杜雁飛 姜 蕊

(濱州渤?；钊邢薰?山東 濱州 256602)

可編程控制器PLC在數(shù)控機床中的應(yīng)用

杜雁飛 姜 蕊

(濱州渤?；钊邢薰?山東 濱州 256602)

目前，可編程控制器 (PLC)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床等工業(yè)控制中。數(shù)控機床的控制部分可分為數(shù)字控制和順序控制兩部分，數(shù)字控制部分包括對各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制，而順序控制包括對主軸正/反轉(zhuǎn)和啟動/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾座、排屑等輔助動作的控制。現(xiàn)代數(shù)控機床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制，使數(shù)控機床結(jié)構(gòu)更緊湊，功能更豐富，響應(yīng)速度和可靠性大大提高。

可編程控制器 (PLC);數(shù)控機床;控制

一、PLC的定義及優(yōu)點

可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入/輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動化控制裝置。可編程控制器(PLC)具有以下優(yōu)點:a.抗干擾能力強，可靠性極高b.編程方便c.使用方便d.維護方便e.設(shè)計、施工、調(diào)試周期短f.易干實現(xiàn)機電一體化。

二、PLC的工作過程

PLC是采用周期性順序掃描。CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。PLC經(jīng)過五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。

1.自診斷:每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I/0部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。

2.通訊處理:PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯信息等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)。

3.掃描輸入:PLC的中央處理器對各個輸入端進(jìn)行掃描，將所有輸入端的狀態(tài)送到輸入映象寄存器。

4.執(zhí)行程序:中央處理器CPU將逐條執(zhí)行用戶指令程序，即按程序要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中。

5.刷新輸出:當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出映象寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。

三、車床的PLC數(shù)控系統(tǒng)控制原理設(shè)計

(一)車床的操作要求

車床一般加工回轉(zhuǎn)表面、螺紋等。要求其動作一般是X、Z向快進(jìn)、慢進(jìn)、快退。加工過程中能進(jìn)行自動、手動、車外圓與車螺紋等轉(zhuǎn)換;并且能進(jìn)行中止操作。

(二)PLC數(shù)控系統(tǒng)需解決的問題

車床的操作過程比較復(fù)雜，而PLC一般只適用于動作的順序控制。要將PLC用于控制車床動作，必須解決三個問題:

1.如何產(chǎn)生驅(qū)動伺服機構(gòu)的信號及X、Z向動作的協(xié)調(diào);

2.如何改變進(jìn)給系統(tǒng)速度;

3.車螺紋如何實現(xiàn)內(nèi)聯(lián)系傳動及螺紋導(dǎo)程的變化。將PLC及其控制模塊和相應(yīng)的執(zhí)行元件組合，這些問題是可以解決的。

(三)數(shù)控系統(tǒng)的控制原理

普通車床數(shù)控化改造工作就是將刀架、X、Z向進(jìn)給改為數(shù)控控制。根據(jù)改造特點，伺服元件采用步進(jìn)電機，實行開環(huán)控制系統(tǒng)就能滿足要求。Z向脈沖當(dāng)量取0.01mm，X向脈沖當(dāng)量取0.005mm。選用晶體管輸出型的PLC驅(qū)動步進(jìn)電機脈沖信號由編程產(chǎn)生，通過程序產(chǎn)生不同頻率脈沖實現(xiàn)變速。X、Z向動作可通過輸入手動操作或程序自動控制。車螺紋的脈沖信號由主軸脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，通過與門電路接入PLC輸入端，經(jīng)PLC程序變頻得到所需導(dǎo)程的脈沖。刀架轉(zhuǎn)位、車刀進(jìn)、退可由手動或自動程序控制。

四、PLC在數(shù)控機床中的功能

(一)操作面板的控制

操作面板分機床操作面板和系統(tǒng)操作面板機床操作面板上的控制信號直接送入PLC，系統(tǒng)操作面板上控制信號由系統(tǒng)送到PLC，控制數(shù)控系統(tǒng)的運行。

(二)機床外部開關(guān)輸人信號

將機床側(cè)的開關(guān)信號送入PLC，進(jìn)行邏輯運算。這些控制開關(guān)包括行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)等。

(三)輸出信號控制

PLC輸出的信號經(jīng)強電柜中的繼電器、接觸器、電磁閥、信號燈等輸出給控制對象。

(四)T功能實現(xiàn)

系統(tǒng)送出T代碼指令給PLC，經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼指定的刀號，并與現(xiàn)行刀號進(jìn)行比較，如果不符，發(fā)出換刀指令，刀盤換刀，到位停止，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。

(五)M功能實現(xiàn)

系統(tǒng)送出M代碼指令給PLC，經(jīng)過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正/反轉(zhuǎn)和啟動/停止、卡盤的夾緊和松開、冷卻液的開關(guān)等。M功能完成時，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。

五、PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床間的信息交換

相對于PLC，機床和NC就是外部。PLC與機床以及NC之間的信息交換，對于PLC的功能發(fā)揮，是非常重要的。PLC與外部的信息交換，通常有四個部分:

1.機床側(cè)至PLC:機床側(cè)的開關(guān)量信號通過I/O單元接口輸入到PLC中，除極少數(shù)信號外，絕大多數(shù)信號的含義及所配置的輸入地址，均可由PLC程序編制者或者是程序使用者自行定義。數(shù)控機床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機床的功能和配置，對PLC程序和地址分配進(jìn)行修改。

2.PLC至機床:PLC的控制信號通過PLC的輸出接口送到機床側(cè)，所有輸出信號的含義和輸出地址也是由PLC程序編制者或者是使用者自行定義。

3.NC至PLC:CNC至PLC:CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號含義和地址 (開關(guān)量地址或寄存器地址)均由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用不可改變和增刪。如數(shù)控指令的M、S、T功能，通過CNC譯碼后直接送入PLC相應(yīng)的寄存

器中。

4.PLC至CNC:PLC送至CNC的信息也由開關(guān)量信號或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。

六、結(jié)束語

應(yīng)用PLC的邏輯控制技術(shù)，可以大大簡化控制線路，提高數(shù)控機床的可靠性，隨著其性能的進(jìn)一步提高和完善，必將進(jìn)人更多的工控領(lǐng)域。

［1］卓迪仕.數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用「M］.北京:國防工業(yè)出版社.1997.

［2］邱公偉.可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用 ［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000，(7).

［3］王永華等.現(xiàn)代電氣控制及應(yīng)用技術(shù) ［M］.北京:北京航空航天大學(xué)版社，2005，(3).