PLC在数控定位控制系统中的应用

1 引言

　　在机械加工时，定位控制系统一般用在孔加工机床上(例如钻孔铰孔和镗孔的数控机床定)。位控制系统仅控制刀具相对于工件的定位，由一个定位点向另一个定，位点用全功能数控系统来实现定位控制功能，这种系统虽然功能十分完善但其价格十分昂贵，而且，对于中低档数控机床来说，许多功能对定位控制来说是多余的，如果采用单片机来实现定位控制，需要进行复杂的二次开发，设计硬件电路时，除了微机系统外，还要设计接口电路、抗干扰电路及驱动电路，设计软件时，要求掌握微机原理及微机的指令系统，并且具有程序开发能力。

　　PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计的一种工业控制计算机采用面向用户的指令，编程方便。近年来，PLC 在传统的对开关量处理的基础上，又增加了数字运算及对模拟信号处理的能力。这给PLC 的应用带来了巨大的发展前景PLC 驱动步进电机实现点位控制，硬件电路设计简单、方便、快捷，编程时只要熟悉PLC 的指令即可。

2 用PLC 实现数控系统的定位控制存在的问题

　　在定位控制系统中，刀具或工件移动过程中不进行切削，为了减少辅助时间，提高工作效率，要求快速移动，而在接近定位点时，为了保证定位精度则要降低速度。同时步进电机的启动是一个加速的过程，为了维护步进电机及驱动设备，要求驱动脉冲频率也线性增大。

　　PLC 以循环扫描的方式工作，PLC 循环扫描一次所需的时间称为扫描周期。PLC 运行正常时扫描周期的长短与CPU的运算速度，与I/O 点的情况，与用户应用程序的长短及编程情况有关。通常用PLC执行1KB指令所需的时间来描述扫描速度一般为1~10ms/KB。如果采用传统的扫描方式来产生驱动脉冲，则要求PLC 扫描频率要比步进电机工作频率大一个数量级，才不会导致步进电机出现失步现象，所以步进电机只能在极低的频率下工作。这样显然不满足快速定位的要求。综上所述，问题的关键就是要实现步进电机。的软启动和快速而精确的定位功能。

3 系统方案设计

　　目前，世界上已有200 多个厂家生产PLC，随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的性能提升。PLC的功能不断增加，已将原来大中型PLC才有的功能部分的移植到小型PLC上，如模拟量处理，数据通信，高速输入输出以及数学计算功能。而价格却不断下，降考虑数控机床定位系统的实际工作情况以及我国对PL 的应用现状。这里决定采用SIMATIC S7-200 系列小型晶体管输出型可编程控制器PLC主机，以满足高速输出的频率要求。

　　SIMATIC S7-200 系列PLC的高速脉冲输出功能是指在PLC 某些输出端产生高速脉冲，用来驱动负载实现精确控制。高速脉冲输出有高速脉冲串输出(PTO)和宽度可调(PWM)脉冲输出两种方式：脉冲周期变化范围是50-65 535us 或2-65 535ms 为16 位无符号数据；脉冲数用双字无符号数表示，取值范围是1-4 294 967 295 之间。其输出不受PLC扫描周期的影响，这样可以满足数控系统精确定位的要求。

　　每种PLC主机最多可提供2 个高速脉冲输出端，即Q0.0和Q0.1，一般包括在数字量映像寄存器编号范围内，如果Q0.0和Q0.1 在程序执行时用作高速脉冲输出，其通用功能被自动禁止。每个高速脉冲发生器对应一定数量的特殊寄存器，包括控制字节寄存器，状态字节寄存器和参数数值寄存器，它们用以控制高速脉冲输出形式，反映输出状态和参数值。各寄存器功能表如表1 所示。

　　由已知条件可知可选定 Q0.0 为脉冲输出端，工作模式为PTO 方式，并且确定为多段模式。