浅析PLC 在数控系统中的应用

韩承志

（重庆齿轮箱有限责任公司，重庆 402260）

PLC 系统在数控生产项目的实际应用中体现出的应用优势非常明显，如可靠性高、结构模块化、编程简单、接口丰富、维护简单等，因此PLC 系统也在很多数控生产项目中有着非常广泛的应用，接下来笔者将围绕PLC 系统的实践应用这一主题从系统概述、工作原理、应用优势、应用流程等方面内容对其展开详细地阐述，希望这些浅薄的意见和建议可以对相关技术人员提供一些有价值性的参考意见。

1 PLC 系统概述

每个PLC 系统主要由中央处理器CPU 模块、存储器、电源模块、输入输出I/O 模块、通信接口、扩展接口、编程器等组成，是一种可进行编程的逻辑控制系统。其主要用于帮助工作人员对工业生产设计进行内部程序储存，发布逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算数操作等复杂指令，从而大幅度提高工业生产作业的整体质量水平，因此PLC 在数控系统中的应用也成为了工业自动控制中非常关键的一部分内容。

2 PLC 系统工作原理

在介绍PLC 系统工作原理之前，先分析下PLC 系统的程序结构。

PLC 系统的中央处理器CPU 中有两类程序：一类是操作系统，它由PLC 厂家设计并在出厂前固化在CPU 模块中。另一类是用户程序，它是由最终用户的编程人员根据实际应用需求设计完成的具有特定功能的程序。

了解了PLC 系统程序结构后PLC 系统的工作原理就可以简单地表述为：在操作系统的管理下，通过运行操作系统中的应用程序，对控制要求进行处理判断，并通过执行用户程序来实现控制任务。PLC 系统能严格按照控制要求中的特定顺序或逻辑来完成全部的程序执行作业，所以该系统在数控生产作业中一直发挥着非常关键性的作用效果，因此，也受到了很多数控生产企业技术人员的广泛认可和推广。

3 实践应用分析

3.1 应用优势

（1）可靠性高。PLC 系统在实际数控应用中具有良好的工作性能，同时还可以在运行过程中进行自我诊断，避免因局部故障而导致整个数控系统的运行受到影响，可以自动对数控设备中的运行情况进行实时的控制，在抗辐射和抗干扰等方面也有着明显的优势。

（2）结构模块化。从客观的角度来说，市场上很多小规模的PLC 系统已经逐渐出现了淘汰的趋势，而PLC 系统也逐渐向结构模块化方向进行发展。例如：西门子STEP-7 300/400 系列PLC。该系列PLC 系统提供了丰富的模块类型，有CPU 模块、I/O 模块、通讯模块、接口模块、扩展模块等，工作人员可以根据工业生产的实际情况以及具体要求对不同的模块结构进行硬件组态，从而使得PLC 系统在数控生产中发挥出更大的作用效果，更能通过通讯模块使数控系统能控制多个独立的PLC 系统，组成大型工业自动化网络完成全集成自动化管理。

（3）编程简单。工作人员在使用PLC 系统进行编程操作时，不需要具备特别专业的计算机水平也能在较短的时间内熟练地掌握整个系统的操作要点，有利于PLC 系统的进一步推广和完善。

（4）接口丰富。一般情况下，工作人员使用I/O 模块作为PLC 系统的主要接口模块，该类接口针对具有不同电压电流特性的脉冲信号会使用相应的装置和构件来完成相应的信息传递，其中包括开关装置、传感器、电磁线圈、控制阀等等，工作人员可以合理地使用这些模块来组态有效地扩大PLC 系统在数控生产作业中的运行性能。

（5）维护简单。任何系统和设备在长期运行的过程中都不可避免地会出现一些故障问题，因此，工作人员应当在使用该系统的过程中定期对其采取相应的维护措施，确保其在工业生产环节中能够长期稳定运行，减少PLC 系统出现故障问题的概率。

3.2 应用流程

（1）采样输入。PLC 系统在数控生产的实际应用中CPU在每个扫描周期需要先对任务的基本数据信息进行输入状态检查并生成过程映像输入表，然后再将输入扫描结果储存于该表内，当PLC 系统所扫描的外界信号发生变化时，系统内部过程映像输入表所储存的信息也会相应发生改变，而工作人员可以通过PLC 系统内部过程映像输入表储存信息的变化来对外界输入信号是否出现变化来进行准确的判断，为后续其他数控设备的运行维护提供理论依据。

（2）程序执行。该环节主要是以阶梯式为主，PLC 系统通常会严格按照从左至右、由上至下的顺序来完成相应程序的执行作业，先将PLC 系统内部过程映像输入表数据信息进行有效地读取，然后再以用户程序设计的逻辑运算关系由该系统CPU 快速计算出其相对应的操作结果写入过程映像输出表，从而完成整个程序执行的基本任务。

（3）输出更新。当PLC 系统将用户程序执行结果存入过程映像输出表，过程映像输出表会将存储运算结果写入输出模块完成输出更新。输出模块与其他驱动系统进行外部连接，从而更好地将输出的数据信息进行实时地更新，为整个数控系统的稳定运行奠定坚实的基础。

3.3 实践应用

（1）故障诊断。PLC 系统在数控生产作业的应用过程中，可以充分地发挥出其自身强大的自动修复功能特性，当数控设备在工业生产作业的实际运行过程中出现突发性的故障问题时，PLC 系统将会在第一时间内发出警报来提醒相关工作人员，与此同时，PLC 系统还可以根据数控设备在应用过程中所产生的数据信息对其进行故障的明确和排查，快速找出故障发生的具体位置和原因，自动将数控设备在故障状态下的运行数据与数控设备在正常状态下的运行数据进行对比分析，从而得出具有较高参考价值的诊断报告作为参考来辅助工作人员更加准确、高效地完成相应的故障处理工作，确保数控设备能够尽可能快地恢复其正常运行的状态。

（2）PLC 在数控系统中的M、S、H、T、D、F 等指令功能。该功能特性主要是指PLC 在机床系统中开始工作后，经特殊的数据变量衔接处理来完成对各种操作指令的有效控制。操作指令对于不同的数控机床设备有不同的信号接口表（信号接口表编程者只能用不可修改）。当数控系统接收到相应的指令信号时，数控系统根据指令信号接口表生成变量或数据位并传入PLC 系统，PLC 系统根据变量或数据位对输出模块相应位进行赋值运算就能完成相应的指令操作。下面笔者以西门子PLC 在840D 数控系统中如何完成M 指令功能做一个简单介绍。

例如：加工程序给出M03（主轴正转），数控系统将M03 指令变换成数据位DB21DBX194.3（M 指令对应数据位可以从西门子840D 系统手册中Interface M Commands 表中查找），那么PLC 用户程序就可以用该数据位去控制主轴正转输出位输出（假设为：Q0.5），再由Q0.5 输出信号触发外部主轴驱动单元的正转指令，主轴驱动单元就带动主轴电机正转，这样PLC 就在数控系统中完成了M03 加工指令。西门子PLC 程序简单设计如下：

A DB21DBX194.3（M03 主轴正转接口信号数据位）

S Q0.5 （主轴正转信号输出）

A DB21DBX194.5（M05 主轴停止接口信号数据位）

R Q0.5 （主轴正转信号输出复位）

S Q0.6 （假设A0.6 为主轴停止信号输出，触发主轴驱动单元停止指令。）

同样的原理PLC 在数控系统应用中能完成所有的加工指令功能，并且可以根据用户要求完成自定义指令功能。

4 结语

虽然就目前而言，国内的PLC 系统还处于发展的初期阶段，其在实际应用中也经常会出现一些缺陷问题，但是该系统已然成为未来几年工业生产领域中的重要趋势，对此相应系统研究人员也一直在对PLC 系统进行不断地优化，希望该系统在不久的将来能够得到大幅度的技术突破，为国内数控系统的长远发展添加助力，这也是每位参与数控生产工作人员美好的希冀。