PLC在数控机床控制系统中的应用

　　可编程序控制器(PLC)主要以计算机的微处理器为基础，综合计算机的应用技术、通讯技术以及自动控制技术而发展起来的一种通用控制器。虽然PLC由较为复杂的微处理器组成，但在实际应用过程中，完全不必了解微处理器的内部结构。最初，PLC还仅是作为继电器接触器控制系统的替代品，而自从进入数控机床控制系统领域后，以其自身强大的抗干扰能力、自诊断功能等，提高了数控机床控制系统的可靠性，基本解决了普通继电器及接触器中常见的故障问题，经过调试后可长期安全可靠地运行。

　　本文将对PLC的特点、基本工作过程、机床数控特点原理、在数控机床控制中的应用等问题进行分析与阐述。

1 可编程序控制器的特点

　　(1)体积小重量轻。超小型的PLC底部尺寸<100 mm，重量<150 g，其功耗仅为数瓦。由于其体积小，很容易装入机械中，便于机电一体化的实现。

　　(2)实用性普遍。PLC可适用于各种规模的电气控制场合，除了基本的逻辑处理功能之外，当前大多PLC具有数据运算能力，并可应用于数字控制领域中。近年来，PLC的功能日益完善，PLC的应用已经普遍到温度控制、位置控制及CNC等多个控制领域。

　　(3)抗干扰能力强。由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术，在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术，具有较高的可靠性。另外，PLC还自备硬件故障自动检测功能，一旦出现故障即可发出警报。在软件应用中，应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序，让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。

　　(4)应用简单、普遍。PLC作为直接面向企业的工控设备，具有接口容易、编程语言易于被工程技术人员接受并理解等特点，尤其图形符号及梯形图语言、表达方式等与继电器电路图基本类似，只需通过PLC的少量开关量逻辑控制指令就能熟练实现在电气控制中的应用。

　　(5)维护与改造方便。PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑，减少了控制设备外在的接线，极大减少了控制系统设计和建造的时间，为后期维护提供了方便，同时程序较易改变，可极快应用于生产过程的改变。

2 可编程序控制的基本工作过程

　　PLC及相关外围设备的设计原则应满足“与工业控制系统为一个整体、方便功能扩展”，所有的电气控制系统的实现都是根据工艺要求，最终提高生产效率及产品品质。因此，在设计PLC控制系统时，应满足被控对象的基本要求，并对实际工作现场进行研究、收集资料，并实现设计人员与操作人员的密切配合，共同拟定可操作方案，对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决。并在满足各方控制要求的前提下，考虑控制系统的简单性与经济性，方便后期的使用及维修，并确保电气控制的安全陛、稳定性。PLC在电气控制中的基本工作过程为：

　　(1)现场信息的输人。在系统软件的控制下，按照顺序对输入点进行扫描，并读取输入点的状态。

　　(2)程序的执行。对用户程序中的指令按顺序扫描，并根据输入的状态及指令进行逻辑性运算。

　　(3)控制信号的输出。根据以上逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各个输出点同时发出相应的信号，以实现所需的逻辑控制功能。以上过程完成后，再重薪开始，并反复执行，每执行一次即完成一个扫描周期。在实际应用时，很多机械设备的工作流程可分为一系列不断重复的顺序动作，而PLC的工作程序恰与其相似，因此PLC程序能很好地与机器动作相对应，且程序的编制简单、直观，易于修改，减少了开发软件的费用，并缩短软件开发周期。

3 PLC在数控机床控制中的应用

　　3.1 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换

　　相对于PLC，机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换，对于PLC的功能发挥，是非常重要的。PLC与外部的信息交换，通常有几个部分：

　　(1)机床侧至PLC。机床侧的开关量信号通过I／O单元接口输入到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改；

　　(2)PLC至机床。PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义；

　　(3)CNC至PLC。CNC送至PLC的信息可由CNC直接送人PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址)均由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T等功能，通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中；(4)PLC至CNC。PLC送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。

　　3.2 PLC在数控机床中的工作流程

　　PLC在数控机床中的工作流程，通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤：

　　(1)输入采样。输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读人所有输入端口的信号状态，并将此状态，读出输入到映象寄存器中。当然，在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，输入到映象寄存器的信号状态才会发生变化；

　　(2)程序执行。程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描，并且同时读出输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据，在进行相关运算后，将运算结果存人输出映像寄存区供输出和下次运行使用；

　　(3)出刷新阶段。在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态(接通／断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。

　　3.3 PLC在数控机床中的控制功能

　　操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行；机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号(如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等)输出信号控制。PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象；功能实现。系统送出T指令给PLC，经过译码，在数据表内检查，找到T代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号；M功能实现。系统送出M指令给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。M指令完成，系统发出完成信号。

4 结束语

　　我国是一个机床生产和应用大国，但数控技术的应用水平还不高，严重制约着我国制造业水平的提高。国际上的相关开发计划对我国的数控技术的发展提出了严峻的挑战，同时也带来了机遇。只有选择合适的PLC才能使定位达到预期的效果。永宏FBs系列PLC的NC定位功能在机床数控系统设计中占有重要的地位，该机床经过长期运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行可靠，提高了生产的自动化水平，减小了操作人员的劳动强度。