以PLC为基础的新型机床控制系统设计与实现

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　　摘要：随着科技的发展，PLC技术被广泛的应用到数控机床中控制系统中，PLC技术的应用不仅提高了数控机床的控制能力，还提高了数控机床的精密度。文章首先全面介紹了PLC自动控制系统，对以PLC技术为基础的数控机床控制系统所存在的设计问题进行了深入的探讨，为提高机床生产的稳定性和安全性提供借鉴和参考。
　　关键词：PLC;新型机床;控制系统
　　中图分类号：TQ016.5+4文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）07-0184-03
　　传统的数控机床的控制电路为继电器逻辑电路RLC，随着科技的不断进步，其控制电路已经升级为可编程逻辑控制器PLC。PLC在对数控机床进行控制的过程中，不仅可以实现各个坐标轴的连续控制，还可以控制主轴的起停，液压系统、报警系统等的控制。另外，PLC控制系统具有可靠性高，程序简单，抗干扰能力强，性价比高的特点。
　　1 PLC概述
　　可编程逻辑控制器简称PLC，其实质是一种数字运算电子系统，该系统设计的服务环境为工业环境。其存储器类型为可编程存储器，主要用于逻辑运算、技术等特殊指令，应用数字式的输入和输出方式对机械的生产过程进行控制。可编程逻辑控制器属于一种新型的工业控制器，其将自动控制技术和计算机技术有机的结合在一起。具有以下优势：逻辑运算能力有所加强，数字处理功能有所减弱;抗干扰能力强，可以适应不良的工业环境;结构体积较小，安装较为容易;操作起来更加方便，容易控制。
　　2 数控机床电气控制系统的基本结构
　　2.1数控机床基础结构
　　2.1.1机床主体
　　机床的主要任务就是零件加工，对各种原材料进行处理，加工成为预先设计的零件结构。
　　2.1.2电气控制单元
　　机床的主要控制部分为电气控制系统，电气控制系统主要有三个部分构成：电源、运动控制器以及电机等，电源主要为整个机床提供电能，电源为机床供给电能的方式有两种：一种是将固定电流转换成一种可调节的电流，和控制器保持一定的通信联系;另外一种不能对电流形式进行转化，也不能和运动控制器保持相应的通信联系。交流电是支撑数控机床电动机运转的主要能量，而电机的作用就是将电流转换为交流电。数控机床的指挥中心为电气控制单元，电气控制系统的主要组成部分为运动控制器，运动控制器的作用是实现对机床主体部分的逻辑控制，协调机床各项工作，保证运动控制器正常稳定的运行，继而保证整个电气控制系统可以正常稳定的运行。
　　2.1.3电气控制系统的执行部分
　　该部分的功能是控制零件加工过程，应用电池阀控制原材料加工活动，比如，通过调整相应的参数变化刀具角度，有效提高零部件的生产效率。
　　2.1.4PLC
　　该部分是数据机床的核心控制部分，PLC的应用可以实现对相应程度的分析和应用，通过用户输入的信息控制运动控制器，然后实现对电机模块的控制。传感器会检查数控机床在运动过程中的实际状态以及各项参数，将所检测到的参数上传至PLC电气控制系统，继而实现对数控机床的控制。
　　2.2数控机床的特殊结构
　　数控机床在实际运行过程中，可能会出现相应的突发状况，比如因为操作人员操作不当导致的生产问题等。为了避免这些问题，在设计数控机床系统的过程中应该设计相应的特殊结构。
　　2.2.1紧急按钮
　　紧急按钮的设置主要是为了可以保证技术人员可以对突发状况进行应对，在正常情况下，紧急按钮处于断开状态，如果出现紧急状况，工作人员按下紧急按钮，那么急停按钮的接触点就会断开，紧急按钮所控制的回路继电器也会断开，电源直接被缺点，保证了生产安全。按下紧急按钮时，控制系统还会接收到相应的报警信号，然后系统就会发出指令，通知各个设备停止运行，这些停止运行的指令发出的同时，系统程序也会复位。
　　2.2.2超程限位
　　机床在正常运行状态时，超程限位程序处于断开状态，如果按下超程限位开关时，那么开关位置的接触点就会断开，继电器发生断电，然后发出相应的报警信息。控制系统首先会处理报警信息，当合理处理故障后，警报就会解除。
　　3 基于PLC的数控机床电气控制系统
　　3.1PLC技术在数控机床中的工序步骤
　　3.1.1输入处理步骤环节
　　该环节的主要工作是收集信息，主要收集的信息是数控机床各类电力的所有实际工作参数，应用PLC技术开展该项工作的过程中，电力系统处于接通状态，接通的电路会完成相应的输入工作。
　　3.1.2PLC技术执行环节
　　仅凭系统程序是无法完成该阶段工作任务的，在执行环节，系统首先会下达执行命令，PLC接收命令后，就会对相应的数据信息进行收集，根据各个指令完成相应的工作。该阶段的操作一般需要不同的程序相互配合才能完成。
　　3.1.3输出处理环节
　　在这个环节，PLC技术的电路处于输出电路状态，用户可以根据实际工作确定一种特定的输出模式，完成相应的操作指令后，锁存器会将输出结果存储起来，然后通过转存操作，实现外部负载的目的。
　　3.2PLC电气控制系统组成
　　PLC电气控制系统的主要组成部分有：工控机、传感器、电源模块、运动控制器等。先对其中两种组成部分进行具体的介绍。
　　3.2.1电源模块
　　电源模块的作用就是转换电流形式，通过变频器将交流电转换为直流电，再通过逆变器将直流电转变为交流电，数控机床运运行通常应用到的是交流电。电源模块又有两种形式：可调电源模块和不可调电源模块。其中可调电源模块可以根据系统的参数设置一个预定的转化数值，可以和运动控制器相互连接建立通信关系。
　　3.2.2运动控制器
　　该部分是整个系统的核心部分，主要有三个功能：运动控制、工艺控制以及逻辑控制。整个电气系统的工作效率都和运动控制器的速度和可靠性有着直接的关系，PLC控制系统如图1所示。 　　3.3PLC技术在数控机床中的控制
　　数控机床中PLC技术实现控制功能的基础就是程序指令，程序指令会将相应的信号和程序纳入控制系统中，为了保证准确性，还需要对其进行一次更加全面深入的分析。PLC技术还可以实现对面板的高效控制，保证CNC的安全性：PLC技术可以对信号的传输进行有效的控制，为了避免信息传输中产生的错误，必须保证信号稳定有效。PLC技术还可应用于警报系统中，一旦发生操作异常情况，首先对PLC系统的反馈进行分许和诊断，然后完成相应的诊断和分析工作，及时作出预警提示。在数控机床中所应用到的PLC技术可以对系统完成升级和改进，在实际运行过程中实现高效转换时数控机床现代化的发现，PLC技术的应用可以对系统结构进行优化，升级数控机床的控制性能。
　　3.4PLC数控机床电气自动化控制
　　3.4.1自动换刀
　　该功能是数控机床的主要功能，不仅可以完成机械自动换刀的操作过程，传统的人工换刀一般会浪费较长的时间，而机械自动换刀可以节省大量的时间成本。另外，和传统人工换刀相比，機械自动换刀具有两个自由度，有效提高了数控机床的工作效率，控制电磁阀的开关可以完成刀具加筋和机械臂加筋的功能，继而完成换刀的主要操作步骤。换刀的主要操作步骤有四个：机械手伸展、机械手松开，机械手收回、机械手夹紧，只要完成这四个操作步骤，那么换刀操作也就完成，如图2所示。
　　3.4.2断刀检测
　　数控机床在运行过程中，十分容易出现一个问题就是断刀故障，这个故障一旦发生，应该立即停止所有的机械工作，避免发生更为严重的安全问题。OC门的光线传感器是断刀检测的核心，OC门的3根接人线和24V电源上直接相连，OC门信号线与24V电阻相互组合构成一个有效的电平输出。为了降低传感器发生磨损或者断裂的概率，传感器应该及时检查刀具，并且将刀具的检查结果传送到电气控制系统，电气系统如果接收到刀具出现磨损的信号，那么控制中心就会发出暂停机床工作的指令，并且自动完成换刀，然后通知复位，继续开展零件加工操作。
　　3.4.3深度检测
　　机床在加工零部件的过程中，刀具的深度检测是十分重要的工作，因为刀具深度直接决定了换刀时主轴夹紧的位置，只有保证刀具深度满足相应的要求，才能保证所生产出来的零部件可以满足相关标准。所以，检查刀具的深度是十分有必要的，如果刀具深度检测结果不合理，那么需要重新调整刀具的深度，保证该深度可以符合相应的标准要求。
　　4 结语
　　随着社会的进步，科技信息的发展，PLC控制系统被广泛的应用到各行各业的发展中去。PLC控制系统在数控机床中的应用，不仅有效提高了机床工作效率，同时还提高了机床加工的自动化。在机床未来的发展中，为了提高数控机场的控制能力，必须不断完善和升级PLC电气控制系统。
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