PLC技术应用数控机床电气控制系统研究

张永永

（洛阳理工学院 河南省洛阳市 471000）

1 PLC技术的优势介绍

1.1 功能丰富

PLC 技术发展至今已经实现在各种各样生产活动中使用，这么多新功能的普及主要是得益于PLC 设备自身所具备的敏捷高效的信息处理系统与其所机身配备的高存储设备元件，有了这样的配置它可以同时处理几十条甚至上百条指令，可以对运行过程中可能出现的各种各样的逻辑问题进行有效处理，与此同时还能针对于不同种类的数据进行运算。可以这样理解：PLC 设备就跟计算机一样特可以具备普通计算机所具有的功能，甚至是计算机不具备的功能它也可以很顺畅的完成。在PLC 设备中极为重要的内部数据储存原件可以储存各种类型海量的数据。

1.2 操作简单方便

操作简单方便是PLC 设备的一大优势，它可以非常简单的做到对数控机床系统进行控制。其实现原理是建立以PLC 控制逻辑的程序，用以取代硬件设备的数据接线传输，通过程序控制的方式比传统硬件接线更为方便直接。另外跟传统的硬件设备比较PLC设备的硬件是高度集成化的，高度集成化硬件设备已集成为种种小型化的模块。同时这些模块是成套成套的出现的，通过配套的集成化模块设备，进一步实现系列化与规格化。

1.3 性能安全可靠

在工业生产中广泛应用PLC 技术来达到对数控机床高效快捷的操控，整个过程是极为安全可靠的。其主要原因是因为PLC 设备不管是在硬件还是在软件两个方面都采取了非常多的应对方案措施，从而达到设备可以安全可靠地进行生产工作。从另一个角度来看，如果PLC 设备不能够适应工业生产环境，做不到能够安全有效的从事工业生产，也就不可能被广泛应用于工业生产建设。PLC设备不仅是要具备超高的工作可靠性，也要具备极强的抗干扰能力，与PLC 设备相比微机设备虽然具备极为快速分析处理大量数据的能力，但是其有一个致命的缺陷就是其抵抗各种干扰因素的能力很弱，假设在日常工业生产过程中忽然出现强烈的电磁干扰亦或是较强的电源波动、机械振动，甚至是环境中温度和湿度发生较大的变化变化，都会对微机的系统控制工作造成不同程度的掣肘，PLC 设备不仅在硬件设备上下功夫安排抗干扰措施在软件方面也不甘下风采取相匹配的软件抗干扰措施，二者强强联合可以无惧各种具备强烈干扰因素的工业生产现场，与此同时还具备对自身故障自行诊断的功能。

1.4 经济合算

科学技术社社会发展的第一大生产推动力，因此高新科学技术的应用在给国家带来可观的经济效益的同时也会带来巨大的社会效益。PLC 技术的应用也是有着一样效应的，虽然使用PLC 前期投入要大些，但是从长期发展的角度来看PLC 设备使用的普及还是非常具有经济价值的。究其缘由主要是因为虽然使用PLC 前期的投资巨大，但由于PLC 设备体积小、所占空间小，辅助设施的投入少等原因，其在运行过程中较之以往传统设备用电量大幅度下降，再因其安全可靠的运行减少生产过程中因停止工作带来的巨大经济损失，所以，在多数情况下，它的效益是可观的。

2 PLC技术的应用

2.1 用于开关量控制

PLC 设备在关于数控机床控制方面有很强的操控能力，PLC 设备可以在同一时间同时操控大量开关量。同时可控制的出入点数最少可以达到十几点、几十点，多的甚至可以达到几百、几千，几万点，再加上PLC 设备可以连接互联网，因此理论上PLC 设备所控制的点数是不受限制的。关于控制点数的问题解决后PLC 设备还可以控制解决各种各样的逻辑问题。其可以解决的逻辑问题涵盖范围很广，包括组合逻辑问题逻辑问题、时序逻辑问题、即时逻辑问题、延时逻辑问题、不需计数逻辑问题、需要计数逻辑问题、固定顺序逻辑问题、随机工作逻辑问题等等。当前，PLC 设备在自动化控制领域，也是极为先进的操控手段，拥有者其他设备无法比拟的优秀特性。

2.2 用于模拟量控制

在工业生产过程中PLC 设备也被应用于模拟量控制，通俗来讲模拟量是指：如电流、电压、温度、压力等等这些大小是连续变化的量值。在工业生产过程中，特别是连续型工业生产过程中，要做到经常性的对电流、电压、温度、压力等等这些物理量进行控制，使其保持在一个稳定的数值上。因此在广泛的工业生产中，PLC 作为一种工业控制电子装置可以做到对这些量进行合理有效的控制。当前PLC 设备发展日趋完善，在原有水平上获得了较大的提升与发展，这样的发展虽然大大缩小了我国与发达国家的差距，现在不管是大型、中型机还是小型PLC 设备都可以做到在工业生产过程中对模拟量进行合理控制。

2.3 用于运动控制

PLC 设备在实际工业生产中的应用不仅仅涉及开关量与模拟量的控制，还具备关于运动的控制。此类控制涵盖范围不小，诸如机床部件在位置上的移动，这些运动控制与机床部件的经常是通过数字定量来进行具体地表示。数字控制技术是在PLC 控制设备中极为有效地控制办法，这项技术始于上世纪五十年代的美国，同时数字控制技术也是一项以计算机为基础的控制技术。现如今数字控制技术在世界上应用及其广泛，长期的发展也使得数字控制技日趋完善。PLC设备关于运动控制的原理是设备可以自动接收计数脉冲（脉冲频率的范围在几千到几万赫兹之间）并且可以做到同时接受多个不同路径的计数脉冲。另外，还有的PLC 设备不仅具有接收计数脉冲的功能还具备脉冲输出的技能，输出的频率也可以达到几万赫兹，PLC 设备具备了这两项能力：凭借高效的数据运算处理技术与装备上与设备相称的传感器设备，进而达到对于运动量的控制。

3 数控机床介绍

3.1 数控机床的作用

数控就是使用各类数控机床，高精度的，可以加工零件（例如，可以直接将一整块铁铣成脸盆）也可以加工模具。既可以加工模具，也可以加工零件。通俗来讲是指通过在计算机上预先编制好模具加工的每一步程序，使得设备可以按照标准化的流程自动的进行模具的机械加工。特别适合铜、铝、铁、不锈钢、塑料等精密零件加工制造，适用于仪表、钟表、汽车、摩托、自行车、眼镜、文具、五金卫浴、电子零件、接插件、电脑、手机、机电等行业成批加工零件，特别是较为复杂的零件。三轴均采用直线滚动导轨，由值伺服电机驱动，直线式排刀结构具有快速换刀的特点，数控系统功能完善，操控简易。根据零件加工需要，可选配侧面动力头，实现钻孔、铣削复合加工。配备自动送料机，可实现自动化生产。

3.2 数控机床应用意义

数控机床加工技术在现代制造业中有着非常重要的作用，作为现代制造业发展不可或缺的一环，甚至可以代表一个国家整体的机械制造水平。一个国家如果拥有高水平的数控机床制造技术那么就意味着这个国家具有高超的机械制造水平，与此同时在机械制造行业具有极为强大的竞争力。自上世纪九十年代起我国充分认识到发展数控机床技术的重要性，因此，在这二十几年的时间里我国数控机床技术奋起直追，在原有水平上获得了较大的提升与发展，这样的发展虽然大大缩小了我国与发达国家的差距但是还是不能达到世界一流水平，因此我国还是处于一个大力开展自身技术研究的同时也积极借鉴国外先进数控机床技术的发展时期。相信不久将来我国数控机床技术一定能取得可喜的发展，要知道数控机床技术的发展不仅仅是为我国制造业带来更多的经济效益同时数控机床技术也对国家安全防控有着极为重要的意义，冷战时期伟大的苏维埃社会主义共和国联盟就是在引进了日本先进的数控机床技术才造就了无声无息潜藏在深海里的深海巨兽。数控机床技术之于国家经济与国防的重要性可见一斑，正是基于此我国才应该在第十四个五年计划发展新时期重视数控机床技术，发展数控机床技术，将发挥在那的目光放在制造业，将发展的重心放在实体经济。

4 基于PLC技术支持下的数控机床电气控制系统分析

4.1 电系统应用

PLC 控制在电系统应用，那么系统设计的水平就会直接影响到整个控制系统、还有设备的运行可靠性。那么如何能够根据不同的控制要求，去设计出一个运行稳定、动作可靠、安全使用、调试方便、维护容易的电控制系统呢，这也是进行PLC 控制设计时需要考虑的问题。首先了解一下系统设计，应该遵循的几个原则PLC 控制系统的工程设计，一般可以分为系统规划、硬件设计、软件设计、系统调试、技术文件编制五个基本的步骤。如下基本的设计原则：

（1）首先要实现设备、生产机械、生产工艺的全部动作；

（2）设计是满足设备对产品的加工质量以及生产效率的要求；

（3）确保系统安全、稳定、可靠的工作；

（4）尽可能地简化控制系统的结构，降低生产成本；

（5）充分提高自动化强度，减轻劳动力；

（6）改善操作性能，方便日后检修。

在以上这几个设计原则中，最为重要的是要满足系统控制要求、确保系统安全可靠性、简化系统结构这三个方面。满足系统控制要求PLC 控制系统设计必须确保能实现对象的全部动作，满足对象的各项技术要求。所以我们设计人员在进行系统设计前，一定要深入生产现场或者通过调研被控对象的机械、气动、液压的组成和工作原理，充分了解设备或机械需要实现的动作和应具备的功能、以及各种执行元件的性能和参数等等，然后设计人员需要进行控制系统的规划，确定系统的总体方案。

4.2 数控系统应用

数控机床用PLC 可分为两类：一类为独立式PLC，PLC 是标准通用型的，其I/O 信号接口技术规范、I/O 点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床的要求，与数控装置有用I/O 点直接连接和用通信模块连接的两种连接方式；另一类是集成式PLC，是专为实现数控机床顺序控制而设计的，与数控装置融为一体的新式PLC。独立式PLC 采用的是通用PLC，是一套独立的PLC 系统，与数控装置相互独立，具有独立的软件和硬件功能，能够独立完成规定的控制任务。PLC 与数控装置通常有两种连接方式。一种连接方式是直接用数控装置的I/O 连接PLC 的I/O，早期的数控装置很多都采用这种方式。例如，海德汉TNCl55 采用的就是这种方式；PLC 采用SIEMENS 公司通用型$5115U 可编程控制器；美国TEACHABLEllI 数控装置连接的是GE．FANUC 公司的90．30 系列PLC；集成式PLC 从属于CNC 装置，PLC 与NC 之间的信号是在数控装置内部传送的。PLC 与机床侧(MT)的连接是通过PLC 的I/O 接口实现的。

5 结束语

在十四五我国经济发展新时期，我国对未来制造业发展做出发展布局，作为制造大国我国数控机床的生产与应用都需要更高层次的改革创新。目前我国现有的数控机床技术发展水平尚未达到世界一流水平。长期以来我国都是由于未具备高水平的数控机床技术，制约着我国制造业水平更进一步的发展。相信未来我国数控机床技术会迈入全新的发展阶段，中国制造业也会取得跨越式的发展成果。