基于PLC 的數(shù)控機(jī)床自動控制系統(tǒng)研究

文曉宇

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

PLC 是一種可編程控制器，該類型控制器可實現(xiàn)模擬量及開關(guān)量等自動化控制，同時可結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)等大幅提升整個系統(tǒng)工作效率[1-3]。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)階段生產(chǎn)加工制造企業(yè)常用設(shè)備，提高數(shù)控機(jī)床自動化水平有助于提升企業(yè)生產(chǎn)效率。在數(shù)控機(jī)床控制中，通過使用PLC 控制技術(shù)可大幅提升勞動效率及生產(chǎn)效率。本文基于PLC對數(shù)控機(jī)床自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，以期能在一定程度上提升PLC 技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。

1 PLC 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 PLC 結(jié)構(gòu)

PLC 具有抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)編程穩(wěn)定性好、程序語言識別速度快等優(yōu)點，同時PLC 數(shù)控系統(tǒng)對各設(shè)備均有較強(qiáng)的適應(yīng)性[4]。PLC 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由用戶使用環(huán)境、硬件等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。PLC 硬件由外部接口、內(nèi)部接口等組成，外部接口主要用以與其他機(jī)電設(shè)備進(jìn)行通信；內(nèi)部接口把控運算及控制器、CPU、用戶輸入及輸出單元等，上述結(jié)構(gòu)單元均在控制程序控制下運行。

圖1 PLC 結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)系統(tǒng)是通過獲取到的數(shù)字信號指令對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括程序介質(zhì)、數(shù)控裝置、機(jī)床主體及伺服系統(tǒng)等，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示[5-6]。

圖2 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床中的主控裝置由多個CNC 裝置構(gòu)成，根據(jù)輸入端制定，對需要控制的零部件進(jìn)行數(shù)值編碼；伺服系統(tǒng)是PLC 系統(tǒng)中的核心組件之一，用以對機(jī)床主軸及進(jìn)給伺服控制。機(jī)床主體用以加工制作，結(jié)構(gòu)由機(jī)體、刀架、主軸向等構(gòu)成。在數(shù)控機(jī)床使用過程中，操作人員可能會出現(xiàn)誤操作問題，從而導(dǎo)致機(jī)床運行出現(xiàn)故障，為確保數(shù)控機(jī)床使用安全，會在機(jī)床上增加安裝導(dǎo)程或者緊急按鈕等裝置。

2 PLC 自動控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

PLC 自動控制系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的控制技術(shù)具有更為先進(jìn)的功能，具體功能如下：

1）PLC 具備有邏輯運算功能，可綜合實現(xiàn)配電裝置、數(shù)據(jù)控制功能間轉(zhuǎn)換。

2）PLC 有專用的用戶程序存儲器，系統(tǒng)邏輯控制更為靈活、可應(yīng)對復(fù)雜的控制需要，同時控制程序使用梯形圖邏輯關(guān)系，結(jié)構(gòu)簡單。

3）PLC 控制器可與外部多種機(jī)電設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可便捷地實現(xiàn)控制程序編輯、顯示等功能。

4）PLC 控制器體積小、抗干擾能力強(qiáng)，可避免傳統(tǒng)繼電器磨損嚴(yán)重、接觸不良等故障。

將PLC 自動控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)床控制中，機(jī)床功能更為豐富、結(jié)構(gòu)更緊湊，可滿足自動化程度要求較高的設(shè)備加工及生產(chǎn)制造系統(tǒng)需要。

2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

PLC 自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，組成包括讀寫存儲器、輸入及輸出接口電路、CPU等，具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

輸入部分通過輸入端子分別與液位報警開關(guān)、按鈕開關(guān)、壓力掃描開關(guān)等連接，用以收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并使用重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶程序；控制部分按照控制程序反復(fù)執(zhí)行，并將程序執(zhí)行結(jié)果寫入寄存器內(nèi)；輸出部分輸出端子分別與三色報警、接觸器及驅(qū)動器等連接，用以控制被控制部分動作。根據(jù)設(shè)計的輸出磨損，完成機(jī)床操作控制并實現(xiàn)外部負(fù)載。

2.3 PLC 控制結(jié)構(gòu)模塊化

根據(jù)PLC 控制系統(tǒng)功能需要，將功能模塊劃分為基本控制模塊、公共信號功能模塊、主軸模塊、刀架模塊及報警模塊等。基本控制模塊用以控制程序啟動、停止控制及控制系統(tǒng)緊急處理等；公共信號功能模塊用以處理NC、PLC 等信號；刀架模塊用以對刀架選擇、刀架定位等功能進(jìn)行控制；主軸模塊用以對主軸定位、主軸正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)等進(jìn)行控制，并依據(jù)PLC 編程程序?qū)υO(shè)定參數(shù)進(jìn)行修改；報警模塊用以檢測人為誤操作、機(jī)床故障等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在異常后即開始報警，并反饋故障信息。上述功能模塊實現(xiàn)時基于主程序、若干控制子程序等配合實現(xiàn)，具體控制系統(tǒng)主要控制子程序見表1。

表1 控制系統(tǒng)主要控制子程序

數(shù)控機(jī)床PLC 控制技術(shù)功能實現(xiàn)基礎(chǔ)是控制程序運行指令，用戶側(cè)輸出的質(zhì)量會將程序、控制信號等輸入控制系統(tǒng)中。通過PLC 控制技術(shù)應(yīng)用，可實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)升級，并優(yōu)化控制系統(tǒng)功能。

3 結(jié)語

隨著生產(chǎn)力技術(shù)及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，制造業(yè)企業(yè)對數(shù)控機(jī)床需求量不斷增加，將PLC 技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床控制中，可提升機(jī)床生產(chǎn)效率、自動化控制水平，并在提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益等方面均有一定的促進(jìn)意義。依據(jù)現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床工作特點，不斷地完善PLC功能，可進(jìn)一步提升PLC 技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用。