李俊青（河北光德流體控制有限公司 河北滄州 060001）

引言

基于PLC的數(shù)控銑床不僅能夠保障操作的可靠性，還能夠自行診斷機器故障。這使得這類銑床在加工車間得到了廣泛應用。PLC控制系統(tǒng)除了有較高的可靠性和柔性，還能應用在機床的控制和診斷系統(tǒng)。應用PLC控制能夠有效的提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。但是在設計和開發(fā)基于PLC的數(shù)控銑床時，需要注意相關(guān)的技術(shù)問題，并采取合適的技術(shù)手段使得PLC控制系統(tǒng)能夠與數(shù)控系統(tǒng)完美的結(jié)合，這樣才能設計和開發(fā)出具有高性能和高可靠性的數(shù)控銑床。

一、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)及其控制要求

每一種數(shù)控機床都有其基本組成部分，并且每個部分在整個系統(tǒng)中都起著重要的作用。因此，在設計和開發(fā)控制系統(tǒng)的過程中需要明確每個部分的功用，這樣才能夠滿足實際生產(chǎn)的要求。數(shù)控銑床和其他的數(shù)控機床一樣，都有其基本的結(jié)構(gòu)和相應的控制要求。以下主要從數(shù)控銑床的基本結(jié)構(gòu)和控制要求進行論述。

1.數(shù)控銑床的基本結(jié)構(gòu)

數(shù)控銑床的基本組成有：伺服驅(qū)動器、工控機、CNC控制器、變頻器、可編程控制器PLC等相關(guān)部件。具體的情況如圖（1）所示。每一個組成部分都有各自的功能，其中CNC控制器主要完成位置顯示、參數(shù)設置、調(diào)試等功能；伺服驅(qū)動器主要完成G功能；變頻器主要完成S功能；工控機主要完成狀態(tài)顯示、參數(shù)設置、遠程通信和程序設置等功能；而可編程控制器PLC主要完成電氣控制和系統(tǒng)故障診斷。

圖（1）數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2.數(shù)控銑床的控制要求

數(shù)控銑床的控制可以分為主控和輔助控制部分。主控部分主要是對銑床的主軸進行控制，采用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制。輔助控制主要是通過將PLC的輸出和輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的其他功能單元連接起來實現(xiàn)機床的M、T的相關(guān)功能。此外，數(shù)控銑床的控制還要能夠?qū)崿F(xiàn)故障檢測的功能以及控制冷卻泵、潤滑油泵等一些輔助控制功能。

二、PLC選型及其硬件電路的設計與開發(fā)

本文所論述的數(shù)控系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控銑床對控制系統(tǒng)及故障診斷的相關(guān)要求，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標需要選用功能強大的SYSMAC CPMIA型可編程控制器。這種可編程的控制器有40點的輸入和輸出，并且在這40個點中有24個是輸入點，16個是輸出點。由于這種控制器是輸入、輸出一體化的組件型結(jié)構(gòu)，在安裝和調(diào)試時很方便，輸入響應的速度比較快，同時也還能夠進行I/O口擴展。圖（2）為PLC輸入與輸出的電路圖。

圖（2）PLC輸入、輸出電路

獨立模式和連續(xù)模式是PLC脈沖輸出的兩種基本模式，選用獨立模式進行脈沖輸出的過程中需設置輸出的脈沖個數(shù)，并且還需要利用@SPED指令設置脈沖的輸出模式和輸出地址以及每個脈沖頻率。除了這種工作模式外，還可以利用@SPED指令改變輸出頻率的設置，在脈沖輸出時選擇改變輸出脈沖的頻率，并利用@PULS指令設置最終的脈沖個數(shù)，這樣以來所有脈沖輸出后，將自動停止相關(guān)的動作。上述的脈沖控制指令只能實現(xiàn)單向脈沖控制，要想控制銑床電機的正、反轉(zhuǎn)的控制，還需要加上方向的控制。

三、PLC控制系統(tǒng)的軟件設計與開發(fā)

利用PLC軟件控制系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)控銑床的控制，需要通過RS-233C通信接口在PC機WINDOWS環(huán)境下，按照相應的控制要求與PLC輸入、輸出地址表聯(lián)系起來，并利用梯形圖編制相關(guān)的控制程序。通常情況下PLC本身的可靠性相對比較高，但是與PLC外接輸出元件容易發(fā)生故障。因此，在進行軟件設計和開發(fā)時，需要確保軟件具有檢測和消除故障的功能，這樣才能夠使整個數(shù)據(jù)銑床的可靠性得到大幅度的提高。以下主要對數(shù)控銑床PLC軟件設計和開發(fā)中的相關(guān)問題進行論述。

1.強電關(guān)斷優(yōu)選原則

在數(shù)控銑床的軟件設計及開發(fā)中一定要主要強電關(guān)斷優(yōu)選原則。在控制信號中只要有強電關(guān)斷的信號，其他的信號無論出于何種狀態(tài)都需要關(guān)斷強電。簡單的說就是信號中有關(guān)斷信號，無論其他的信號處于何種狀態(tài)，中間繼電器都會被關(guān)斷，只有關(guān)斷信號啟動后，中間繼電器信號才能夠啟動，并且中間繼電器通過常開觸點實現(xiàn)自鎖。在關(guān)斷信后關(guān)閉后，中間繼電器仍然保持著原來的狀態(tài)。

2.動作順序聯(lián)鎖控制

數(shù)控銑床一些操作順序需要注意順序的聯(lián)鎖控制，有些是有嚴格順序要求的，不能夠出現(xiàn)順序錯誤，否則會影響數(shù)控銑床的正常運轉(zhuǎn)和工件的加工質(zhì)量。在設計軟件時需要控制各個執(zhí)行動作的順序，通常會采用聯(lián)鎖控制的方法進行順序的控制。簡單的說就是選擇前一個動作的常開觸點串聯(lián)在下一個動作的啟動回路中，并且還需要將后一個動作的常閉觸點串聯(lián)在上一個動作的關(guān)斷電路中，這樣前一個動作完成后將自動啟動下一個動作程序，避免出現(xiàn)動作顛倒的情況。

結(jié)束語

雖然我國的數(shù)控技術(shù)得到了快速發(fā)展，但在實際生產(chǎn)中由于關(guān)鍵技術(shù)沒有達到要求，使得數(shù)控機床無法滿足生產(chǎn)的需要。對基于PLC控制系統(tǒng)的數(shù)控銑床的研究，可以進一步的推進我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和完善設計中的相關(guān)問題，使其能夠滿足實際生產(chǎn)的需要。

[1]李溢，基于PLC數(shù)控銑床氣動控制系統(tǒng)的仿真研究[J]；液壓與氣動，2011年09期23-25.

[2]張冉冉，基于PLC的數(shù)控銑床控制系統(tǒng)的設計[J]；機械工程師，2008年12期35-36.

[3]李景魁，基于PLC數(shù)控銑床的研究[J]；煤炭技術(shù)，2012年12期50-53.