PLC应用技术引入中职学校数控机床可行性分析

赖望春　黄广和

摘要：中等职业学校是以服务当地经济发展为办学宗旨，为当地企业输送合格的技能型人才，因此校企合作成了中等职业学校发展的必经之路。为了满足企业的用人要求，学校必须了解行业标准与企业规范，对专业课程进行教学改革。PLC作为机电一体化的一种重要的控制器，在不同领域中应用广泛，为了适应社会需求，中职学校的多个专业都开设了PLC应用技术课程。本文是结合企业与学生的实际情况对中职学校PLC项目教学进行了一些探讨。中国

关键词：PLC应用技术；中职学校；数控机床

一、数控机床使用PLC应用技术简介

PLC最早产生于美国（1969），由美国数字设备公司致力于继电接触器控制和计算机控制的基础之上研制而来。PLC自推广以来，在较短的时间内得到诸多国家的认可。上世纪七十年代，我国正式开始研究PLC，经过多年的研究，截止现阶段，我国已将PLC引入多个领域，并在其领域中取得不菲的成效。

助动作的控制。现代数控机床采用PLC代替继电器控制来完成逻辑控制，是数控机床结构更紧凑，功能更丰富，相应速度和可靠性大大提高。

二、数控机床使用PLC应用技术类型介绍

2.1数控机床使用的PLC可分两类。一类是专门实现数控机床顺序控制而制造的专用型PLC，它包含在CNC中。

PLC与CNC装置之间的信号传送在内部即可实现，PLC与机床侧通过CNC输入/输出电话实现信号传送。另一类是通用型的PLC，它不是专门为哪一中机器设计的，可广泛使用在各种型号中。它具有完备的硬件和软件，独立完成CNC系统所要求的控制任务。

2.2PLC的作用

PLC的作用包括接收CNC发送过来的M、S、T信息、手动/启动方式信息、各种使能信息等，向CNC发送M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。具体来说，有以下作用：①向机床发送控制信息，主要是控制机床的执行元件，如继电器等；②接收来自机床的信息，主要是机床操作面板输入信息和其上各种开关、按钮等信息，如机床启动、停止、主轴正转/反转/停止、主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等。

2.3PLC的指令系统

PLC中的用户程序是由用户根据PLC提供的编程指令进行编制的。目前国际上生产PLC的各家公司都配有自己的编程语言，它们各自独立，互补相容。常用的编程语言主要有梯形图语言、指令语言、系统流程图三种。

2.4PLC的工作过程

在介绍数控机床中PLC设计之前，需要先解释一下PLC的工作过程。PLC的工作过程即是CPU对用户程序循环扫描并顺序执行的过程。对用户程序的执行主要按三个阶段进行。

（1）输入采样：以扫描方式顺序读入所有输入信号的状态，并将此状态存入输入映象寄存器中。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，输入映象寄存器中的内容不会随着时间信号变化而变化。

（2）程序执行阶段：程序执行按从上到下，从左到右的顺序对每条指令进行扫描，并从输入映象寄存器中和输出映象寄存器中读取有关数据，然后进行相应的计算，然后将运算结果保存起来。

（3）输出刷新：这是指在所有指令都已经执行完毕后，输出映象寄存器中所有输出继电器的状态，驱动外部负载。

2.5PLC与数控系统及数控机床间的信息交换

相对于PLC，机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换，对于PLC的功能发挥，是非常重要的。PLC与外部的信息交换，通常有四个部分：

（1）机床侧至PLC：机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改。

（2）PLC至机床：PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。

（3）NC至PLC：CNC至PLC：CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信号含义和地址（开关量地址或寄存器地址）均由CNC廠家确定，PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T功能，通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中。

（4）PLC至CNC：PLC送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。

2.6 PLC程序设计

一般，数控设备所输入或输出的点数大多在128点以下，少数复杂设备在128点以上，故以采用小型的PLC为主。而大型数控机床、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）则需要采用中型或大型PLC。从存储容量看，一般中、小型车床选用PLC的容量为1000～1500步，中小型加工中心选用的容量为1500～2000步。这里以内装型PLC的设计为例，介绍整个设计方法和过程。

2.7确定PLC型号及其硬件配置

在确定PLC型号时，需要对如下的三点进行正确的预测或估算：①对输入/输出点数进行估算，输入点事于机床被控对象有关的操作按钮、开关、继电器和接触器触电等连接的输入信号接口，以及由机床直接连到NC的输入信号接口，输出点包括向机床的继电器、指示灯灯输出信号的接口；②确定用户存储容量，程序规模随机床的复杂程度变化，设计者要根据具体任务对程序规模作出估算，并据此确定合理的存储容量；③考虑所选PLC的处理时间、指令功能、定时器、计数器、内部继电器的技术规格、数量等指标也应对能否满足功能要求作出估计。

2.8制作信号接口技术文件

需要绘制的图表包括输入输出信号电路原理图、地址表和PLC数据表。其中输入输出信号电路原理图应按“电气制图国家标注GB6988.1～6988.7-86”绘制，图中内容主要有输入信号有关的器件名称位置、输出信号执行元件名称位置、输入和输出信号插座和插脚编号或连接端子编号、输入输出信号的接线和工作电源。

结语：

为了培养符合企业要求的技能型人才，PLC应用技术项目教学法无疑是中职学校教学改革的出路，但是要使PLC应用技术项目教学达到良好的教学效果，专业教师需要增加实践经验，结合学生实际情况，合理设计教学项目。

参考文献：

[1]蔡红斌.电气与PLC控制技术.北京：清华大学出版社.2010.12

[2]袁振国.教育新理念.北京：教育科学出版社.2012.1