基于PLC的数控铣床控制系统的设计

　　针对数控铣床的低成本要求，本文设计了一种基于PLC的数控铣床控制系统，利用PLC实现对铣床各坐标轴的步进电机的控制，以完成铣床的加工工艺的要求。

1 PLC对步进电机的控制

　　步进电机是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，电机转子的角位移和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，实现准确定位；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，实现调速的功能；通过改变通电顺序，实现改变电机的旋转方向。

　　在数控铣床的控制系统中，要求用PLC实现对步进电机的位移、转速和方向的控制，具体如下：

　　(1)行程控制数控铣床各轴的行程正比于步进电机的总转角，只要控制步进电机的总转角就可实现对工作台行程的控制。因此可以根据各轴的位移量确定PLC输出的脉冲个数： N=D_L／d式中，D_L伺服机构的位移量，mm；d一脉冲当量，mm／脉冲。

　　(2)进给速度控制工作台的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率。因此叮以根据数控加T中该工序所要求的进给速度，确

　　定其PLC输出的脉冲频率：f=v_f／60dHz

　　式中，V_f--伺服机构的进给速度，mm／min。

　　(3)进给方向控制进给方向控制即对步进电机的转向控制，步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向。而在实际应用中，步进电机驱动器可接收来自PLC的转向选择信号(单脉冲驱动方式)，此输入信号可以视为开关量信号，能够很方便地通过PLC编程实现对步进电机转向的控制。

2 PLC的脉冲输出指令

　　步进电机的速度、位置控制都是通过输入脉冲信号的改变来实现的，因此，对于步进电机的控制关键在于对输入脉冲的控制。OMRON公司CPLM2A型PLC丰富的脉冲控制指令可以方便地实现数控机床的步进电机的控制。

　　CPM2A的脉冲控制指令主要有脉冲输出指令@PULS(65)和脉冲速度指令@SPED(64)。@PULS(65)用于设置脉冲输出端口、脉冲的类型以及输出脉冲的个数；@SPED(64)为脉冲速度输出指令，用于设定输出脉冲频率和指定输出端口的脉冲输出模式。

　　PLC的脉冲输出包括独市模式和连续模式。使用独立模式脉冲输出时，在脉冲输出前，应使用@PULS(65)设置要输出的脉冲个数(这种没置对于连续模式是不需要的)。利用@SPED(64)指令设置脉冲输出的位地址(IR 01000或lR 01001)、输出模式(000独立)和脉冲频率，然后开始脉冲输出。还叮利用@SPED(64)指令改变频率设置，在脉冲输出时改变输出脉冲的频率。在输出完@PULS(65)指令所设定的脉冲个数后，脉冲输出自动停止。

　　使用连续输H{模式时，通过@SPED(64)指令设定脉冲的位地址、输m模式和脉冲频率，并且在输出过程中可以随时使用本条指令改变脉冲输出频率，该频率由F的值设定，F取值范围为0001—1000，对应的输出频率是10Hz-10kHz。对于连续模式下脉冲输出，停止脉冲输出的方法有两种：一是使用@SPED(64)指令将脉冲频率设定为0，二是使用@INI(61)指令停止脉冲输出：

　　用独立脉冲输出和连续脉冲输出均可完成对步进电机的控制，它们的不同仅在了独立模式下脉冲数输出完成自动停止，常用于电机的位置控制；而连续模式下脉冲的连续输出只能通过脉冲停止指令来停止，常用于速度控制。