【摘要】開放式數(shù)控系統(tǒng)具有高度的模塊化、接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化的特征，便于對(duì)其體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次開發(fā)。滿足了客戶對(duì)設(shè)備的特殊化的要求并且具有設(shè)計(jì)周期較短和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此成為當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)?；赑LC的輔助控制系統(tǒng)主要承擔(dān)了系統(tǒng)中的主軸的起停和調(diào)速、卡盤夾緊和松開以及尾架的移動(dòng)等部件或系統(tǒng)的控制。本文以對(duì)液壓系統(tǒng)的控制為例闡述了PLC的設(shè)計(jì)過(guò)程和安全注意事項(xiàng)，為其他控制功能的實(shí)現(xiàn)起到了啟示的作用。

【關(guān)鍵詞】開放式數(shù)控系統(tǒng)PLC輔助控制系統(tǒng)

1.開放式數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)字控制是采用數(shù)字化信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣傳動(dòng)件進(jìn)行自動(dòng)控制的一種自控制技術(shù)。開放式數(shù)控應(yīng)具有以下特征：（1）由多種獨(dú)立的構(gòu)成要素按一定的邏輯組成；（2）系統(tǒng)內(nèi)所需接口和協(xié)議應(yīng)具有完善的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)并加以公開。不同廠商按照該接口和協(xié)議對(duì)系統(tǒng)中構(gòu)成要素的開發(fā)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通用性。（3）系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變；（4）具有與其它自動(dòng)化系統(tǒng)或軟件模塊進(jìn)行互操作的功能；（5）人機(jī)界面（MMI）應(yīng)具有一致性其符號(hào)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.1開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。開放式數(shù)控系統(tǒng)主要有如下三種結(jié)構(gòu)形式。（1）PC主板+專用CNC。該結(jié)構(gòu)形式中PC機(jī)中內(nèi)嵌有傳統(tǒng)數(shù)控專用模板，系統(tǒng)可以有效利用PC機(jī)的軟件和硬件資源。（2）通用PC+開放式運(yùn)動(dòng)控制器。數(shù)控系統(tǒng)以PC機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器為主要組成部件。運(yùn)動(dòng)控制器在該體系中主要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和邏輯控制。（3）完全PC型。完全基于PC機(jī)和基于windows系統(tǒng)開發(fā)的控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定功能的控制。目前尚在研究之中，并未大批量的應(yīng)用于生產(chǎn)。

1.2開放式數(shù)控系統(tǒng)中的可編程控制器（PLC）。PLC是一種采用計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的且在工業(yè)控制領(lǐng)域中常見的一種具有高效高可靠性的控制器?；赑LC的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制，同時(shí)還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等。在開放式數(shù)控系統(tǒng)中，PLC應(yīng)用在處理層主要進(jìn)行順序控制、運(yùn)動(dòng)控制和過(guò)程控制。在數(shù)控體系中，PC機(jī)協(xié)調(diào)所有的動(dòng)作過(guò)程，在該模式下PLC作為獨(dú)立的控制模塊存在。在通信方面PLC不僅可以與PC機(jī)相互通信，同時(shí)還具有與不同的運(yùn)動(dòng)控制器相結(jié)合的能力。

2.基于PLC的數(shù)控車輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在文中所描述的開放式數(shù)控系統(tǒng)中，基于PLC的輔助控制功能主要包括：車床主軸的起動(dòng)、停止和必要的調(diào)速功能、尾座的自動(dòng)移動(dòng)功能、冷卻液的通斷功能、夾具的夾緊與松開功能。要實(shí)現(xiàn)對(duì)上述功能的控制，首先需要將PLC實(shí)現(xiàn)控制所需的各種信息通過(guò)指令或其他形式傳入到PLC中，PLC收到這些信號(hào)和指令后，通過(guò)其內(nèi)部程序的運(yùn)算將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行元件以完成上述輔助功能的控制。

2.1確定I/O點(diǎn)。對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行分解確定其輸入輸出點(diǎn)，以及各信號(hào)采集點(diǎn)和輸出點(diǎn)的數(shù)量，對(duì)PLC的選型具有極其重要的意義。（1）輔助系統(tǒng)中輸入點(diǎn)的分析：主軸控制：主要包括主軸起停、無(wú)級(jí)和多檔位的指定速度控制。無(wú)級(jí)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)通過(guò)需要根據(jù)變頻器相關(guān)功能在面扳上設(shè)置一電位器進(jìn)行調(diào)控，因此在上位機(jī)上中的運(yùn)動(dòng)控制卡上需要一個(gè)模擬量。本文涉及的數(shù)控機(jī)床在多檔位調(diào)速中需要15位檔，通過(guò)編碼可以得出共需要4位數(shù)字量輸入。通常需要設(shè)置3個(gè)輸入量7個(gè)輸入點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)主軸的正方向轉(zhuǎn)動(dòng)、反方向轉(zhuǎn)動(dòng)和停止轉(zhuǎn)動(dòng)的控制需求。本文涉及的數(shù)控車床其電動(dòng)刀具只需控制4把刀，需要4種信號(hào)由編碼的組合可以得到共需2個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)。通常利用數(shù)字量輸入的兩種狀態(tài)來(lái)分別對(duì)應(yīng)冷卻液供給的起動(dòng)和停止控制需求。夾具的夾緊和松開動(dòng)作是通過(guò)電磁閥實(shí)現(xiàn)的，因此需要兩個(gè)數(shù)字量來(lái)實(shí)現(xiàn)。尾座運(yùn)動(dòng)包括前后和停止，硬件上需要三位兩通的電磁閥，在控制上需要3個(gè)數(shù)字量。（2）輔助系統(tǒng)中輸出點(diǎn)的分析：主軸伺服系統(tǒng)中主軸交流電機(jī)的調(diào)速需要變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)主軸伺服系統(tǒng)中各部分的分析得出控制共需要模擬量1個(gè)數(shù)字量6個(gè)。冷卻液電機(jī)的起、停是通過(guò)接觸器來(lái)控制控制，因此需要1個(gè)數(shù)字量。夾具電磁閥控制夾具的夾緊和松開兩個(gè)狀態(tài)，選用了兩位的電磁閥，需要2個(gè)輸出數(shù)字量。尾座選用三位兩通電磁閥控制尾座移動(dòng)，需要3個(gè)數(shù)字量控制。

2.2PLC的液壓系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)。在PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，將滿足控制的基本要求放在首位，在滿足基本要求的前提下要保留一定的控制冗余，注意各輸入輸出之間的安全性以保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。液壓系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床重要的組成部分，液壓系統(tǒng)是否穩(wěn)定決定了機(jī)床的性能。本文所涉及的輔助數(shù)控系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)控制部分的PLC的程序梯形圖如圖2.2所示：為保證液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，程序的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行了考慮：（1）只有當(dāng)主軸靜止的狀態(tài)下夾具才可以進(jìn)行松開或夾具動(dòng)作，因此在程序中設(shè)置了互鎖的輸出點(diǎn)Q0.5和Q0.6。（2）只有當(dāng)轉(zhuǎn)軸靜止時(shí)，才可以進(jìn)行換擋動(dòng)作。因?yàn)闄C(jī)床的換擋是通過(guò)液壓撥查撥動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)檔位的切換，若在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下?lián)Q擋容易造成機(jī)床零部件的損壞。（3）尾架只有通過(guò)控制系統(tǒng)確認(rèn)所要移動(dòng)的方向的物體不影響所要進(jìn)行的移動(dòng)時(shí)才可進(jìn)行移動(dòng)。

結(jié)論

首先介紹了開放式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及PLC在開放式數(shù)控系統(tǒng)中的研制過(guò)程中應(yīng)用，著重研究了PLC的輔助控制系統(tǒng)，并以液壓系統(tǒng)為例簡(jiǎn)述了PLC的程序設(shè)計(jì)的流程可安全注意事項(xiàng)，本機(jī)在實(shí)際中具有控制準(zhǔn)確故障率低，電氣元件壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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