试论PLC在数控机床控制系统中的运用

【摘 要】可编程控制器（plc）是一种目前应用范围极其广泛的空也控制计算机，由于专门针对工业环境而开发和设计，因此它具有极佳的运行可靠性和抗干扰能力，并且整体体积较小，是目前为止实现机电一体化的最佳控制装置，非常适合应用于数控机床等工业设备之上。本文在参阅众多相关资料文献、总结深入实践经验的基础上，对可编程控制器（PLC）在数控机床控制系统中运用的情况提供了相关见解。

【关键词】可编程控制器（PLC）；数控机床控制系统；实际应用

前言

目前，可编程控制器（PLC）应该广泛地应用于数控机床的前期设计、数据处理、过程控制、生产控制中，提高了数控机床的自动化控制水平和加工精度。在本文中，笔者对可编程控制器（PLC）在数控机床控制系统中运用的情况提供了相关见解。

1 PLC在数控机床控制系统中的运用难点

一般而言，数控机床主要由主体机床、输入/输出设备、检测反馈设备、伺服系统、可编程控制器（PLC）、触摸屏等六个部分构成。

数控机床的每一个构成部分均有不同的分工和职责，所以可编程控制器（PLC）的应用也存在不同的困难：（1）主体机床主要包括机械设备和电气设备两个关键设备，因此在进行总体方案设计的时候应该综合考虑机械设备和电气设备两个方面，而后才能够确定数控机床的各种功能。不论是数控机床的数控系统，还是数控机床的机械要求均非常复杂，为了能够扬长避短，机电设计双方必须要进行及时有效地沟通。（2）输入/输出设备主要负责把各种加工信息传输给计算机以及将计算机的操作指令回传给操作系统，因此，输入/输出设备要求具有可靠稳定的工作状态和良好的信息传输能力，将信息延迟降到最低。（3）检测反馈设备主要负责检测控制系统的运行状态是否安全是否稳定，实现故障元件自动检测、系统行程保护等功能非常重要，同样也具有一定难度。不建议使用开环控制方式，开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高，精确度不高，使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。闭环控制的优点是充分发挥了反馈的重要作用，排除了难以预料或不确定的因素，使校正行动更准确，更有力，如通过编码器或者光栅尺反馈达到伺服的精确定位。（4）伺服系统的选件、装备、编程、操作等必须要具有一定的合理性，同时保证机床加工具有很高的稳定性和精度。实际操作中的加工速度和加工精度需要进行很好地权衡。另外，一旦现场条件出现转变，伺服系统当中的各种操作参数也应该进行相应地修改，但是这些修改必须要满足操作连续性的要求，并且允许在线进行修改。（5）除此之外，应该将压敏电阻安装在电源输入端从而有效防止防止可编程控制器（PLC）因为电压过高等原因而损坏；变压器等发热元件不能够安装可编程控制器（PLC）的下方，并且伺服驱动器也要与可编程控制器（PLC）保持一定距离，避免因为过热造成可编程控制器（PLC）烧毁。

2 基于PLC的数控机床控制系统方案

2.1 粗定位阶段和精定位阶段的科学划分

将定位过程科学划分为粗定位阶段和精定位阶段，能够在保障地位精度的同时有效提高定位速度。具体内容是，脉冲控制步进电机采用频率相同但是脉冲当量不同的脉冲对其进行控制。（1）粗定位阶段主要是指，在点位过程（处于该过程时刀具不进行切削作业）当中采用大脉冲当量，例如，0.1mm/步、1.0mm/步、1.5mm/步等等。（2）精定位阶段主要是指，完成粗定位阶段之后，应该采用小脉冲当量来使工作台或者刀具慢慢代加工零件进而确保定位精度，例如，0.01mm步。从分工角度来看，粗定位阶段负责提升定位速度，精定位阶段负责保证定位精度，并且由于精定位阶段仅仅占全部定位行程的1%-2%左右，基本上不影响定位速度。在机械设备方面可以采用两套变速装置，粗定位阶段由电机直接驱动，精定位阶段则进行降速驱动，由电磁离合器控制两套变速装置的切换。

2.2 利用BCD码拨盘数据输人应用功能指令

在可编程控制器（PLC）控制系统当中安装BCD码拨盘之后，则可以省略数码输人显示电路。此举不仅让硬件电路得到了简化和优化，更加降低了可编程控制器（PLC）输入点的使用数量，此外，还能够实现各种操作执行的存储与传输，提高了操作的方便性。如果配合简单的硬件译码电路，就可显示有关参数的动态变化。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动，最好设置一输人键，当确认各片拨盘都拨到位后再按该键，这时数据才被PLC读人并处理。

2.3 触摸屏全指令显示

采用触摸屏对指令、故障信息等内容进行直观显示，工作人员通常显示的故障代码可以找到问题根源；另外，在触摸屏上进行各种手动操作更加简单容易。

2.4 PLC外部元件故障的自动检测

由于PLC具有极高的可靠性，因此PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统一旦自动检测到元件故障，应不仅具有声光报警功能，而且能立即显示故障代码，以便用户据此迅速判断出故障原因。

2.5 检查反馈功能

数控机床各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息，由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严，设计和调试都比开环系统难，但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。

2.6 可编程控制器（PLC）梯形图编程方法

应用于数控机床当中的可编程控制器（PLC）具有良好检测功能与显示功能，其中，可编程控制器（PLC）梯形图能够显示数控机床的各种参数信息，例如机床参数、机床工作状态、刀具管理数据、坐标位置数据等，具有十分广泛的用途。通过可编程控制器（PLC）梯形图，我们能够非常直观地观察机床的定时器、内部继电器以及各种接口的状态信息。同时，我们可以利用可编程控制器（PLC）梯形图所反映出来的控制逻辑，对数控机床设备的故障原因进行跟踪。具体而言就是，可编程控制器（PLC）梯形图本身具有动态监控功能，能够对相关设备运行信号是否正确进行观察，出现出现信号错误，则能够利用梯形图对其进行向前或者向后的翻查与跟踪，确定导致节点处于错误状态的因素，我们予以及时地纠正。

为了更加生动地阐述可编程控制器（PLC）梯形图编程方法，下面将Fanuc Oi系列数控系统作为本文的案例进行比较详细的分析和探讨。首先按下【SYSTEM】键进入到可编程控制器（PLC）梯形图界面，随后按下【PMC】软键，而后选择按下【PMCLAD】，至此，我们便进入到可编程控制器（PLC）动态显示的梯形图程序界面。如果需要检索相关的程序，则应该按下【SEARCH】检索信号软键，利用界面上的左右方向软件或者上下翻页软件来检索自己所需要的信号。

3 结束语

在当前的工业自动化控制领域，可编程控制器（PLC）非常受到人们的亲睐，更是因此获得大规模的应用。相对于其它的工业自动化控制产品，可编程控制器（PLC）具有硬件成本低、组机周期短以及控制性能强等诸多优势，并且由于可编程控制器（PLC）已经问世几十年，经过不断地完善和更新，其技术已经相当成熟，具有良好的运行稳定性和可靠性。

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