进行对待。

3　结论

虽然PLC在实际应用环境中的表现一直都比较稳定，对应的故障发生也多源于不同功能模块之间的配合度尚有待完善，但是并不代表可以在日常工作中对于PLC的维护完全放任自流。考虑到PLC工作的有效性，将关系到机加工产品的合格率，甚至于整个机床的安全运行，只有谨慎对待不断提升，才是PLC控制的发展正途。