基于PLC技术的数控机床控制系统研究

2020-12-07杨新辉

魅力中国 2020年1期

杨新辉

（郑州市技师学院，河南郑州 450006）

PLC可编程序控制器，是一种以数字为主的计算程序，在工业生产中发挥功能的体统。它以使用可以编辑程序的存储设备为主，实施控制逻辑通过模拟或数字的输入和输出，控制各种机械运动的运行过程，以此为用户提供操作说明并加以指导。PLC自动控制是工业生产的核心。目前，PLC应用的优势很多，特别是在数控机床的硬件成本和加工周期等方面极为显著。

一、PLC在数控机床中的的原理

（一）采样输入。PLC扫描信号与其固有的PLC外部输入端口，将扫描结果存储在输入图像寄存器中。当外界输入信号出现变化时，输入图像寄存器的信息也由此有所改变，既而可以判断外界输入信号的变化。

（二）程序执行。执行程序为阶梯式从上到下运行，从左到右往返的执行途径，在输入图像寄存器中进行数据读取，采用逻辑操作实施有逻辑的运算过程，在图像寄存器中输出操作结果。

（三）输出更新。在扫描完成后的梯形图中，输出图像寄存器数据会以特定的PLC输出方式输出到PLC端口上，输出端口控制PLC上电还是不上电，它驱动外部连接与PLC输出端口的负载。

二、PLC在数控机床的特点

（一）I/O接口模块丰富。PLC可以使用I/O模块来适应工业现场不同的信号处理。对于属性不同的电流特性，电流脉冲信号的强度各有不同，有相应的装置和器件，如：电磁线圈、开关、控制阀和传感器。它通过人机对话模块的使用，极大提高了运行性能。

（二）模块化结构。为了成功的达到工业控制的标准要求，小型的PLC单元将被淘汰，模块化模式已受到了广泛的应用并逐渐的被人所熟悉。PLC模块化设计的各个组成部分，包括CPU、I/O等，每个模块通过机架相互连接，根据不同的需求，可实现系统的组合和功能的选择。

（三）编程方便易懂。PLC编程操作简单，该程序不需要计算机的专业知识，普通的工程技术人员都拥有很强的专业技能，会很快掌握PLC的编程及理念，并熟练操作它。

（四）维修操作简单。PLC可以直接在工业环境下运行，打破了束缚。专用机房I/O端与现场机器相连，可进行操作，提高了操作的方便性。各模块都有对应的操作和故障装置的安装说明，操作条件清晰可见，很容易找到故障。

三、PLC的信息交换

PLC数据传输由以下三部分来完成，（1）PLC、（2）CNC（数控系统）、（3）MT（机床），三者之间通过适当的接口进行数据连接和传输。其接口包括以下4个组成成分，（1）是机床至PLC的接口、（2）PLC至机床的接口、（3）CNC至PLC的接口、（4）PLC至CNC的接口。

（一）机床至PLC：机床的相关定义信号通过连接的I/O端子板输入到PLC，这部分程序，大多数可以由程序设计者依照自己的需求进行自定义使用，但也有少部分程序已由厂家定义，不能更改。

（二）PLC至机床：在这一过程中，使用者或者程序编程者可以根据自己的需要进行定义信号的含义，以此控制开关量所有输出信号。PLC控制机床的信号通过PLC的输出接口传送信号到机床。

（三）CNC至PLC：这部分信息传送可以通过CNC直接发送到PLC寄存器中。这部分信号和地址均已由生产方确定，不可以进行自由改动和增删。M、S、T指令是指在加工程序中的三个控制指令。这三个指令通过有序的逻辑处理后，形成译码，完成指令的传输。译码之后送入PLC相应的寄存器中，从而使机床正常运转并加工零件。

（四）PLC至CNC：PLC内部设置有信号寄存器。当开关量信号输出指令信号时，该寄存器便能接收到，最终全部信号经PLC整合，发送到CNC中。同样需要说明的是这部分信号地址与含义已固定，由生产方确定，不可以改动和增删。

四、PLC在数控机床中的工作流程

（一）输入处理：PLC将外部接收到的指令或数据有序的读取，整合后将信号输入到电路的I/O。信号存储在I/O映象区中相应的位置，完成信号（数据）接收的前期工作。

（二）程序执行：在此阶段中，用户可以通过之前编排的若干条具体数据指令控制PLC。PLC按照固有的信号读取程序，从头到尾依次读取。在PLC没有开始下达跳转的指令时，指令完全在存储器中将会按照一定的顺序排成，从第一条开始，按照顺序执行已有的数据程序，直到用户程序结束。然后根据逻辑运算的结果，进入到下一个数据的输出处理阶段。

（三）输出处理：在数据完成输入和执行过程后，PLC将进入进入输出刷新阶段。