基于PLC 技术的数控车床控制系统应用

何松柏

（荆楚理工学院 湖北省 荆门市 448000）

0 前言

当前数控系统主要是以交流伺服电机和系统内的逻辑控制软件为核心，是一个综合了光学、电子、机械的结合体，逻辑控制软件主要是控制机床的各轴运动，伺服电机主要是驱动这些轴的，大部分数控系统都能同时控制多轴。

在当前电子技术快速发展的背景下，PLC 所具备的优点主要有体积小、重量较轻、能耗低、安全系数较高，使得在数控车床控制系统中可以最大程度优化数控车床的功能。基于PLC 数控车床控制系统主要采用程序顺序控制，这就使得操作面板容易操作，方便了操作车床和维修的人员。

1 PLC 技术在数控车床控制系统中的应用需求

1.1 操作需求

我们知道，数控车床的控制目标是按照顺序控制功能进行的，主要包括：①主轴启动、正反转和停止控制；②刀具的换刀动作；③冷却液开与关；④主轴工件夹紧与松开；⑤润滑油的启动和停止。这些都是需要设计好数控车床的操作面板按钮作为前提控制条件的。数控车床主要需要设定一定的安全运动范围，还需要设计数控车床行程的开关安装范围以及信号控制的前提条件。再有就是需要设定主轴旋转速度的大小，这需要旋转编码器来进行测量，通过负反馈形式来精准控制主轴的转速。以上这些数控车床的操作需求都是可以通过PLC 技术来启动数控车床电气自动化控制的，例如开关量的控制、脉冲量的控制、模拟量的控制、运动的控制，以及数据采集和信号的控制等。另外，PLC 技术在操作时比较简单方便，具有可靠的安全性能，同时PLC 技术还可以大大提升机床操作的效率，从而保证顺利完成零件加工的目标，满足数控车床操作需求的各项功能。

1.2 维修需求

数控车床在运行过程中也会出现各种故障问题，影响了正常的生产，也给日常的维护带来很多麻烦。PLC 技术在解决机床维修上具有一定的技术水平，可以通过监控处理，当发现机床出现故障后可以根据报警信息进行提示，而且PLC 功能强大，可以迅速定位发生故障的点，进行大量的维修工作，使车床恢复正常，从而满足数控车床的维修需求。

1.3 安全需求

数控车床PLC 技术具备急停开关控制技术，当数控车床发生错误或者危险时，就可以采用一键急停，从而停止机床的运行，这样就可以保证人员避免受到伤害以及零件的损坏。另外PLC 技术还在X 和Z 轴的行程中设置了开关控制技术，这样就可以将刀具的运动范围控制在合理范围，避免发生由于机床桩基而出现的机床损伤。当然安全问题还需要员工认真负责的态度，认真细致的检查工作可以将安全事故率降到最低，从而保证企业机床、零部件和人员的安全需求。

1.4 企业管理需求

PLC 技术在企业管理方面也进行了考虑，一方面设置了故障记录的时间和类型，企业生产管理人员可以凭借此推测出机床发生故障的原因，检查出是人为故意破坏，还是操作不当造成的，针对出现的问题作出相应的解决办法。当然，如果企业维修管理人员如果能够较早发现问题，就可以及时进行协作排查，这也是监督员工工作效率，便于恢复生产和企业管理的有效办法，企业在获得经济效益的同时，也提高了数控机床管理水平。

2 PLC 技术应用于数控车床控制系统的应用

2.1 PLC 的信息传输

数控车床系统中的机床信号和PLC 信号的输出和出入都是有I/O板的接收电路和驱动电路进行传送。其中CNC 信号、PLC 信号和机床信号这三者相互间进行信号传输，但是始终是以PLC 为中心。主要分为这四个部分：①机床传至PLC；②PLC 传至机床；③CNC 传至PLC；④PLC传至CNC。

2.2 PLC 的故障信息报警应用

PLC 技术还控制着数控车床的故障报警系统，这主要是因为PLC 技术在数控车床控制系统中将机床和CNC 进行连接，一旦PLC 接收到CNC 的控制信息时，PLC 技术内部的梯形图的顺序逻辑就会进行计算，然后给机床侧发送控制指令，这样电磁阀、继电器和指示灯就会进入工作状态，并将工作状态的信号传递会CNC，CNC 又可以将信息传送回PLC。当然，如果电磁阀、继电器和指示灯的开关信号没有及时反映，这就会导致PLC 技术出现报警情况，数控车床就不能进行正常的运转。一般情况下，PLC 技术主要通过这三种方法进行故障诊断和维修：①动态梯形图信号跟踪方法；②机床厂家报警信息故障诊断法；③系统报警诊断的故障诊断法。PLC 显示信号状态的模式是它的地址内容会以（0 或1）、10 进制和16 进制数字来显示。例如，当数控车床需要进行调试和维修时，如果采用PLC 动态梯形图信号跟踪法的话，功能键就会调出一定顺序的控制梯形图的辅助菜单，PLC 技术会根据程序进行监控，一是监控对应触点，一是监控线圈输入和输出信号的状态变化，并且分析、判断动作的过程，确定被控元件的工作状态是否正常，机床是否出现了故障，从而也就为维修争取了更过的机会。

3 数控车床电气化自动控制改造的实现

3.1 系统改造结构设计

关于数控车床电气化自动化改造的整体结构图，我们可以分为以下几个部分：底层设备、本地PLC 和远程控制终端。

3.1.1 底层设备

底层设备主要是指，一是实现数控车床自动切削加工运转等一些基本功能的电气和机电设备，例如电源模块或者是电机模块等。这些电气和机电设备的作用是保证数控车床的基本功能能够实现稳定可靠的运行。另外，底层设备另一方面是指各类传感器，有监测电机转速和温度的速度传感器，还有监测轴运动进给量的光栅尺，数控车床正式通过这些传感类的数据采集设备掌握了基础的数据源。

3.1.2 本地PLC 站

本地PLC 站的工作主要是接收底层传感设备传送过来的传感参数、状态参数和检测参数，它可以经过内部程序运算来判断数控车床是否处于正常状态，然后将其中比较重要的参数上传，经过远程控制终端以数据图形化的方式来显示、存储并输出打印。另外，本地PLC 站还可以接收远程控制终端下达的指控，如停机或者启动等。本地PLC 站就可以根据相应的执行器实现自动化控制。

3.2 PLC 电气控制系统的设计实现

本次研究主要是以普通数控机床为例，探讨了电气化和自动化的改造，需要14 个系统输入和9 个系统的输出。根据数控机床的要求，我们分析了各模块的控制功能，在选取适合的接触器、继电器、开关和辅助触点电气控制元件的基础上，实现了运用PLC 技术控制电气设备。

4 结束语

数控车床电气控制系统应用PLC 控制技术相对已经成熟，因其操作简便，容易排查故障，具有较强的抗干扰能力，并且安全系数相对较高，稳定性能好，这就使得PLC 技术得到了广泛的应用。目前我们要在提高数控车床控制精度和自动化水平上多下功夫，不断提高零件的加工精度，发展柔性化生产水平，真正满足在制造领域提高产品质量的需求。