基于PLC 的数控机床自动控制系统研究

2022-03-24文晓宇

机械管理开发 2022年1期

文晓宇

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司设备修造厂，山西介休 032000）

引言

PLC 是一种可编程控制器，该类型控制器可实现模拟量及开关量等自动化控制，同时可结合计算机技术、自动化控制技术等大幅提升整个系统工作效率[1-3]。数控机床是现阶段生产加工制造企业常用设备，提高数控机床自动化水平有助于提升企业生产效率。在数控机床控制中，通过使用PLC 控制技术可大幅提升劳动效率及生产效率。本文基于PLC对数控机床自动化控制系统进行研究，以期能在一定程度上提升PLC 技术在数控机床上的应用。

1 PLC 数控系统结构

1.1 PLC 结构

PLC 具有抗干扰能力强、系统编程稳定性好、程序语言识别速度快等优点，同时PLC 数控系统对各设备均有较强的适应性[4]。PLC 数控系统结构主要由用户使用环境、硬件等组成，具体结构如图1 所示。PLC 硬件由外部接口、内部接口等组成，外部接口主要用以与其他机电设备进行通信；内部接口把控运算及控制器、CPU、用户输入及输出单元等，上述结构单元均在控制程序控制下运行。

图1 PLC 结构

1.2 数控系统结构

数据系统是通过获取到的数字信号指令对数控机床进行控制，系统结构包括程序介质、数控装置、机床主体及伺服系统等，具体结构如图2 所示[5-6]。

图2 数控机床系统结构

数控系统包括数控装置及伺服系统，数控机床中的主控装置由多个CNC 装置构成，根据输入端制定，对需要控制的零部件进行数值编码；伺服系统是PLC 系统中的核心组件之一，用以对机床主轴及进给伺服控制。机床主体用以加工制作，结构由机体、刀架、主轴向等构成。在数控机床使用过程中，操作人员可能会出现误操作问题，从而导致机床运行出现故障，为确保数控机床使用安全，会在机床上增加安装导程或者紧急按钮等装置。

2 PLC 自动控制系统设计

2.1 系统功能

PLC 自动控制系统相对于传统的控制技术具有更为先进的功能，具体功能如下：

1）PLC 具备有逻辑运算功能，可综合实现配电装置、数据控制功能间转换。

2）PLC 有专用的用户程序存储器，系统逻辑控制更为灵活、可应对复杂的控制需要，同时控制程序使用梯形图逻辑关系，结构简单。

3）PLC 控制器可与外部多种机电设备进行数据交互，可便捷地实现控制程序编辑、显示等功能。

4）PLC 控制器体积小、抗干扰能力强，可避免传统继电器磨损严重、接触不良等故障。

将PLC 自动控制技术应用到机床控制中，机床功能更为丰富、结构更紧凑，可满足自动化程度要求较高的设备加工及生产制造系统需要。

2.2 控制系统结构组成

PLC 自动控制系统结构为典型的计算机结构，组成包括读写存储器、输入及输出接口电路、CPU等，具体控制系统结构如图3 所示。

图3 控制系统结构

输入部分通过输入端子分别与液位报警开关、按钮开关、压力扫描开关等连接，用以收集系统数据，并使用重复扫描方式执行用户程序；控制部分按照控制程序反复执行，并将程序执行结果写入寄存器内；输出部分输出端子分别与三色报警、接触器及驱动器等连接，用以控制被控制部分动作。根据设计的输出磨损，完成机床操作控制并实现外部负载。

2.3 PLC 控制结构模块化

根据PLC 控制系统功能需要，将功能模块划分为基本控制模块、公共信号功能模块、主轴模块、刀架模块及报警模块等。基本控制模块用以控制程序启动、停止控制及控制系统紧急处理等；公共信号功能模块用以处理NC、PLC 等信号；刀架模块用以对刀架选择、刀架定位等功能进行控制；主轴模块用以对主轴定位、主轴正转及反转等进行控制，并依据PLC 编程程序对设定参数进行修改；报警模块用以检测人为误操作、机床故障等，当发现存在异常后即开始报警，并反馈故障信息。上述功能模块实现时基于主程序、若干控制子程序等配合实现，具体控制系统主要控制子程序见表1。