简析PLC的数控机床电气控制系统的组成及策略

朱高松

摘要：PLC具有很广泛的通用性和对电气控制设备所需要的高度可靠性和抗干扰能力。PLC的工作方式是对系统程序的循环扫描，它通过对样本的采集输入，对程序进行分析，最后按照程序输出一系列控制指令，所以，机床的辅助电气的主要控制系统是PLC。本文对PLC数控机床电气控制系统进行了论述，并针对其工作确保机床的安全可靠，提高加工精度和生产率具有重要意义。

关键词：数控机床；控制系统；组成；策略

前言

数控机床由机械部分、上下位机软件和硬件电路这3个必不可少的部分组合而成。占整个机床核心部分的就是数控装置，主要体现就是数字控制方式得到了很好的应用。随着可编程序控制器（PLC）技术的发展，国家对工业生产非常重视，在工业生产中应用了很多的新技术，在提高生产效率的同时，也能更好的保证生产企业获得良好的经济效益。其中，数控机床就是非常重要的生产设备，在应用过程中实现了对复杂以及精密零件的加工。近年来，数控机床技术也在不断的发展，主要是应用了PLC技术，PLC数控机床在使用过程中表现出了很多的优点，实现了工件自动夹紧、断刀检测以及机械手自动换刀等操作。

1.数控机床电气控制系统

PLC数控机床电气控制系统是一个全闭环系统，主要由控制系统由 PC 机（工控机），SIMOTION，电源模块，电机模块，电机，光栅尺，SMC30（传感器模块），分布式1/0ET200M（包括数字量模块和模拟量模块），机械手，主轴变频器，高速主轴以及多个传感器以及限位开关组成。具体的分析及其选用如下：

1.1电气控制系统组成

如图1所示，电气控制系统的组成部分有工控机、SIMOTION、电源模块、电动机模块、光栅尺、变频器和传感器等。

图1电气控制系统总体方案原理图

1.1.1电源模块

电源模块在使用过程中要对直流电进行使用，因此，在使用过程中，变频器是将交流电转变直流电，而逆变器则是把直流电转变成预定频率的交流电。SIMOTION运动控制系统，采用通过电源模块把工业交流电变为直流电，再分配给多个电机模块的方式。电源模块分为可调和不可调2种：可调电源模块是根据参数把转化出来的直流电稳定为一个预定的可变值，并且在这个过程中能够和SIMOTION通信的功能进行结合。相反，不可调电源模块只能输出一个固定的直流电压值，就无法与SIMOTIO功能相结合。

1.1.2电动机模块

电动机模块在分类方面主要也是分为两类，分别是装柜型和书本型。书本型又分为单轴和双轴两种形式。

1.1.3 SIMOTION 运动控制器

SIMOTION是整个电气控制系统的核心部分，其运行速度和可靠性对整个电气控制系统起着决定性的影响。为了确保成为最佳的控制方案，SIMOTION的功能得到了很大程度的扩展。SIMOTION主要有三大功能：

（1）运动控制；

（2）逻辑控制，例如，对输入信号的逻辑门处理，以及对输出信号的分析与赋值；

（3）工艺控制，例如压力控制、温度控制等。

目前 SIMOTION面向的行业，主要是运动复杂、速度及精度的要求较高的制造机械、包装机械，橡塑机械，锻压机械，纺织机械，以及其他生产机械领域。

1.2电气控制系统的硬件部分

在电气控制系统中硬件部分也不容忽视，主要由机械手自动换刀、断刀检测

和深度检测等。

1.2.1机械手自动换刀

机械手自动换刀其在生产过程中能够起到提高数控机床工作效率的作用，在应用过程中主要的工作原理就是利用控制电动阀的开关实现机械臂以及刀具的夹紧功能，然后实现机械手的伸展、收回以及松开，自动完成换刀的动作。

1.2.2断刀检测

在电气系统运行过程中，断刀检测系统的主要核心部分就是利用光纤传感器，在生产加工过程中，刀具在长时间的使用过程中会出现磨损的问题，在情况比较严重的时候会出现刀具断裂的情况。为了更好的提高加工的效率，在生产过程中要对刀具的使用情况进行检测，在刀具出现严重磨损的情况下，机床要能够自动换刀，对生产效率不会产生任何的影响。

如图2所示，断刀检测系统的核心是1个CO门的光纤传感器，CO门的3根接入线直接接到24V的电源上，这样，信号线和24V电阻就构成了1个电平输出。

图2断刀检测示意图

2.结语

PLC的应用在功能和成本上对数控机床的使用上有着非常大的优势，我国对数控机床的应用和生产已经非常广泛了。由于科技水平还不够高，我国生产加工

技术和工艺的提高还存在非常多的制约因素。所以，改良电气控制技术的设计方法，对生产安全、加工精度和生产效率具有重要的意义。