導(dǎo)語(yǔ)：PLC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：plc是專門(mén)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的電子數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)操作，并在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了多層次的軟硬件抗干擾措施。簡(jiǎn)述了嵌入式PLC應(yīng)用技術(shù)，分析了數(shù)控機(jī)床的信息交換內(nèi)容，介紹了PLC的故障檢測(cè)功能，并研究了PLC在數(shù)控機(jī)床故障處理中的應(yīng)用情況，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：PLC；數(shù)控機(jī)床；電氣控制系統(tǒng)；應(yīng)用

現(xiàn)代系統(tǒng)基本上是集數(shù)控機(jī)床數(shù)控技術(shù)、PLC、電氣控制技術(shù)于一體的機(jī)電設(shè)備。在數(shù)控機(jī)床中，控制系統(tǒng)除了對(duì)每個(gè)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，還需要對(duì)主軸的啟動(dòng)，以及停車、換向、換刀、松開(kāi)工件夾緊、液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)操作等進(jìn)行控制。前者采用“數(shù)字控制”，如x、y、z軸運(yùn)動(dòng)距離的每個(gè)軸插補(bǔ)[1]；后者采用“順序控制”的方法對(duì)內(nèi)部數(shù)控機(jī)床和機(jī)床進(jìn)行限位開(kāi)關(guān)、控制開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等信號(hào)狀態(tài)條件和按照預(yù)定的邏輯順序，對(duì)主軸、刀庫(kù)和換刀機(jī)器人、工件夾緊釋放、托盤(pán)、空氣液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等輔助冷卻控制動(dòng)作?！翱删幊绦蚩刂破鳌钡男畔⒅饕情_(kāi)關(guān)信號(hào)，該類數(shù)控任務(wù)的信號(hào)可以獨(dú)立或內(nèi)置在PLC（可編程序控制器）中完成，是一種專用的可編程序數(shù)控機(jī)床控制器，具有控制功能強(qiáng)大、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。PLC采用軟件實(shí)現(xiàn)用戶控制邏輯，更加容易加載機(jī)器內(nèi)部或電氣箱，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化操作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯和操控?cái)?shù)控機(jī)床[2]。

1嵌入式PLC應(yīng)用技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1嵌入式PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

嵌入式軟PLC技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)與軟PLC技術(shù)的完美結(jié)合，分別繼承了軟PLC技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，避免了傳統(tǒng)PLC大容量、價(jià)格高的缺點(diǎn)。其不僅保證了系統(tǒng)的兼容性和實(shí)時(shí)性，還保證了數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的速度和可靠性，有效地實(shí)現(xiàn)了機(jī)器軌跡自動(dòng)控制和開(kāi)關(guān)量邏輯控制，提高了數(shù)控系統(tǒng)的整體性能。其具體優(yōu)點(diǎn)是：嵌入式軟PLC系統(tǒng)指令集比傳統(tǒng)PLC指令集更豐富，可以方便用戶編寫(xiě)工業(yè)控制程序；嵌入式軟PLC系統(tǒng)具有開(kāi)放式硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用戶可以自由選擇硬件以滿足控制系統(tǒng)的要求；嵌入式軟PLC技術(shù)基于IEC61131-13標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，編程方便，大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，調(diào)試維護(hù)更方便。

1.2嵌入式PLC技術(shù)的架構(gòu)

數(shù)控機(jī)床中的PLC有兩種形式，分別是內(nèi)置式和獨(dú)立式。內(nèi)置式PLC屬于數(shù)控設(shè)備，PLC與數(shù)控設(shè)備之間的信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)控設(shè)備上。PLC和CNC機(jī)床之間通過(guò)CNC輸入/輸出接口電路進(jìn)行信號(hào)傳輸；獨(dú)立式PLC也稱為外部或通用PLC。在數(shù)控機(jī)床上，獨(dú)立式PLC獨(dú)立于數(shù)控裝置，具有硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能，可以獨(dú)立完成控制。數(shù)控機(jī)床在PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是密不可分的，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)一般是采用或提供PLC的功能。數(shù)控機(jī)床采用多種開(kāi)關(guān)控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，包括控制開(kāi)關(guān)、跳閘開(kāi)關(guān)、閉合開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)等，通過(guò)各種開(kāi)關(guān)信號(hào)傳給PLC，并經(jīng)PLC邏輯操作后控制信號(hào)輸出到對(duì)象。PLC通過(guò)繼電器、接觸器輸出信號(hào)，液壓或氣動(dòng)電磁閥控制刀庫(kù)機(jī)械手、旋轉(zhuǎn)中心工作臺(tái)等。PLC收集各種故障信號(hào)，將警告標(biāo)志放在適當(dāng)?shù)奈恢?，由CNC系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警或報(bào)警文本信號(hào)。PLC是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）與機(jī)床（MT）之間的通信，即PLC與CNC、PLC與MT之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制的數(shù)控機(jī)床（MT）[3]。其架構(gòu)如下頁(yè)圖1所示。

2數(shù)控機(jī)床的信息交換

數(shù)控機(jī)床的信息交換如下頁(yè)圖2所示，主要包括以下四個(gè)部分。

2.1MT至PLC的轉(zhuǎn)換部分

主要是各種開(kāi)關(guān)、按鈕和機(jī)器操作員面板上的信息，包括機(jī)器啟停、工作方式、速度、主軸正反轉(zhuǎn)和停止切削液、開(kāi)閉、卡盤(pán)和松開(kāi)、各坐標(biāo)點(diǎn)控制、ATC指令、行程限制、主軸伺服保護(hù)監(jiān)控信號(hào)等。開(kāi)關(guān)信號(hào)機(jī)一側(cè)可通過(guò)PLC輸入界面的開(kāi)關(guān)進(jìn)入PLC，圖2中的X信號(hào)除少量信號(hào)外，絕大多數(shù)信號(hào)的含義和PLC占用的地址可由PLC程序設(shè)計(jì)來(lái)確定[4]。

2.2PLC至MT的轉(zhuǎn)換部分

PLC以機(jī)床信號(hào)控制機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電磁閥、繼電器、接觸器，并確保機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的信號(hào)和故障指示器等。信號(hào)PLC控制機(jī)器是通過(guò)PLC開(kāi)關(guān)輸出接口傳送到MT，圖2中的Y信號(hào)通過(guò)所有開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)和PLC地址的進(jìn)行占用，可以通過(guò)PLC程序設(shè)計(jì)來(lái)定義。

2.3CNC至PLC的轉(zhuǎn)換部分

主要是指函數(shù)代碼m、s、t、f等[5]，其中s功能通過(guò)PLC轉(zhuǎn)換輸出主軸的速度控制指令實(shí)現(xiàn)；t功能通過(guò)PLC刀具庫(kù)實(shí)現(xiàn)管理，用于自動(dòng)換刀；m功能依靠m代碼控制主軸、倒車或停車、主軸齒輪箱速度的換檔、切削液的開(kāi)合、卡盤(pán)夾緊、松開(kāi)換刀機(jī)械手和加工中心刀具等動(dòng)作實(shí)現(xiàn)；f功能完成輸出軸的進(jìn)給速度，由PLC伺服系統(tǒng)控制。數(shù)控到PLC的信息是可用的（對(duì)于數(shù)控側(cè)），通過(guò)開(kāi)關(guān)作輸出信號(hào)，也可以直接交付給PLC寄存器，F(xiàn)信號(hào)在圖2中全部顯示對(duì)數(shù)控系統(tǒng)PLC信號(hào)的含義和地址（開(kāi)關(guān)地址和寄存器地址）已由數(shù)控制造商確定，PLC程序員可以使用，但不能更改或刪除。

2.4PLC至CNC的轉(zhuǎn)換部分

PLC到CNC的信息主要是m、s、t、f功能響應(yīng)信號(hào)和軸的參考信號(hào)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件狀態(tài)和故障信息。PLC由數(shù)控信息完成切換輸入信號(hào)，G信號(hào)在圖2中代表所有PLC到數(shù)控信號(hào)的含義和地址（切換地址和寄存器地址）都已由數(shù)控制造商確定，PLC程序員可以使用，但不能更改或刪除。數(shù)控機(jī)床與PLC功能之間的信息交換方式各不相同，但其最基本的功能是CNC將需要實(shí)現(xiàn)的m、s、t、f函數(shù)代碼發(fā)送給PLC，然后PLC控制完成相應(yīng)的動(dòng)作，PLC信號(hào)流程圖如圖3所示。

3PLC的故障檢測(cè)功能

由于PLC具有較高的可靠性，因此PLC控制系統(tǒng)中的大部分故障并非來(lái)自PLC本身，而是由外部元件的故障引起的。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到部件故障，不僅具有聲光報(bào)警功能，而且可以立即顯示故障代碼，使用戶能夠快速判斷故障原因。PLC程序不僅可以檢測(cè)每一個(gè)故障，并且顯示自動(dòng)判斷最關(guān)鍵的初始故障。下頁(yè)圖4是一個(gè)以3個(gè)故障檢測(cè)為例的梯形圖。該程序由3個(gè)故障檢測(cè)器組成，分別是R500.0、R510.0、R520.0；3個(gè)初始故障檢測(cè)器分別是R500.2、R510.2、R520.2；F149.1是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。初始狀態(tài)，無(wú)報(bào)警，故障檢測(cè)為“0”，復(fù)位信號(hào)F149.1為“0”。

4PLC在數(shù)控機(jī)床故障處理中的應(yīng)用

PLC故障檢測(cè)機(jī)制是通過(guò)運(yùn)行機(jī)床制造商特定的PLC準(zhǔn)備，根據(jù)各種輸入輸出邏輯狀態(tài)來(lái)確定是否檢測(cè)到故障，在報(bào)警信息上顯示。通過(guò)分析PLC的梯形故障診斷，利用數(shù)控系統(tǒng)梯形圖顯示機(jī)外部程序員或在線跟蹤梯形運(yùn)行，可以提高故障診斷的速度和準(zhǔn)確性。數(shù)控機(jī)床采用PLC故障診斷的方法和程序如下：通過(guò)PLC接入機(jī)器提供故障排除手冊(cè)，找到相應(yīng)的PLC程序模塊號(hào)（如PB、FB、SB等）和相應(yīng)的報(bào)警點(diǎn)（如輸入、輸出、標(biāo)志、定時(shí)器等）。該數(shù)字或查找報(bào)警模塊提供了查找PLC程序的工具，查找塊和所有影響報(bào)警塊信號(hào)狀態(tài)的點(diǎn)。通過(guò)選擇診斷功能的操作，可以讀取實(shí)時(shí)操作所需數(shù)量的信號(hào)狀態(tài)。然后將實(shí)時(shí)狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，如果點(diǎn)不同，則進(jìn)行失敗點(diǎn)的搜索。通過(guò)與故障部件對(duì)應(yīng)的電路圖找出故障點(diǎn)，調(diào)整或更換故障部件，以排除故障。

5結(jié)語(yǔ)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，PLC的結(jié)構(gòu)和性能也在不斷改進(jìn)，使用范圍迅速擴(kuò)大。從整體結(jié)構(gòu)到小型模塊化結(jié)構(gòu)的發(fā)展，增加了PLC配置的靈活性，使得PLC的計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、網(wǎng)絡(luò)通信等功能大大增強(qiáng)，PLC編程和編程工具也在不斷向標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化方向發(fā)展，因此也可以更廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，使控制中心的控制更加靈活和可靠。

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作者：李昊 單位：山西大學(xué)電力與建筑學(xué)院