PLC應(yīng)用技術(shù)在數(shù)控機(jī)床電氣控制中的運(yùn)用分析

張桐強(qiáng)

摘? ? 要：本文主要以數(shù)控機(jī)床中的自動(dòng)化控制為主題展開分析，在簡(jiǎn)要介紹數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)及PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討了PLC在數(shù)控機(jī)床中的自動(dòng)化控制應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC;數(shù)控機(jī)床;電氣控制

1? 引言

以PLC可編程控制技術(shù)為例，將PLC控制器配置在機(jī)床設(shè)備內(nèi)，既能提升機(jī)床設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，還能優(yōu)化原有的系統(tǒng)，使設(shè)備結(jié)構(gòu)保持在良好的運(yùn)行狀態(tài)。

2? 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)及PLC概述

2.1? 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)可以說(shuō)是數(shù)控機(jī)床可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，是整個(gè)設(shè)備的核心，主要負(fù)責(zé)程序指令的接收并識(shí)別解釋程序，完成結(jié)果邏輯數(shù)據(jù)的計(jì)算與判斷處理，最后發(fā)出速度以及時(shí)間控制的操作指令。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，可細(xì)分出伺服電機(jī)、檢測(cè)開關(guān)、伺服放大器、編碼器、數(shù)控單元、繼電器、變頻器等多個(gè)子系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)控制著數(shù)控機(jī)床的各個(gè)部件，通過控制程序和操作指令來(lái)保證機(jī)床始終維持一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)。如果電氣系統(tǒng)出現(xiàn)任何異常，將會(huì)直接反映到數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)上，關(guān)系著是否可以安全穩(wěn)定地完成生產(chǎn)制造作業(yè)，因此必須要提高對(duì)電氣系統(tǒng)的重視，總結(jié)并排除影響其狀態(tài)的各項(xiàng)因素，爭(zhēng)取進(jìn)一步來(lái)提高電氣系統(tǒng)的可靠性，為數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2.2? PLC技術(shù)

可編程控制器PLC，在控制器內(nèi)會(huì)配置程序存儲(chǔ)裝置，在存儲(chǔ)裝置內(nèi)會(huì)對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以此確定數(shù)據(jù)發(fā)出的順序、時(shí)間以及操作方式等，使操作人員根據(jù)指令進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。PLC在工作過程中，控制器內(nèi)的CPU會(huì)重復(fù)進(jìn)行輸入采樣、程序執(zhí)行以及輸出刷新三個(gè)階段的操作。

（1）輸入采樣階段。進(jìn)入到輸入采樣階段時(shí)，PLC系統(tǒng)會(huì)對(duì)輸入端子進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果將不同的輸入指令存儲(chǔ)在指定的映像寄存器內(nèi)。進(jìn)入到輸入映像寄存器內(nèi)，該裝置會(huì)重復(fù)刷新，完成刷新后發(fā)出執(zhí)行指令。

（2）程序執(zhí)行階段。進(jìn)入到程序執(zhí)行階段，形成的PLC梯形圖程序，按照先左后右、先上后下的原則，對(duì)程序內(nèi)的指令進(jìn)行充分的掃描。完成掃描后，指令發(fā)出時(shí)會(huì)進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的程序內(nèi)。

（3）輸出刷新階段。將系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用到的指令完成執(zhí)行要求過程中，會(huì)進(jìn)入到輸出刷新階段。此時(shí)在設(shè)備中的元件映像寄存設(shè)備，進(jìn)入到輸出刷新階段，此時(shí)指令會(huì)存儲(chǔ)在輸出鎖存器內(nèi)，應(yīng)在特定的方式中，輸出到驅(qū)動(dòng)荷載裝置內(nèi)。

3? PLC技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控車床控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1? PLC的信息傳輸

數(shù)控車床系統(tǒng)中的機(jī)床信號(hào)和PLC信號(hào)的輸入和輸出都是由I/O板的接收電路和驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行傳送。其中CNC信號(hào)、PLC信號(hào)和機(jī)床信號(hào)這三者相互間進(jìn)行信號(hào)傳輸，但是始終是以PLC為中心。主要分為這四個(gè)部分：①機(jī)床傳至PLC;②PLC傳至機(jī)床;③CNC傳至PLC;④PLC傳至CNC。

3.2? PLC的故障信息報(bào)警

PLC技術(shù)還控制著數(shù)控車床的故障報(bào)警系統(tǒng)，這主要是因?yàn)镻LC技術(shù)在數(shù)控車床控制系統(tǒng)中將機(jī)床和CNC進(jìn)行連接，一旦PLC接收到CNC的控制信息時(shí)，PLC技術(shù)內(nèi)部的梯形圖的順序邏輯就會(huì)進(jìn)行計(jì)算，然后給機(jī)床側(cè)發(fā)送控制指令，這樣電磁閥、繼電器和指示燈就會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)，并將工作狀態(tài)的信號(hào)傳遞至CNC，CNC又可以將信息傳送回PLC。當(dāng)然，如果電磁閥、繼電器和指示燈的開關(guān)信號(hào)沒有及時(shí)反映，這就會(huì)導(dǎo)致PLC技術(shù)出現(xiàn)報(bào)警情況，數(shù)控車床就不能進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。一般情況下，PLC技術(shù)主要通過這三種方法進(jìn)行故障診斷和維修：①動(dòng)態(tài)梯形圖信號(hào)跟蹤方法;②機(jī)床廠家報(bào)警信息故障診斷法;③系統(tǒng)報(bào)警診斷的故障診斷法。PLC顯示信號(hào)狀態(tài)的模式是它的地址內(nèi)容會(huì)以（0或1），10進(jìn)制和16進(jìn)制數(shù)字來(lái)顯示。例如，當(dāng)數(shù)控車床需要進(jìn)行調(diào)試和維修時(shí)，如果采用PLC動(dòng)態(tài)梯形圖信號(hào)跟蹤法的話，功能鍵就會(huì)調(diào)出一定順序的控制梯形圖的輔助菜單，PLC技術(shù)會(huì)根據(jù)程序進(jìn)行監(jiān)控，一是監(jiān)控對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)，一是監(jiān)控線圈輸入和輸出信號(hào)的狀態(tài)變化，并且分析、判斷動(dòng)作的過程，確定被控元件的工作狀態(tài)是否正常，機(jī)床是否出現(xiàn)了故障，從而也就為維修爭(zhēng)取了更多的機(jī)會(huì)。

3.3? PLC在數(shù)控機(jī)床中的控制功能

操作面板控制功能，是由操作面板中，操作面板和機(jī)床操作面板組成控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，此時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)由NC接收，在NC內(nèi)通過轉(zhuǎn)換后進(jìn)入到PLC可控制編程器，以此將發(fā)出的指令傳輸至機(jī)床，使機(jī)床在指令下開始工作。在機(jī)床產(chǎn)生的控制信號(hào)，會(huì)由PLC接收，接收信號(hào)后會(huì)下達(dá)機(jī)床運(yùn)行的指令，使機(jī)床進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

3.4? PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床間的信息交換

（1）機(jī)床至PLC。機(jī)床發(fā)出單側(cè)信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)由I/O輸入接口進(jìn)入到PLC控制器內(nèi)，此時(shí)PLC可編程控制器，會(huì)對(duì)輸入地址進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)相關(guān)要求，將調(diào)整后的地址發(fā)送到下一階段。

（2）PLC至機(jī)床。對(duì)機(jī)床配置的裝置可知，為保證控制功能充分發(fā)揮其性能，在機(jī)床單側(cè)的輸送信號(hào)傳輸過程中，PLC將輸出信號(hào)接收到控制器內(nèi)，并將輸出信號(hào)的地址，通過工作人員重新編程，保證編程內(nèi)容可以完成相關(guān)指令的操作。

（3）CNC至PLC。PLC可編程控制器接收CNC信息時(shí)，會(huì)將CNC產(chǎn)生的信息存儲(chǔ)在控制器內(nèi)。此時(shí)CNC發(fā)出的信號(hào)，包括開關(guān)量地址、寄存器地址等，都由CNC廠家制定完成。借助PLC控制器，發(fā)送CNC信息至指定位置，期間無(wú)法對(duì)信息進(jìn)行修改。在數(shù)控指令發(fā)出過程中，數(shù)控技術(shù)具有的功能，包括M、S、T等，都會(huì)在CNC譯碼翻譯后，進(jìn)入到PLC寄存器內(nèi)。

（4）PLC至CNC。將PLC編程的信息發(fā)送至CNC過程中，產(chǎn)生的信息開關(guān)信號(hào)，會(huì)在寄存器內(nèi)編制完成，此時(shí)PLC信號(hào)地址，會(huì)按照廠家確定的CNC標(biāo)準(zhǔn)完成，在CNC信息發(fā)送過程中，通常無(wú)法對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行修改。

3.5? 數(shù)控加工代碼的實(shí)現(xiàn)方法

現(xiàn)階段數(shù)控技術(shù)含有多種指令內(nèi)容，包括準(zhǔn)備指令、輔助指令、刀具指令、主軸指令、進(jìn)給指令等，并且都是按照ISO標(biāo)準(zhǔn)制定的。以主軸指令為例，在該指令控制下，會(huì)將主軸的速度保持在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)按照S2位代碼以及54位代碼，對(duì)發(fā)出的指令進(jìn)行重新編制。在編制過程中，將S2位代碼編程內(nèi)，S代碼和2位十進(jìn)制數(shù)，代表主軸的轉(zhuǎn)速，通常分為十個(gè)等級(jí)，由低到高速度不斷提升。

在上級(jí)速度提升過程中，若上升速度超過12%，主軸的轉(zhuǎn)速上限和下限，產(chǎn)生的等比關(guān)系會(huì)發(fā)生變化。按照S2位代碼為例，主軸轉(zhuǎn)速結(jié)合對(duì)應(yīng)表，將形成的S2位代碼進(jìn)行重新的譯制，從而建立起全新的處理框圖。在框圖內(nèi)S代碼在轉(zhuǎn)換過程中，數(shù)據(jù)與代碼按照S2位代碼主軸速度，以二進(jìn)制數(shù)方式表達(dá)出來(lái)，同時(shí)在上限和下限狀態(tài)下，形成的數(shù)字量D/A通過計(jì)算后，得出的直流電壓數(shù)值，分別控制在0V～10V、0V～5V以及-10V～10V范圍內(nèi)。在上述電壓控制范圍內(nèi)，主軸伺服系統(tǒng)以及主軸變頻器，會(huì)形成持續(xù)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展過程中，將PLC技術(shù)融入其中，既能通過邏輯意識(shí)對(duì)發(fā)出的指令進(jìn)行編程，同時(shí)還能提升機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。在優(yōu)化系統(tǒng)功能過程中，工作人員應(yīng)對(duì)PLC系統(tǒng)采取嚴(yán)格的控制措施，保證PLC系統(tǒng)的整體性和高效性，可以滿足機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，以此促進(jìn)企業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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