一、引言

　　隨著可編程控制器(PLC)技術(shù)的發(fā)展，它在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈加廣泛，由于PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，可編程控制器((PLC)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)控制中。它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其他工控產(chǎn)品難以比擬的，因而在工業(yè)自動(dòng)化、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。

　　在數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)中，數(shù)字控制部分包括對(duì)各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制，這個(gè)任務(wù)由計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置實(shí)現(xiàn):順序控制是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，根據(jù)數(shù)控機(jī)床內(nèi)部標(biāo)志以及機(jī)床各操作開關(guān)實(shí)際運(yùn)行的信號(hào)狀態(tài)，按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序，對(duì)諸如主軸轉(zhuǎn)速((S功能)，對(duì)主軸正J反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)/停止、刀庫管理(T功能)、卡盤夾緊和松開、冷卻(M功能)、尾架、排屑等輔助動(dòng)作的控制。

二、數(shù)控機(jī)床的組成及PLC在數(shù)控機(jī)床中的功能

　　(一)數(shù)控機(jī)床的組成

圖1數(shù)控機(jī)床的組成

　　計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)根據(jù)輸人的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理(如運(yùn)動(dòng)軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等)，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(T}服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。

　　其中PLC的作用是接受CNC的M,S}T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作;同時(shí)接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/0信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。

　　(二)數(shù)控加工代碼在PLC上的實(shí)現(xiàn)方法

　　1.T功能的實(shí)現(xiàn)。主要是刀具的選擇。系統(tǒng)送出

　　T代碼指令給PLC，經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼指定的刀號(hào)，并與現(xiàn)行刀號(hào)進(jìn)行比較，如果不符，發(fā)出換刀指令，對(duì)應(yīng)的數(shù)控裝置vo口變成高電平，使PLC輸人端的軟開關(guān)接通，換刀電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到位(有檢測(cè)觸點(diǎn))后，換刀電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落壓緊，壓緊力足夠大時(shí)，微動(dòng)開關(guān)接通，換刀電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)發(fā)出完成信號(hào)。

　　2.M功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)送出M代碼指令給PLC，經(jīng)過譯碼，輸出控制信號(hào)，控制主軸正l反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)/停止、卡盤的夾緊和松開、冷卻液的開關(guān)等。M功能完成時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出完成信號(hào)。

　　對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床，所能實(shí)現(xiàn)的輔助功能也不盡相同。但各種數(shù)控機(jī)床都有一些基本的輔助功能:如M00(程序停止),M02(程序停止)、M03(主軸順針旋轉(zhuǎn))、MOS(主軸停止)、M06(準(zhǔn)備換刀)等其中一部分是由數(shù)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)還有一部分需要數(shù)控裝置與PLC相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。

　　3.S指令的實(shí)現(xiàn)。S功能主要完成對(duì)主軸轉(zhuǎn)的控制，常用的有代碼法和直接指定法。代碼法是S后面跟二位數(shù)字，這些數(shù)字不直接表示主軸轉(zhuǎn)速的大小，而是機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的序號(hào);直接指定法是S后面直接就是主軸轉(zhuǎn)速的大小，例如S1500表示主軸轉(zhuǎn)速是1500r/min o

　　此外，數(shù)控機(jī)床還有其他的一些功能，如報(bào)警處理控制功能、軟盤驅(qū)動(dòng)裝置控制功能、加工中心的主軸進(jìn)行立臥轉(zhuǎn)換控制功能。

三、PLC的工作過程

　　PLC的工作過程即CPU對(duì)用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行的過程。對(duì)用戶程序的執(zhí)行主要按三個(gè)階段進(jìn)行:

　　1.信號(hào)采樣。以掃描方式順序讀人所有輸人信號(hào)的狀態(tài)，并將此狀態(tài)存入輸人映象寄存器中。

　　2一執(zhí)行程序。程序執(zhí)行按從上到下、從左到右的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，并從輸人映象寄存器中和輸出映象寄存器中讀取有關(guān)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果重新存人輸出映象寄存器中。

　　3.結(jié)果輸出。執(zhí)行完所有指令后，將輸出映象寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)(接通/斷開)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再通過一定方式輸出來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

四、PLC與外部信息的交換過程

　　PLC、控制系統(tǒng)和機(jī)床之間的信息交換包括如下四部分:

　　1.機(jī)床至PLC:機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號(hào)通過I/0單元接口輸人到PLC中，除極少數(shù)信號(hào)外，絕大多數(shù)信號(hào)的含義及所占用PLC的地址均可由PLC程序設(shè)計(jì)者自行定義。

　　2. PLC至機(jī)床:PLC控制機(jī)床的信號(hào)通過PLC的開關(guān)量輸出接口送到機(jī)床側(cè)，所有開關(guān)量輸出信號(hào)的含義及所占用PLC的地址可也由PLC程序設(shè)計(jì)者自行定義。

　　3. CNC至PLC: CNC送至PLC的信自、可由CNC直接送人PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號(hào)含義和地址(開關(guān)量地址或寄存器地址)均由CNC廠家確定PLC編程者只可使用不可改變和增刪。

　　4. PLC至CNC: PLC送至CNC的信息也由開關(guān)量信號(hào)或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號(hào)地址與含義由CNC廠家確定，,PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。

五、控制系統(tǒng)中需要解決的幾個(gè)問題

　　1.保證定位精度與提高定位速度之間的矛盾。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其控制脈沖的頻率成正比，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在極低頻下運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速必然很低。而為了保證系統(tǒng)的定位精度，脈沖當(dāng)量即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一個(gè)步距角時(shí)刀具或工作臺(tái)移動(dòng)的距離又不能太大，這兩個(gè)因素合在一起帶來了一個(gè)突出問題:定位時(shí)間太長。

　　位置精度是機(jī)床必須保證的一項(xiàng)性能指標(biāo)，為了保證有足夠的位置精度，一方面是要正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對(duì)位置檢測(cè)元件提出精度的要求。為了保證定位精度，脈沖當(dāng)量不能太大，但卻影響了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同時(shí)又能保證定位精度是一項(xiàng)需要認(rèn)真考慮并切實(shí)加以解決的問題。

　　2.可變參數(shù)的在線修改。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)的某些控制參數(shù)必須能作相應(yīng)的修改，為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對(duì)控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應(yīng)在線進(jìn)行。盡管使用編程器可以方便快捷地改變?cè)瓍?shù)的設(shè)定，但編程器一般不能讓現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用，所以應(yīng)考慮開發(fā)其他簡(jiǎn)便有效的方法實(shí)現(xiàn)PLC的可變控制參數(shù)的在線修改。

六、結(jié)語

　　應(yīng)用PLC的邏輯控制技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路，提高工業(yè)產(chǎn)品的可靠性，隨著其性能的進(jìn)一步提高和完善，必將進(jìn)人更多的工控領(lǐng)域。

　　由于采用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機(jī)床的運(yùn)行可靠性，因而增加了設(shè)備的柔性，提高了設(shè)備的使用效率。