基于PLC在数控机床中的应用

沈涛 蒋世应 王振华 刘勇

摘 要：如今PLC在工业控制中应用的非常广泛，比如数控机床等。文中介绍了PLC在数控机床中如何应用，PLC与CNC系统及机床间的信息交换、PLC在数控机床中的工作流程、PLC在数控机床中的控制功能。

關键词：PLC；数控机床

PLC可编程逻辑控制器，它是一种数字运算系统，专门为工业生产的应用而设计的。它主要采用可编程序的存储器，进行顺序控制和逻辑运算等用户操作的指令，通过模拟或数字输入、输出以控制各种机械的动作过程或生产的过程。是工业生产中自动控制的核心。

1 PLC在CNC系统中的应用方式

PLC在CNC系统中的应用方式主要有两种：一种是集成式，一种是外装式。集成式的PLC也称为内装式的PLC，集成式的PLC在设计的时候就将PLC于NC系统一起考虑，它们之间通过内部总线来实现信号的传递，因此这种方式的交换速度很高，信息通道也很宽。对于CPU来说，他们可以共用也可以单独使用。它们的结合是从硬件和软件整体上来考虑的，因此它们之间可以实现很多高级功能。许多高、精度的数控机床都采用的是这种方式。外装式的PLC也称为独立式的PLC，它独立于数控装置，具有独立的控制功能。使用这种方式时，可根据用户自身特点方便地调整程序，实现控制的调整。

2 信息在PLC与CNC系统及数控机床间的交换

PLC与数控机床之间的交流主要是通过信息交换来实现的，因此它们之间信息的交换是非常重要的，一般来说，它们之间的信息交换主要通过四部分来实现的：

2.1 机床至PLC

机床的控制信号主要是通过PLC的输入口来传输到PLC的，除了PLC内部特殊的寄存地址外，大部分的地址都是可以根据用户的需求进行定义使用的，数控机床的用户和厂家可以根据生产的需要和机床的性能，对PLC的梯形图进行修改和地址的分配。

2.2 PLC至机床

机床的输入信号通过PLC的内部逻辑运行，将控制信号通过PLC的输出端口直接送到机床，输出端口的定义可以根据PLC程序的使用者和机床的性能来定义。

2.3 CNC至PLC

所有CNC的信息均可直接发送到PLC内部的存储器中，CNC发送的地址和信号均由厂家来定义，用户不可以进行修改，只能使用，比如数控指令里面的M、S、T功能。

2.4 PLC至CNC

所有PLC的信息由输入信号和内部寄存器所完成，它的含意在CNC出厂时已确定，用户只能使用，而不能进行修改。

3 PLC在数控机床中的的原理

PLC在数控机床中的工作原理和PLC的工作原理是一致的，也可以分为以下三个步骤：

3.1 输入采样

PLC以其固有的方式扫描PLC外部输入端口的信号，将扫描的结果存储到输入映像寄存器中。当外部的输入信号发生改变时，输入映像寄存器中的信号状态也随之发生改变，从而能确定外部有输入信号的改变。

3.2 执行程序

梯形图的执行以从上到下，从左到右循环扫描的方式进行运行，从输入映像寄存器中读入数据，通过梯形图的编辑方式和逻辑进行逻辑运算，将运算的结果存入到输出映像寄存器中。

3.3 输出刷新

在梯形图扫描完成后，输出映像寄存器中的数据会以PLC特定的方式输出到PLC输出端口上，控制PLC的输出端口是上电还是不上电，从而驱动与PLC输出端口连接的外部负载。

4 数控机床中的控制功能在PLC中的应用

数控系统中PLC控制程序能够实现机床的辅助功能控制。具体应用于机床的辅助功能控制（主轴控制，刀库控制，尾台控制，冷却控制，卡盘控制，自动门控制，润滑控制，限位控制，报警控制，中心架控制，液压控制等等）。數控机床的辅助功能即M（功能）S（功能）T（功能）。在PLC中首先对M，S，T，代码进行译码。译码后的M，S，T，代码即可在PLC程序里进行对机床的辅助功能进行控制。（如控制主轴正反转，主轴定位，主轴换挡，转塔，刀库，尾台，卡盘，中心架，排屑，润滑，等动作）。例如：加工程序给出M03，PLC首先将M03译码（假设译出的M03的地址为R0，0），那么梯图里就可用R0.0 的常开触点去接通主轴的正转继电器（假设为Y0，0），再由Y0.0输出带动外部继电器，外部继电器带动接触器，接触器带动主轴电机正转。

随着PLC技术的成熟，PLC在数控机床上的作用正在逐渐扩大：

1）数控机床的故障报警可以通过PLC实现诊断界面，对于机床的故障维修更为方便；

2）数控机床的坐标轴可以直接通过PLC来控制；

3）数控机床在在初始化激活时，可以通过PLC调整其操作面板，同时也可以设置其坐标轴和主轴；

4）通过PLC的功能指令和宏参数实现数控加工、刀库上的特定功能。即PLC已经渗透到零件加工程序的编辑中去。

5 结语

随着数控技术的普及和发展，数控机床已经由传统的继电器式控制逐步的转化为自动化控制。而在现在的数控机床的自动化控制中随处可以看到PLC的身影。PLC在数控机床中的普及大大减少了数控机床中电气线路的安装和机械结构的简化。PLC梯形图中的功能指令和宏参数的使用，方便了梯形图的编写和数控加工中的功能实现。

参考文献：

[1] 祝红芳，熊军.PLC及其在数控机床中的应用[M].人民邮电出版，2007.

[2] 李俊秀.电气控制与PLC应用技术[M].化学工业出版社，2010.

[3] 王淑英.电气控制与PLC应用[M].机械工业出版社，2008.