【摘 要】可編程控制器（PLC）是一種目前應(yīng)用范圍極其廣泛的空也控制計(jì)算機(jī)，由于專門針對(duì)工業(yè)環(huán)境而開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，因此它具有極佳的運(yùn)行可靠性和抗干擾能力，并且整體體積較小，是目前為止實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的最佳控制裝置，非常適合應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)設(shè)備之上。本文在參閱眾多相關(guān)資料文獻(xiàn)、總結(jié)深入實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)可編程控制器（PLC）在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中運(yùn)用的情況提供了相關(guān)見(jiàn)解。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器（PLC）；數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)；實(shí)際應(yīng)用

前言

目前，可編程控制器（PLC）應(yīng)該廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的前期設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制、生產(chǎn)控制中，提高了數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化控制水平和加工精度。在本文中，筆者對(duì)可編程控制器（PLC）在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中運(yùn)用的情況提供了相關(guān)見(jiàn)解。

1 PLC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的運(yùn)用難點(diǎn)

一般而言，數(shù)控機(jī)床主要由主體機(jī)床、輸入/輸出設(shè)備、檢測(cè)反饋設(shè)備、伺服系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）、觸摸屏等六個(gè)部分構(gòu)成。

數(shù)控機(jī)床的每一個(gè)構(gòu)成部分均有不同的分工和職責(zé)，所以可編程控制器（PLC）的應(yīng)用也存在不同的困難：（1）主體機(jī)床主要包括機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，因此在進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該綜合考慮機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備兩個(gè)方面，而后才能夠確定數(shù)控機(jī)床的各種功能。不論是數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，還是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械要求均非常復(fù)雜，為了能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短，機(jī)電設(shè)計(jì)雙方必須要進(jìn)行及時(shí)有效地溝通。（2）輸入/輸出設(shè)備主要負(fù)責(zé)把各種加工信息傳輸給計(jì)算機(jī)以及將計(jì)算機(jī)的操作指令回傳給操作系統(tǒng)，因此，輸入/輸出設(shè)備要求具有可靠穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的信息傳輸能力，將信息延遲降到最低。（3）檢測(cè)反饋設(shè)備主要負(fù)責(zé)檢測(cè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否安全是否穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)故障元件自動(dòng)檢測(cè)、系統(tǒng)行程保護(hù)等功能非常重要，同樣也具有一定難度。不建議使用開(kāi)環(huán)控制方式，開(kāi)環(huán)控制沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，精確度不高，使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是充分發(fā)揮了反饋的重要作用，排除了難以預(yù)料或不確定的因素，使校正行動(dòng)更準(zhǔn)確，更有力，如通過(guò)編碼器或者光柵尺反饋達(dá)到伺服的精確定位。（4）伺服系統(tǒng)的選件、裝備、編程、操作等必須要具有一定的合理性，同時(shí)保證機(jī)床加工具有很高的穩(wěn)定性和精度。實(shí)際操作中的加工速度和加工精度需要進(jìn)行很好地權(quán)衡。另外，一旦現(xiàn)場(chǎng)條件出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，伺服系統(tǒng)當(dāng)中的各種操作參數(shù)也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)地修改，但是這些修改必須要滿足操作連續(xù)性的要求，并且允許在線進(jìn)行修改。（5）除此之外，應(yīng)該將壓敏電阻安裝在電源輸入端從而有效防止防止可編程控制器（PLC）因?yàn)殡妷哼^(guò)高等原因而損壞；變壓器等發(fā)熱元件不能夠安裝可編程控制器（PLC）的下方，并且伺服驅(qū)動(dòng)器也要與可編程控制器（PLC）保持一定距離，避免因?yàn)檫^(guò)熱造成可編程控制器（PLC）燒毀。

2 基于PLC的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)方案

2.1 粗定位階段和精定位階段的科學(xué)劃分

將定位過(guò)程科學(xué)劃分為粗定位階段和精定位階段，能夠在保障地位精度的同時(shí)有效提高定位速度。具體內(nèi)容是，脈沖控制步進(jìn)電機(jī)采用頻率相同但是脈沖當(dāng)量不同的脈沖對(duì)其進(jìn)行控制。（1）粗定位階段主要是指，在點(diǎn)位過(guò)程（處于該過(guò)程時(shí)刀具不進(jìn)行切削作業(yè)）當(dāng)中采用大脈沖當(dāng)量，例如，0.1mm/步、1.0mm/步、1.5mm/步等等。（2）精定位階段主要是指，完成粗定位階段之后，應(yīng)該采用小脈沖當(dāng)量來(lái)使工作臺(tái)或者刀具慢慢代加工零件進(jìn)而確保定位精度，例如，0.01mm步。從分工角度來(lái)看，粗定位階段負(fù)責(zé)提升定位速度，精定位階段負(fù)責(zé)保證定位精度，并且由于精定位階段僅僅占全部定位行程的1%-2%左右，基本上不影響定位速度。在機(jī)械設(shè)備方面可以采用兩套變速裝置，粗定位階段由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，精定位階段則進(jìn)行降速驅(qū)動(dòng)，由電磁離合器控制兩套變速裝置的切換。

2.2 利用BCD碼撥盤數(shù)據(jù)輸人應(yīng)用功能指令

在可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)當(dāng)中安裝BCD碼撥盤之后，則可以省略數(shù)碼輸人顯示電路。此舉不僅讓硬件電路得到了簡(jiǎn)化和優(yōu)化，更加降低了可編程控制器（PLC）輸入點(diǎn)的使用數(shù)量，此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)各種操作執(zhí)行的存儲(chǔ)與傳輸，提高了操作的方便性。如果配合簡(jiǎn)單的硬件譯碼電路，就可顯示有關(guān)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。為避免在系統(tǒng)運(yùn)行中撥動(dòng)撥盤可能給系統(tǒng)造成的波動(dòng)，最好設(shè)置一輸人鍵，當(dāng)確認(rèn)各片撥盤都撥到位后再按該鍵，這時(shí)數(shù)據(jù)才被PLC讀人并處理。

2.3 觸摸屏全指令顯示

采用觸摸屏對(duì)指令、故障信息等內(nèi)容進(jìn)行直觀顯示，工作人員通常顯示的故障代碼可以找到問(wèn)題根源；另外，在觸摸屏上進(jìn)行各種手動(dòng)操作更加簡(jiǎn)單容易。

2.4 PLC外部元件故障的自動(dòng)檢測(cè)

由于PLC具有極高的可靠性，因此PLC控制系統(tǒng)中絕大部分的故障不是來(lái)自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常見(jiàn)的按鈕或行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的熔焊及氧化就分別對(duì)應(yīng)著短路故障及開(kāi)路故障。系統(tǒng)一旦自動(dòng)檢測(cè)到元件故障，應(yīng)不僅具有聲光報(bào)警功能，而且能立即顯示故障代碼，以便用戶據(jù)此迅速判斷出故障原因。

2.5 檢查反饋功能

數(shù)控機(jī)床各軸均設(shè)二端極限傳感器和原點(diǎn)傳感器，冷卻和潤(rùn)滑也都有異常檢測(cè)，在報(bào)警燈和人機(jī)界面處顯示報(bào)警信息，由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)難，但是可以獲得比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。

2.6 可編程控制器（PLC）梯形圖編程方法

應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床當(dāng)中的可編程控制器（PLC）具有良好檢測(cè)功能與顯示功能，其中，可編程控制器（PLC）梯形圖能夠顯示數(shù)控機(jī)床的各種參數(shù)信息，例如機(jī)床參數(shù)、機(jī)床工作狀態(tài)、刀具管理數(shù)據(jù)、坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)等，具有十分廣泛的用途。通過(guò)可編程控制器（PLC）梯形圖，我們能夠非常直觀地觀察機(jī)床的定時(shí)器、內(nèi)部繼電器以及各種接口的狀態(tài)信息。同時(shí)，我們可以利用可編程控制器（PLC）梯形圖所反映出來(lái)的控制邏輯，對(duì)數(shù)控機(jī)床外圍設(shè)備的故障原因進(jìn)行跟蹤。具體而言就是，可編程控制器（PLC）梯形圖本身具有動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能，能夠?qū)ο嚓P(guān)設(shè)備運(yùn)行信號(hào)是否正確進(jìn)行觀察，出現(xiàn)出現(xiàn)信號(hào)錯(cuò)誤，則能夠利用梯形圖對(duì)其進(jìn)行向前或者向后的翻查與跟蹤，確定導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處于錯(cuò)誤狀態(tài)的因素，我們予以及時(shí)地糾正。

為了更加生動(dòng)地闡述可編程控制器（PLC）梯形圖編程方法，下面將Fanuc Oi系列數(shù)控系統(tǒng)作為本文的案例進(jìn)行比較詳細(xì)的分析和探討。首先按下【SYSTEM】鍵進(jìn)入到可編程控制器（PLC）梯形圖界面，隨后按下【PMC】軟鍵，而后選擇按下【PMCLAD】，至此，我們便進(jìn)入到可編程控制器（PLC）動(dòng)態(tài)顯示的梯形圖程序界面。如果需要檢索相關(guān)的程序，則應(yīng)該按下【SEARCH】檢索信號(hào)軟鍵，利用界面上的左右方向軟件或者上下翻頁(yè)軟件來(lái)檢索自己所需要的信號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前的工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，可編程控制器（PLC）非常受到人們的親睞，更是因此獲得大規(guī)模的應(yīng)用。相對(duì)于其它的工業(yè)自動(dòng)化控制產(chǎn)品，可編程控制器（PLC）具有硬件成本低、組機(jī)周期短以及控制性能強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，并且由于可編程控制器（PLC）已經(jīng)問(wèn)世幾十年，經(jīng)過(guò)不斷地完善和更新，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]周荃. 淺談PLC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 濰坊高等職業(yè)教育，2008，(04)：125-126.

[2]劉芬. 論P(yáng)LC控制在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 河北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，(02)：223-224.

[3]趙磊生，師路歡. 大口徑非球面光學(xué)元件磨削控制系統(tǒng)的研究[J]. 許昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，(05)：203-204.

[4]姜云寬. PLC在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用研究[J]. 科協(xié)論壇(下半月)，2011，(01)：155-156.