PLC技术及其在数控机床中的应用

摘要 PLC在现代数控系统中发挥着重要作用。本文首先简要介绍PLC的技术特点，然后分析数控机床中PLC的功能与软件编程，最后详细探讨PLC在数控机床故障诊断中的应用。

关键词 PLC；数控机床；故障诊断

中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-0133-02

数控机床需要对坐标轴运动进行控制，对诸如主轴转动和停止进行控制，对刀具交换，工件的扣紧及松开，切削液的开、关以及系统的运行等进行顺序控制，另外还包括机床报警处理等。在现代数控机床中通常采用可编程控制器来完成这些功能。

1 PLC的性能特点

PLC是专门为工业控制设计的控制器，实质上是专门服务于工业控制领域的计算机系统，它是一种通用的产品，其内部采用了由大规模集成电路构成的微处理器和存储器等，具有以下特点。

1）编程简单。PLC的基本指令有限，梯形图和传统的继电器控制图相似，较容易掌握。可利用PLC的输入/输出接口直接与继电器、接触器、电磁阀等连接，使用简单。编制程序的步骤和方法容易学习，对程序进行增减、修改和运行监视都很方便，编程人员一般具备电工知识以及一定文化水平，短时期内就能学会；

2）通用性好。同一台PLC只要改变软件，就可以实现不同的控制要求。同时，PLC已实现产品系列化，可以由各品种组合成不同的控制系统，以满足不同的控制要求；

3）功能强，体积小，重量轻，性能价格比高。一台收录机大小的PLC具有相当于三个1.8m高的继电器柜的功能。PLC的结构紧密、坚固、体积小巧，容易装入机械设备内部，因而成为“机电一体化”的较理想的控制设备；

4）可靠性高，抗干扰能力强。PLC是专门为工业控制而设计的专用计算机，能在恶劣的环境中可靠地工作，具有很强的抗干扰能力。

此外，PLC减少了设计及施工工作量。PLC的工作是在硬件的支持下，执行软件的全过程，PLC的工作过程是周期循环扫描的工作过程。扫描既可按固定顺序进行，也可按用户程序规定的可变顺序进行。

2 数控机床中PLC的功能

2.1 机床操作面板控制

PLC可将操作面板上的信号送入接口信号区，实现对数控系统的运行控制。其中包括M、S、T功能。S功能处理：主轴转速可以用S二位代码或四位代码直接指定。T功能处理：数控机床通过PLC可管理刀库，进行刀具自动交换。M功能是辅助功能。

2.2 输入信号控制

PLC接到来自机床侧的开关输入信号后，通过逻辑运算，再传递给控制对象，从而实现对各类开关的控制，如温控开关、形成开关、压力开关等。

2.3 输出信号控制

PLC可将输出的信号经过继电器、接触器，并通过液压或气动电磁阀，对各种操作装置、电动机和电磁制动器等进行控制。

2.4 伺服控制

PLC可通过驱动装置实现对各类电动机的伺服控制。

2.5 报警处理控制

当机床运转出现故障时，PLC可及时收集故障信号，数据系统将显示具体的报警信号，以便于故障诊断。

3 数控机床中PLC的软件编程

PLC的系统软件由厂家编写并固化在ROM中，用来管理协调各部分的工作，循环检测输入口的状态，解算用户应用逻辑程序。应用软件是用户根据系统控制的需要而编写的应用程序，用以实现用户的控制要求。PLC的编程语言通常为梯形图，功能图和布尔逻辑编程。其中梯形图的应用最为广泛，形式上类似于继电器控制电路图，简单、直观、易读、好懂。

数控机床中的PLC编程步骤如下：1）确定控制对象 选定PLC的型号及其硬件配置。不同型号的PLC具有不同的硬件组成和性能指标。PLC性能指标主要考虑其基本的I/O点数和存储量；2）制作接口格式并定义输入/输出信号需要设计和编制下列接口技术文件：输入和输出信号电路原理图，地址表，PLC数据表；3）制作梯形图 在分析机床工作原理或动作顺序的基础上，用流程图、时序图等描述信号与机床运动之间的逻辑顺序关系，据此设计制作梯形图；4）顺序的输入、调试及确}人 把梯形图转换成指令表的格式，然后用编程器键盘写入顺序程序。接下来用仿真装置或模拟台进行调试、修改；5）顺序程序固化存储和文件整理 将经过反复调试并确认无误的顺序程序固化到EPROM中，并将程序存人软盘或光盘。同时整理出有关图纸及维修所需资料。

4 PLC在数控机床故障诊断中的应用

在现在的数控系统中，PLC都具有很完善的自诊断功能，当机床在使用和操作过程中出现故障时，可以在CRT上显示出故障的报警信息，操作和维修人员可以充分的利用这些信息，从而迅速而准确的找到故障的原因并加以排除。数控机床操作过程的每个动作都有明确的顺序，自动交换动作也是按照既定的操作顺序完成。PLC在数控机床故障诊断中的应用就是基于机械装置运动过程的先后顺序，将正常情况的操作和故障情况相对比，发现问题，诊断原因。由于控制对象的工作原理是PLC设计的基础，维护人员可以分析相关工作原理，并依据PLC的I/O状态，对机床设备的故障及原因做出诊断。

在数控机床中，PLC是通过I/O接口实现对输入和输出信号的传递，如果机床发生故障，往往会表现在接口通道，维护人员发现接口通道的问题，就可及时对机床故障加以诊断。数控系统不是由于硬件原因产生故障的时候，维护人员可以只通过查看PLC的I/O接口状态，而不需要查看梯形图和电路图就能找出故障的原因。另外维护人员还可以通过比较正常状态下和故障状态下数控机床的输入，输出状态列表来判断故障位置。解决数控机床故障的最基本的方法，是通过数控机床的PLC梯形图分析和诊断故障。此外，在数控系统PLC出现故障的时候，有一些情况，也可以通过查看输入/输出及标志状态的变化，根据PLC的动作变化，可以分析出故障的原因。

综上所述，数控机床PLC故障诊断的要点如下：首先要了解数控机床各部分检测开关的安装位置，如：数控机床的刀架、刀库、机械手、气压和液压装置、压力开关等，并且要明确PLC信号输入所对应的标志。其次要了解机床操作执行过程中的动作顺序，以及PLC信号输出所对应的标志。最后要了解各种条件标志，如启动、停滞、加紧、松开及限位的标志信号，以便于工作人员时刻跟踪PLC梯形图的变化，根据各种故障信息，按照数控机床工作原理及时诊断，并确定正确的维修方法。

参考文献

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[2]李叶龙.数控机床与PLC的关系[J].赤峰学院学报：自然科学版，2009（6）.