張桐強(qiáng)

摘? ? 要：本文主要以數(shù)控機(jī)床中的自動化控制為主題展開分析，在簡要介紹數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)及PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討了PLC在數(shù)控機(jī)床中的自動化控制應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC;數(shù)控機(jī)床;電氣控制

1? 引言

以PLC可編程控制技術(shù)為例，將PLC控制器配置在機(jī)床設(shè)備內(nèi)，既能提升機(jī)床設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，還能優(yōu)化原有的系統(tǒng)，使設(shè)備結(jié)構(gòu)保持在良好的運(yùn)行狀態(tài)。

2? 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)及PLC概述

2.1? 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)可以說是數(shù)控機(jī)床可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，是整個設(shè)備的核心，主要負(fù)責(zé)程序指令的接收并識別解釋程序，完成結(jié)果邏輯數(shù)據(jù)的計算與判斷處理，最后發(fā)出速度以及時間控制的操作指令。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，可細(xì)分出伺服電機(jī)、檢測開關(guān)、伺服放大器、編碼器、數(shù)控單元、繼電器、變頻器等多個子系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)控制著數(shù)控機(jī)床的各個部件，通過控制程序和操作指令來保證機(jī)床始終維持一個良好的運(yùn)行狀態(tài)。如果電氣系統(tǒng)出現(xiàn)任何異常，將會直接反映到數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)上，關(guān)系著是否可以安全穩(wěn)定地完成生產(chǎn)制造作業(yè)，因此必須要提高對電氣系統(tǒng)的重視，總結(jié)并排除影響其狀態(tài)的各項因素，爭取進(jìn)一步來提高電氣系統(tǒng)的可靠性，為數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2.2? PLC技術(shù)

可編程控制器PLC，在控制器內(nèi)會配置程序存儲裝置，在存儲裝置內(nèi)會對不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，以此確定數(shù)據(jù)發(fā)出的順序、時間以及操作方式等，使操作人員根據(jù)指令進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。PLC在工作過程中，控制器內(nèi)的CPU會重復(fù)進(jìn)行輸入采樣、程序執(zhí)行以及輸出刷新三個階段的操作。

（1）輸入采樣階段。進(jìn)入到輸入采樣階段時，PLC系統(tǒng)會對輸入端子進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果將不同的輸入指令存儲在指定的映像寄存器內(nèi)。進(jìn)入到輸入映像寄存器內(nèi)，該裝置會重復(fù)刷新，完成刷新后發(fā)出執(zhí)行指令。

（2）程序執(zhí)行階段。進(jìn)入到程序執(zhí)行階段，形成的PLC梯形圖程序，按照先左后右、先上后下的原則，對程序內(nèi)的指令進(jìn)行充分的掃描。完成掃描后，指令發(fā)出時會進(jìn)入到對應(yīng)的程序內(nèi)。

（3）輸出刷新階段。將系統(tǒng)運(yùn)行時使用到的指令完成執(zhí)行要求過程中，會進(jìn)入到輸出刷新階段。此時在設(shè)備中的元件映像寄存設(shè)備，進(jìn)入到輸出刷新階段，此時指令會存儲在輸出鎖存器內(nèi)，應(yīng)在特定的方式中，輸出到驅(qū)動荷載裝置內(nèi)。

3? PLC技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控車床控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1? PLC的信息傳輸

數(shù)控車床系統(tǒng)中的機(jī)床信號和PLC信號的輸入和輸出都是由I/O板的接收電路和驅(qū)動電路進(jìn)行傳送。其中CNC信號、PLC信號和機(jī)床信號這三者相互間進(jìn)行信號傳輸，但是始終是以PLC為中心。主要分為這四個部分：①機(jī)床傳至PLC;②PLC傳至機(jī)床;③CNC傳至PLC;④PLC傳至CNC。

3.2? PLC的故障信息報警

PLC技術(shù)還控制著數(shù)控車床的故障報警系統(tǒng)，這主要是因為PLC技術(shù)在數(shù)控車床控制系統(tǒng)中將機(jī)床和CNC進(jìn)行連接，一旦PLC接收到CNC的控制信息時，PLC技術(shù)內(nèi)部的梯形圖的順序邏輯就會進(jìn)行計算，然后給機(jī)床側(cè)發(fā)送控制指令，這樣電磁閥、繼電器和指示燈就會進(jìn)入工作狀態(tài)，并將工作狀態(tài)的信號傳遞至CNC，CNC又可以將信息傳送回PLC。當(dāng)然，如果電磁閥、繼電器和指示燈的開關(guān)信號沒有及時反映，這就會導(dǎo)致PLC技術(shù)出現(xiàn)報警情況，數(shù)控車床就不能進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。一般情況下，PLC技術(shù)主要通過這三種方法進(jìn)行故障診斷和維修：①動態(tài)梯形圖信號跟蹤方法;②機(jī)床廠家報警信息故障診斷法;③系統(tǒng)報警診斷的故障診斷法。PLC顯示信號狀態(tài)的模式是它的地址內(nèi)容會以（0或1），10進(jìn)制和16進(jìn)制數(shù)字來顯示。例如，當(dāng)數(shù)控車床需要進(jìn)行調(diào)試和維修時，如果采用PLC動態(tài)梯形圖信號跟蹤法的話，功能鍵就會調(diào)出一定順序的控制梯形圖的輔助菜單，PLC技術(shù)會根據(jù)程序進(jìn)行監(jiān)控，一是監(jiān)控對應(yīng)觸點(diǎn)，一是監(jiān)控線圈輸入和輸出信號的狀態(tài)變化，并且分析、判斷動作的過程，確定被控元件的工作狀態(tài)是否正常，機(jī)床是否出現(xiàn)了故障，從而也就為維修爭取了更多的機(jī)會。

3.3? PLC在數(shù)控機(jī)床中的控制功能

操作面板控制功能，是由操作面板中，操作面板和機(jī)床操作面板組成控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)會發(fā)出控制信號，此時產(chǎn)生的信號會由NC接收，在NC內(nèi)通過轉(zhuǎn)換后進(jìn)入到PLC可控制編程器，以此將發(fā)出的指令傳輸至機(jī)床，使機(jī)床在指令下開始工作。在機(jī)床產(chǎn)生的控制信號，會由PLC接收，接收信號后會下達(dá)機(jī)床運(yùn)行的指令，使機(jī)床進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

3.4? PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床間的信息交換

（1）機(jī)床至PLC。機(jī)床發(fā)出單側(cè)信號時，數(shù)據(jù)信號由I/O輸入接口進(jìn)入到PLC控制器內(nèi)，此時PLC可編程控制器，會對輸入地址進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)相關(guān)要求，將調(diào)整后的地址發(fā)送到下一階段。

（2）PLC至機(jī)床。對機(jī)床配置的裝置可知，為保證控制功能充分發(fā)揮其性能，在機(jī)床單側(cè)的輸送信號傳輸過程中，PLC將輸出信號接收到控制器內(nèi)，并將輸出信號的地址，通過工作人員重新編程，保證編程內(nèi)容可以完成相關(guān)指令的操作。

（3）CNC至PLC。PLC可編程控制器接收CNC信息時，會將CNC產(chǎn)生的信息存儲在控制器內(nèi)。此時CNC發(fā)出的信號，包括開關(guān)量地址、寄存器地址等，都由CNC廠家制定完成。借助PLC控制器，發(fā)送CNC信息至指定位置，期間無法對信息進(jìn)行修改。在數(shù)控指令發(fā)出過程中，數(shù)控技術(shù)具有的功能，包括M、S、T等，都會在CNC譯碼翻譯后，進(jìn)入到PLC寄存器內(nèi)。

（4）PLC至CNC。將PLC編程的信息發(fā)送至CNC過程中，產(chǎn)生的信息開關(guān)信號，會在寄存器內(nèi)編制完成，此時PLC信號地址，會按照廠家確定的CNC標(biāo)準(zhǔn)完成，在CNC信息發(fā)送過程中，通常無法對信息內(nèi)容進(jìn)行修改。

3.5? 數(shù)控加工代碼的實(shí)現(xiàn)方法

現(xiàn)階段數(shù)控技術(shù)含有多種指令內(nèi)容，包括準(zhǔn)備指令、輔助指令、刀具指令、主軸指令、進(jìn)給指令等，并且都是按照ISO標(biāo)準(zhǔn)制定的。以主軸指令為例，在該指令控制下，會將主軸的速度保持在合理的范圍內(nèi)，同時按照S2位代碼以及54位代碼，對發(fā)出的指令進(jìn)行重新編制。在編制過程中，將S2位代碼編程內(nèi)，S代碼和2位十進(jìn)制數(shù)，代表主軸的轉(zhuǎn)速，通常分為十個等級，由低到高速度不斷提升。

在上級速度提升過程中，若上升速度超過12%，主軸的轉(zhuǎn)速上限和下限，產(chǎn)生的等比關(guān)系會發(fā)生變化。按照S2位代碼為例，主軸轉(zhuǎn)速結(jié)合對應(yīng)表，將形成的S2位代碼進(jìn)行重新的譯制，從而建立起全新的處理框圖。在框圖內(nèi)S代碼在轉(zhuǎn)換過程中，數(shù)據(jù)與代碼按照S2位代碼主軸速度，以二進(jìn)制數(shù)方式表達(dá)出來，同時在上限和下限狀態(tài)下，形成的數(shù)字量D/A通過計算后，得出的直流電壓數(shù)值，分別控制在0V～10V、0V～5V以及-10V～10V范圍內(nèi)。在上述電壓控制范圍內(nèi)，主軸伺服系統(tǒng)以及主軸變頻器，會形成持續(xù)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度。

4? 結(jié)語

綜上所述，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展過程中，將PLC技術(shù)融入其中，既能通過邏輯意識對發(fā)出的指令進(jìn)行編程，同時還能提升機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。在優(yōu)化系統(tǒng)功能過程中，工作人員應(yīng)對PLC系統(tǒng)采取嚴(yán)格的控制措施，保證PLC系統(tǒng)的整體性和高效性，可以滿足機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，以此促進(jìn)企業(yè)快速發(fā)展的同時，增強(qiáng)競爭能力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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