分析PLC在数控机床控制系统中的应用
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作者:李海兵
摘 要：本文围绕PLC在数控机床控制系统中的应用展开讨论，指出PLC是目前高性能数控机床不可缺少的控制装置，详细分析了可编程序控制器PLC在数控机床中的应用方式及其特点，还有PLC在数控机床中的作用及与各种装置的连接方法，为提升数控机床的生产效率，以及保持机床安全稳定的运行状态提供参考依据。
关键词：PLC 数控机床 控制系统 应用
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0102-02
人们生活水平不断提高，日常生活和工作中使用的机电产品不断增多，从而促进数控机床技术不断发展。以PLC可编程控制技术为例，将PLC控制器配置在机床设备内，既能提升机床设备的安全性和稳定性，还能优化原有的系统，使设备结构保持在良好的运行状态。
1 数控机床与PLC的概述
1.1 数控机床的组成
数控机床是在自动化控制系统操作下，以逻辑的方式制定操作程序，并将设定的程序以译码的方式发出指令，从而控制数控设备内生产装置。在数控机床中，由以下装置组成：（1）输入输出设备;（2）伺服单元;（3）机床本体;（4）CNC单元;（5）驱动装置;（6）可编程控制器PLC;（7）电气控制装置;（8）辅助装置;（9）測量装置。
1.2 PLC的技术特点
可编程控制器PLC，在控制器内会配置程序存储装置，在存储装置内会对不同的数据进行计算，以此确定数据发出的顺序、时间以及操作方式等，使操作人员根据指令进行产品生产。PLC具有的技术特点，主要体现在以下四点：第一，系统构造相对简单，出现故障等问题时，工作人员可及时维护和改造;第二，具有较高的安全性和稳定性，在特殊环境中，PLC具有良好的抗干扰能力，避免设备运行时出现问题;第三，PLC具有良好的可适应性，配置在不同类型的数控机床内，通过对PLC的系统的改造，即可满足相应的生产要求;第四，在数控机床内，PLC只需较小的空间，并且消耗能量较少。
1.3 PLC的工作原理
PLC在工作过程中，控制器内的CPU会重复进行输入采样、程序执行以及输出刷新三个阶段的操作。
1.3.1 输入采样阶段
进入到输入采样阶段时，PLC系统会对输入端子进行分析，根据分析结果将不同的输入指令存储在指定的映像寄存器内。进入到输入映像寄存器内，该装置会重复刷新，完成刷新后发出执行指令。在执行指令状态下，外界条件会隔绝寄存器，即便接收不同的输入信号，寄存器存储的输入信号不会发生变化。
1.3.2 程序执行阶段
进入到程序执行阶段，形成的PLC梯形图程序，按照先左后右、先上后下的原则，对程序内的指令进行充分的扫描。完成扫描后，指令发出时会进入到对应的程序内。
1.3.3 输出刷新阶段
将系统运行时使用到的指令完成执行要求过程中，会进入到输出刷新阶段。此时在设备中的元件映像寄存设备，进入到输出刷新阶段，此时指令会存储在输出锁存器内，应在特定的方式中，输出到驱动荷载装置内。
2 PLC在数控机床控制系统中的应用
2.1 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换
在进行信息交换时，数控机床内部配置的可编程控制器PLC，通过信息交换连接渠道，将外部信息、CNC以及数控机床内其它信息建立连接关系，通常情况下，数据信息在交换过程中，按照四个阶段进行：一是机床到PLC;二是PLC到机床;三时CNC到PLC;四是PLC到CNC。
2.1.1 机床至PLC
机床发出单侧信号时，数据信号由I/O输入接口进入到PLC控制器内，此时PLC可编程控制器，会对输入地址进行调整，并根据相关要求，将调整后的地址发送到下一阶段。
2.1.2 PLC至机床
对机床配置的装置可知，为保证控制功能充分发挥其性能，在机床单侧的输送信号传输过程中，PLC将输出信号接收到控制器内，并将输出信号的地址，通过工作人员重新编程，保证编程内容可以完成相关指令的操作。
2.1.3 CNC至PLC
PLC可编程控制器接收CNC信息时，会将CNC产生的信息存储在控制器内。此时CNC发出的信号，包括开关量地址、寄存器地质等，都由CNC厂家制定完成。借助PLC控制器，发送CNC信息至指定位置，期间无法对信息进行修改。在数控指令发出过程中，数控技术具有的功能，包括M、S、T等，都会在CNC译码翻译后，进入到PLC寄存器内。
2.1.4 PLC至CNC
将PLC编程的信息发送至CNC过程中，产生的信息开关信号，会在寄存器内编制完成，此时PLC信号地址，会按照厂家确定的CNC标准完成，在CNC信息发送过程中，通常无法对信息内容进行修改。
2.2 数控加工代码的实现方法
现阶段数控技术含有多种指令内容，包括准备指令、辅助指令、刀具指令、主轴指令、进给指令等，并且都是按照ISO标准制定的。以主轴指令为例，在该指令控制下，会将主轴的速度保持在合理的范围内，同时按照S2位代码以及54位代码，对发出的指令进行重新编制。在编制过程中，将S2位代码编程内，S代码和2位十进制数，代表主轴的转速，通常分为十个等级，由低到高速度不断提升。 在上级速度提升过程中，若上升速度超过12%，主轴的转速上限和下限，产生的等比关系会发生变化。按照S2位代码为例，主轴转速结合对应表，将形成的S2位代码进行重新的译制，从而建立起全新的处理框图。在框图内S代码在转换过程中，数据与代码按照S2位代码主轴速度，以二进制数方式表达出来，同时在上限和下限状态下，形成的数字量D/A通过计算后，得出的直流电压数值，分别控制在0～10V、0～5V以及-10～10V范围内。在上述电压控制范围内，主轴伺服系统以及主轴变频器，会形成持续稳定的旋转速度。
2.3 PLC在数控机床中的控制功能
操作面板控制功能，是由操作面板中，操作面板和机床操作面板组成控制系统。在系统工作过程中，系统会发出控制信号，此时产生的信号会由NC接收，在NC内通过转换后进入到PLC可控制编程器，以此将发出的指令传输至机床，使机床在指令下开始工作。在机床产生的控制信号，会由PLC接收，接收信号后会下达机床运行的指令，使机床进入运行状态。
机床外部开关输入信号功能，在机床单侧产生的开关信号，传输至PLC控制器内，在控制器内通过计算形成正确的指令关系，以便开关信号在传输过程中，可以将开光控制在不同的运行状态，包括行程状态、接近状态以及模式选择状态等，从而在指定的信号控制状态下，有助于机床正常地完成生产任务。
2.4 相关程序设计与操作
进入到PLC程序输入程序设计和操作过程中，以伺服电机工作方式为例，系统发出指令脉冲后，通过伺服放大线路、伺服电机等装置，直至运行至工作台，然后在检测器对指令脉冲进行检测后，将脉冲信号反馈给起始点。在此过程中，要求設计的程序具有较快的执行速度，才能保证每个环节指令都能发挥控制作用。
3 结语
综上所述，在数控技术发展过程中，将PLC技术融入其中，既能通过逻辑意识对发出的指令进行编程，同时还能提升机电设备的运行效率。在优化系统功能过程中，工作人员应对PLC系统采取严格的控制措施，保证PLC系统的整体性和高效性，可以满足机械产品的生产需求，以此促进企业快速发展的同时，增强竞争能力，创造更多的经济效益。
参考文献
[1] 周荃.浅谈PLC在数控机床控制系统中的应用[J].山东纺织经济，2009（2）：130-131.
[2] 崔勇.PLC技术在数控机床中的应用研究[J].神州， 2017（34）：208.
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