数控机床PLC功能及研究

李刚 王智勇

[摘要] 现代制造业以自动化、集成化和柔性为发展目标，以数控技术为实现基础。数控技术也是提高劳动生产率、提升产品质量必不可少的技术手段。随着数控技术的发展，数控机床PLC功能已经成为现代机床其不可或缺的功能。目前国内数控机床PLC功能与国外同类产成品还存在一定的差距，迫切需要将数控机床PLC功能进一步完善。

[关键词] 数控技术 PLC

1.PLC在数控系统上的应用

可编程逻辑控制器（PLC）的特点

现代的PLC技术应用更加成熟其特点如下：①可靠性高，抗干扰能力强;②通用性强，控制程序可变，使用方便;③功能强，适应面广;③编程简单，容易掌握;④减少了控制系统的设计及施工的工作量;⑤体积小、重量轻、功耗低、维护方便。

2.PLC在数控系统上的应用

数控机床上PLC的类型

目前PLC已经成为数控机床基本的不可缺少的控制装置。数控机床的PLC大致可以分为两种类型。一是独立型PLC：一般由PLC生产厂家生产;另一种是数控系统生产厂家专门为数控机床顺序控制而设计，与数控系统设计成一体的内装型PLC。

（1）独立型PLC。独立型PLC又称通用型PLC。这种PLC具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。数控机床应用的独立型PLC，一般采用中型或大型PLC，I/O点数一般在200点以上，所以多采用积木式模块化结构，具有安装方便，功能易于扩展和变换等优点。

（2）内装型PLC，内装型PLC从属于CNC装置，具有以下特点：内装型PLC实际上是CNC装置带有PLC功能，存在于CNC系统的内部，不能脱离数控系统，单独完成控制要求。内装型PLC的性能指标（如I/O点数、程序最大执行步数、每步执行时间、程序扫描时间、功能指令数目等）由所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定。硬件和软件部分作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统一起统一设计制造的。内装型PLC适用于单台数控机床及加工中心等场合。

3.数控机床PLC上位机软件设计

数控系统PLC功能按实现的运行环境可以分为上位机和下位机两部分。本文的上位机运行环境为PC机，下位机运行环境则为数控系统端编程软件实现的Linux环境。其中上位机的PLC软件，具有开放性好，扩展能力强等优点，是PLC技术发展的一个趋势。

（1）软件PLC的系统构架和编程环境。程序的主框架设计是软件PLC的基础，好的主框架是软件PLC功能完美实现的基础。上位机的PLC软件应该包括的基本功能有：梯形图的显示、编辑、梯形图的语法检查、梯形图的编译、PLC的实时通信、将生成的目标代码传送到相应的运行平台。如图3.1所示，虚线框内的部分在Visual C++6.0这个开发平台上实现。除此之外，基本的打开、保存、新建等基本编辑功能也是软件PLC应该实现的功能。

图3.1 软件PLC系统构架

（2） PLC编译功能的实现。IEC 61131-3是PLC程序的国际标准，此编程标准包括5种PLC编程语言：梯形图、功能块图，顺序功能图，结构文本和指令表。其中梯形图和指令表最为简单易用，应用的范围最为广泛。指令语言是利用助记符的形式来表示程序的编程语言，虽然没有梯形图直观，但是比较容易转化为计算机能够识别的机器语言。

4.下位机界面和基本功能的实现

通常将数控系统的界面部分称之为上位机，数控系统的底层运动控制部分为下位机。为解决数控系统的封闭式结构，因此选用了Linux操作系统作为数控系统程序的开发环境。

可编程顺序逻辑控制器（PMC）功能是对数控机床进行顺序控制，以CNC内部和机床各行程开关、继电器、传感器、按钮等的开关量信号状态为条件，按照事先规定好的梯形图或指令语言的逻辑顺序对刀具的更换、主轴换向与启停，工件的松开与夹紧，润滑、冷却、液压等系统运行的控制。

数控系统PMC梯形图的单元数据结构应该与上位机的保持一致;为便于梯形图在数控系统端的修改，下位机PMC应该具有元件编辑功能，同时要与上位机的梯形图编程软件的编辑功能实现形式上相一致。

指令译码功能是PMC必须具备的功能。梯形图转化成指令语言与前面上位机转化的过程一致。点击指令按钮，系统调用内部语句生成指令语言的数据结构体。并在这个过程中对梯形图检错，若有错误的话，转化过程终止，提示错误的行和错误类型，便于用户修改程序。

5.结论

数控机床的PLC功能是中高档数控机床发展的一个必然趋势。本文对数控系统的PLC功能的实现过程中的关键技术的实现进行的深入的研究与探讨。在PC机端开发PLC应用软件，提出了界面的开发流程和梯形图和指令语言之间相互转化的方法。

参考文献

[1]孙鑫，余安萍，VC++深入详解，北京：电子工业出版社，2009

[2]何景瓷，许建平.PLC控制程序的模块化设计机床电器，2004（5）32-33