宋强
（宝鼎科技股份有限公司 浙江省杭州市 311106）
摘要：随着信息化产业的高速发展，PLC广泛应用于数控机床中。其在数控机床中的作用分为数字控制和顺序控制两部分，数字控制部分包括对各坐标轴位置的连续控制，要想更好地利用数控机床，就必须对数控机床的结构功能及系统有充分的了解。液压、冷却、润滑系统的运行控制,这一类动作的控制主要是进行开关量信号的顺序控制，一般由PLC来完成。它可以取代传统的低压控制电器从而实现逻辑顺序动作控制、计数和算术运算等各种操作功能。传统的继电器控制系统已经不能满足工业生产的需要，而可编程控制器(PLC)因其具有可靠性高，抗干扰能力强；同时也使数控机床的结构更紧凑，响应速度和可靠性也大大提高。数控机床的功能日趋完善，数控机床取代普通机床已是一种必然的趋势。
关键词：数控机床 PLC 可编程控制器
引言：随着数控机床的发展，PLC具有功能强，性能价格比高,硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；编程方法简单易学等显著特点，已成为人们的首要选择。
在此背景下，本文提出了数控机床的PLC设计思路。
1.PLC的基本组成
1.1 CPU模块
CPU的模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑，他不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。
1.2 I/O模块
输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，他们相当于系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。
1.3 编程器
编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器中。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，以及用于现场调试和维护。或者使用计算机装载相应编程软件作为编程器，这种形式可以使不同编程语言的相互转换；程序还可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。
1.4 电源
PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。小型PLC一般都提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。内部的开关电源为各模块提供DC5V，正负12V，24V等直流电源。
2.PLC程序在数控机床上的应用
PLC是一种可编程控制器。在数控机床上所利用的PLC有时叫PMC。其优势有：响应快、运行稳定，抗干扰能力强等特点。一般情况下，数控机床上应用的PLC程序有系统程序以及用户程序。其中系统程序含有编译程序及诊断程序、监控程序等，通过PLC生产厂家供给，并固化在EPROM中，用户不可以直接存取，也不需要用户干预。而用户程序是用PLC程序语言编制的应用程序，用户程序是用户按照现场控制的需要进行编辑的，用来实现各种控制动作。常用的PLC程序设计语言主要包括语句表、梯形图、功能块图等。用户程序可以通过PLC自带的通讯接口用软件进行在线调整也可以通过软件离线编辑，因此维修及设计更加方便快捷。
因为PLC具有丰富的控制指令；所以它可以用来完成数控机床很多执行机构的动作，还能够方便的对故障进行快速检测与维修。运用PLC程序对数控机床进行控制，或者为数控机床增加某个可执行动作及功能需要经过修改、编写PLC程序来完成；而且后期还需要大量的实际测试及监控。
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3.数控机床的安全控制设计
在使用数控机床的时候作者观察到：有些系统的机床在操作不合理或由于机床自身因素产生故障报警停机以后，应该消除报警并再次返回HOME点才能重新执行程序，可是有些系统的机床在消除报警后并不需要返回HOME点就可以直接再次运行程序。某企业有一台数控加工中心就出现过这样的情况：一次执行空运行时，由于不能满足设备加工的工艺要求，产生了机床报警引起停机，操作工解除报警后没有回HMOE点就再次运行空运转程序，导致主轴和夹具发生碰撞，引起主轴精度及动平衡超差。分析其原因：在机床运行的过程中报警停机以后，机床夹具与主轴的位置状态已经发生了改变，若是消除报警之后马上重新开始进行后续程序，就很容易发生机床主轴误动作引起主轴与夹具或工件发生碰撞。因此在机床控制程序的设计这程中，要充分考虑各类安全因素，增加并完善安全控制部分的程序。
4.PLC 在立式车床中的应用
4.1 立式车床概况
立式车床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件。用PLC 对系统进行逻辑控制和变速位置的数据处理，较好地实现了原工艺要求，简化了线路，提高了可靠性和机床的运行率。
4.2 PLC应用于立式车床的现实意义
目前PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，发展也十分迅速，在工业自动控制系统中占有极其重要的地位。其主要优点：功能完善，配套齐全，适用性强；可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、建造工作量小，易学易用，深受工程技术人员欢迎；维护方便，体积小，重量轻，能耗低；容易改造。PLC应用于立式车床的后，可将上述特点充分利用，从而提高立式车床的功能性及稳定性，并最大化的降低制造成本。
5.故障的检测与诊断
PLC的可靠性很高且本身有很完善的自我诊断功能，如果PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。大量的工程实践表明，PLC外部输入、输出设备故障率远远高于PLC本身的故障率，有时甚至造成人身和设备伤亡。停机后查找故障也要花费很多时间。为了方便查找故障，提高维修效率，可用PLC程序实现故障的自诊断和自处理。借助必要的诊断功能，必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障的原因，根据集成的原理做出诊断。
5.1超时检测
机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考。PLC在超出预定时间后还没有接收动作结束信号，定时器接通的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的循环程序，启动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。
5.2消除预知干扰
某些干扰是可以预知的，如PLC的输出命令使执行机构动作。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。大多数有关PLC的错误是外围接口信号故障，因此在维修时，假如通过检测明确运算程序有输出，但PLC的物理接口没有输出，就是硬件接口电路故障。但是PLC有些位置可以进行正常控制的动作，都应该不是PLC程序错误。
5.3逻辑错误检测
在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号相互之间有着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。
6.未来PLC发展的重点及趋势
人机界面更加友好；网络通讯能力大大增强；开发性和操作性大大发展；功能进一步增强，应用范围越来越广。
结语数控机床是集计算机技术、PLC技术、自动化技术等于一身的机、电一体化产物，随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件相对运动进行控制的机床，它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。而PLC是一类以微处理器为基础的通用型自动控制装置。由于它能克服传统继电器体积庞大，功耗高，可靠性差等困难，形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。PLC已成为人们选择数控机床所用顺序控制装置的主要选择。
参考文献
[1]田勇庆.数控机床维修改造中的问题与对策[J]2015
[2]基于PLC的数控自动换刀装置的设计与研究[J]2014
[3]段少磊.数控系统中软件PLC开发系统的研究与实现.2014
论文作者:宋强
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/23
标签：数控机床论文; 程序论文; 故障论文; 机床论文; 功能论文; 系统论文; 模块论文; 《电力设备》2016年第11期论文;