摘要：目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，数控机床具有加工精度高、加工质量稳定、生产率高等优点，被广泛应用在机械生产及零件加工中。数控机床构成复杂，其中电气控制系统是数控机床的核心，其质量是衡量数控机床优良性能的重要指标。因此，在明确数控机床电气控制技术的基础上，做好数控机床电气控制系统设计，对提升数控机床性能具有重要意义。
关键词：PLC；数控机床；安全控制；设计
引言
随着科学技术水平的提高，PLC技术在数控机床中得到了广泛应用，尤其是在数控机床的电气控制系统中，从而既提升了数控机床的控制能力，同时还与市场对精密设备提出的要求相符合。文中重点分析了数控机床电气控制系统的PLC设计方法。
1、PLC控制技术工作原理
1）特性。所谓可编程逻辑控制PLC实际上就是一种数字运算电子系统，主要是为了能够在工业环境下正常运行加以设计。其中主要是通过可编程序的存储器，利用存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等各种功能的用户指令，输入或者输入数字、模拟式等，对各式各样的机械或生产程序进行全方位控制。可编程逻辑控制器是计算机技术与自动控制技术相结合的新型工业控制器，其具有四大主要特性，第一，能够削减微机数字处理功能，加强逻辑运算处理；第二，具备强大的抗干扰能力，可以很好地适应恶劣的工业环境；第三，结构紧凑、体积较小，容易在数控机床中进行安装；第四，编程流程简单，易于操作和控制。2）工作原理。在数控机床中，PLC控制系统严格按照既定顺序，实时用户编制程序，在规定时间内执行相关命令，由于速度比较快，其响应则应选择实时响应模式。在进行程序扫描的时候，用户将过程划分为三大阶段，即输入采样、程序执行、输出刷新。可编程控制器在执行完以上阶段之后，作为一次周期，不同的PLC，其处理能力大不相同，一般执行1000条的指令，所利用的时间大约在1ms-10ms之间。第一，输入采样阶段，可编程逻辑控制器在此阶段，通过扫描方式，根据相关顺序，读入和输入模块上的信息，并在寄存器中进行保存。在执行程序时，外部输入信号产生变化，这时寄存器中的信息不会发生变化，只好在下一周期从输入采样阶段重新读入；第二，程序执行阶段，在寄存器中的指令先读入和输入，再进行扫描，完成之后，度CPU进行逻辑运算，结果经过输入与输出模块，运送进入输出寄存器；第三，输出刷新阶段，在此环节，完成所有指令之后，把输出寄存器的输出状态传送到输出电路上，以此构成最终控制输出流程。
2、数控机床电气控制系统设计
2.1主轴电机电气控制系统设计
主轴电机电气控制系统设计工作应在明确控制原理以及工作过程的基础上进行，认真考虑各设计环节，保证设计质量。首先，选择合适配件。对数控机床用途进行分析，认真对比不同类型号主轴电机、变频器，额定电压、额定电流、额定功率等参数，选择最佳的组合，满足加工工作要求。主轴电机运行的控制过程为：数控系统CNC将使能信号传输给主轴驱动器，使主轴电机做好启动准备，而后等待启动命令，从CNC键盘输入启动命令，便可启动运转。其次，做好主轴保护。主轴运行时，为防止出现异常，损坏主轴电机，设计时应采取措施保护主轴。一方面，设置过热温度阀值，如设为110℃，一旦温度超过该值，自动向系统传输过热信号，系统接收到信号后报警。另外，变频器对电机内部电流、功率、转速等参数进行检测，并将异常信息传输给CNC系统，显示相关类型的报警。另一方面，当出现干扰严重、电压不稳、突然断电等不良状况时，电气控制系统应能作出响应，将异常造成的影响降到最低，例如，供电突然中断时，PLC、变频器、CNC内部电源负责存储重要的程序及参数，供电恢复后能继续运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当因短路导致电流升高时，一旦超过设定的某个数值，漏电开关便动作、断开，避免重要部件受损伤害操作人员。最后，设定合理参数。为保证主轴电机正常运行，方便操作，设计人员应根据实际操作需求，设置相关参数，并做好运行调试。
2.2 PLC技术在数控机床中的控制功能
程序指令是PLC技术在数控机床中实现控制功能的基础，也就是将目的明确的控制程序融入到相应的程序中，从而对信号的传输过程加以控制。另外，在此过程中，为了提升控制精度，还应该对有关的数控机床数据信息展开全面分析，并通过向可编程控制程序中植入PLC开关信号来控制数控机床。现如今，此项技术能够对数控机床的床侧进行有效控制，特别是信号传输控制技术，能够对数据进行准确地读取和分析。除此之外，PLC技术还能够有效地控制面板，进而为CNC提供了良好的保障；PLC技术对信号传达进行了有效控制，稳定的控制技术在信号传达中是避免信号传达出错或被遗漏的一种有效手段；PLC技术在报警系统的发展中也发挥着推动的作用，在数控机床电气控制系统运行中，一旦某个运行环节发生了异常，就可以应用PLC技术来读取异常信息，然后再向分析处理中心反馈并加以识别，以此来发现异常，并作出预警提示；PLC技术能够加快转换控制升级的进程，在数控机床工作过程中，各个操作流程之间的合理转换是提升数控机床现代化、自动化发展的有效策略，在部分数控机床中加工中心组轴能够实现立转换或者是卧转换，PLC技术的应用还能够优化这一过程，进而提升了数控机床的控制性能。
2.3 PLC控制模块设计
本研究探讨的PLC控制模块主要负责对换刀系统、照明系统、润滑系统、冷却系统等辅助系统的控制。设计时应注重以下内容的认真落实。（1）外部接线设计。设计时根据子系统需要预留合适数量的输入端口以及报警输出。例如，换刀系统有5个报警输出、5个输入；照明系统有4个输出、1个输入；润滑系统有2个报警输出，2个输入。另外，设置时应留有1/3的余量。其次，润滑与冷却系统设计。润滑及冷却系统电气控制系统分为电机控制、PLC控制，其中电机控制流程为：系统做好充分准备，CNC发出相关信号促使润滑系统运行，进行15s润滑后停止。接通压力开关时25min后断开，润滑冷却电机运行15s，并循环工作。（2）设置冷却液不足、润滑油不足、电机过载等信号，一旦系统监测到这些信号便报警。PLC控制的过程为：在两个时间继电器作用下，控制润滑冷却间隙，而后在PLC控制下进行周期性的润滑操作。（3）照明和信号等系统设计。数控机床运行时，照明系统便自动运行，并且控制柜中的照明只有控制柜开启时才工作。信号系统指示情况为：机床开机显示为黄灯；系统报警或紧急停止，显示为红灯；系统正常运行时显示为绿灯。
结语
总之，数控机床集中了计算机技术、PLC技术、自动化技术等，其机电一体化的产物。而数控系统是数控机床的核心组成部分，其直接关系着设备运行的正常性与稳定性，通过合理利用数控机床的PLC功能，能够将控制系统的作用全面发挥出来，同时还有助于数控机床故障诊断与维修工作的开展。而基于PLC的数控机床安全控制设计，在很大程度上避免了由于工作人员失误造成的机床主轴与夹具、工件相互碰撞产生的隐患，从而保障了生产的安全性，并带来了良好的经济效益与社会效益。
参考文献
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论文作者:王娟1,周丽兵2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：数控机床论文; 控制系统论文; 系统论文; 信号论文; 技术论文; 电气论文; 可编程论文; 《电力设备》2019年第1期论文;