基于PLC的數(shù)控銑床不僅能夠保障操作的可靠性，還能夠自行診斷機(jī)器故障。這使得這類銑床在加工車間得到了廣泛應(yīng)用。PLC控制具有較高的可靠性和柔性，并且數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)周期短，特別適合應(yīng)用在機(jī)床的控制和診斷系統(tǒng)。應(yīng)用PLC控制能夠有效的提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。但是在設(shè)計(jì)和數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)基于PLC的數(shù)控銑床時(shí)，需要注意相關(guān)的技術(shù)問題，并采取合適的技術(shù)手段使得PLC控制系統(tǒng)能夠與數(shù)控系統(tǒng)完美的結(jié)合，這樣才能設(shè)計(jì)和數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)出具有高性能和高可靠性的數(shù)控銑床。

一、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)及其控制要求

　　每一種數(shù)控機(jī)床都有其基本組成部分，并且每個(gè)部分在整個(gè)系統(tǒng)中都起著重要的作用。因此，在設(shè)計(jì)和數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)的過程中需要明確每個(gè)部分的功用，這樣才能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。數(shù)控銑床和其他的數(shù)控機(jī)床一樣，都有其基本的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的控制要求。以下主要從數(shù)控銑床的基本結(jié)構(gòu)和控制要求進(jìn)行論述。

　　1.1、數(shù)控銑床的基本結(jié)構(gòu)

　　數(shù)控銑床的基本組成有：工控機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、可編程控制器PLC及CNC控制器，具體的情況如圖（1）所示。每一個(gè)組成部分都有各自的功能，其中CNC控制器主要完成位置顯示、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試等功能；伺服驅(qū)動(dòng)器主要完成G功能；變頻器主要完成S功能；工控機(jī)主要完成狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程通信和程序設(shè)置等功能；而可編程控制器PLC主要完成電氣控制和系統(tǒng)故障診斷。

　　圖（1）數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　1.2、數(shù)控銑床的控制要求

　　數(shù)控銑床的控制可以分為主控和輔助控制部分。主控部分主要是對(duì)銑床的主軸進(jìn)行控制，采用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制。輔助控制主要是通過將PLC 的輸出和輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的其他功能單元連接起來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的M、T的相關(guān)功能。此外，數(shù)控銑床的控制還要能夠?qū)崿F(xiàn)故障檢測(cè)的功能以及控制冷卻泵、潤(rùn)滑油泵等一些輔助控制功能。

二、PLC的相關(guān)概述

　　PLC是基于電子計(jì)算機(jī)的一種點(diǎn)控制器，通過電路的物理過程來實(shí)現(xiàn)控制，在實(shí)現(xiàn)控制功能的過程中主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序。雖然PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但功能和普通計(jì)算機(jī)的功能存在著很大的差別。PLC控制系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程也很簡(jiǎn)單。基于它的這些優(yōu)點(diǎn)，數(shù)控銑床中廣泛使用這一系統(tǒng)，這也使得PLC控制技術(shù)得到了快速的發(fā)展。

三、PLC選型及其硬件電路的設(shè)計(jì)與開發(fā)

　　本文所論述的數(shù)控系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控銑床對(duì)控制系統(tǒng)及故障診斷的相關(guān)要求，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)需要選用功能強(qiáng)大的SYSMAC CPMIA型可編程控制器。這種可編程的控制器有40點(diǎn)的輸入和輸出，并且在這40個(gè)點(diǎn)中有24個(gè)是輸入點(diǎn)，16個(gè)是輸出點(diǎn)。由于這種控制器是輸入、輸出一體化的組件型結(jié)構(gòu)，在安裝和調(diào)試時(shí)很方便，輸入響應(yīng)的速度比較快，同時(shí)也還能夠進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。圖（2）為PLC輸入與輸出的電路圖。

圖（2）PLC輸入、輸出電路

　　PLC的脈沖輸出包括獨(dú)立模式和連續(xù)模式，在使用獨(dú)立模式進(jìn)行脈沖輸出時(shí)需要設(shè)置輸出的脈沖個(gè)數(shù)，然后利用@SPED指令設(shè)置脈沖的地址、輸出模式和脈沖頻率，最后才能夠進(jìn)行脈沖的輸出。此外，還可以利用@SPED指令改變輸出頻率的設(shè)置，在脈沖輸出時(shí)改變輸出脈沖的頻率，在完成脈沖輸出后，利用@PULS指令設(shè)置最終的脈沖個(gè)數(shù)，所有脈沖輸出后自動(dòng)停止相關(guān)的動(dòng)作。上述的脈沖控制指令只能實(shí)現(xiàn)單向脈沖控制，要想控制銑床電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)的控制，還需要加上方向的控制。在實(shí)現(xiàn)電機(jī)方向控制時(shí)可以選用IR01003作為輸出脈沖方向控制端口，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)銑床電機(jī)正反轉(zhuǎn)向的控制。

四、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)

　　通過PLC軟件控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控銑床的控制，通常通過RS-233C通信接口在PC機(jī)WINDOWS環(huán)境下根據(jù)相應(yīng)的控制要求與PLC輸入、輸出地址表可以利用梯形圖編制相關(guān)的控制程序。通常情況下PLC本身的可靠性相對(duì)比較高，但是與PLC外接輸出元件容易發(fā)生故障。因此，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)，需要確保軟件具有檢測(cè)和消除故障的功能，這樣才能夠使整個(gè)數(shù)據(jù)銑床的可靠性得到大幅度的提高。以下主要對(duì)數(shù)控銑床PLC軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)中的相關(guān)問題進(jìn)行論述。

　　4.1、強(qiáng)電關(guān)斷優(yōu)選原則

　　在數(shù)控銑床的軟件設(shè)計(jì)及開發(fā)中一定要主要強(qiáng)電關(guān)斷優(yōu)選原則。在控制信號(hào)中只要有強(qiáng)電關(guān)斷的信號(hào)，其他的信號(hào)無論出于何種狀態(tài)都需要關(guān)斷強(qiáng)電。簡(jiǎn)單的說就是信號(hào)中有關(guān)斷信號(hào)，無論其他的信號(hào)處于何種狀態(tài)，中間繼電器都會(huì)被關(guān)斷，只有關(guān)斷信號(hào)啟動(dòng)后，中間繼電器信號(hào)才能夠啟動(dòng)，并且中間繼電器通過常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自鎖。在關(guān)斷信后關(guān)閉后，中間繼電器仍然保持著原來的狀態(tài)。

　　4.2、動(dòng)作的互鎖控制

　　在設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)還需要注意動(dòng)作的互鎖控制。數(shù)控銑床的主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是不可能同時(shí)發(fā)生的的動(dòng)作，一旦一個(gè)動(dòng)作發(fā)生了另一個(gè)動(dòng)作就不可能在這一時(shí)間發(fā)生，要想實(shí)現(xiàn)這一控制功能，需要采用互鎖控制。這時(shí)可以采用M200和M210的常閉觸點(diǎn)作為互鎖信號(hào)，然后在串入M200和M210的控制回路關(guān)斷，進(jìn)而來保障主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)不可能同時(shí)動(dòng)作。當(dāng)M200和M210兩個(gè)中間繼電器啟動(dòng)的先決條件就是另外的一個(gè)回路必須處于關(guān)斷狀態(tài)，具體的情況如圖（3）所示。此外，任何一個(gè)回路的啟動(dòng)都會(huì)同時(shí)的將另一個(gè)控制回路關(guān)斷，這樣才能夠保障主軸正反轉(zhuǎn)不在同一時(shí)間發(fā)生。

圖（3）主軸轉(zhuǎn)向控制電路圖

　　4.3、動(dòng)作順序聯(lián)鎖控制

　　數(shù)控銑床一些操作順序需要注意順序的聯(lián)鎖控制，有些是有嚴(yán)格順序要求的，不能夠出現(xiàn)順序錯(cuò)誤，否則會(huì)影響數(shù)控銑床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工件的加工質(zhì)量。在設(shè)計(jì)軟件時(shí)需要控制各個(gè)執(zhí)行動(dòng)作的順序，通常會(huì)采用聯(lián)鎖控制的方法進(jìn)行順序的控制。簡(jiǎn)單的說就是選擇前一個(gè)動(dòng)作的常開觸點(diǎn)串聯(lián)在下一個(gè)動(dòng)作的啟動(dòng)回路中，并且還需要將后一個(gè)動(dòng)作的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在上一個(gè)動(dòng)作的關(guān)斷電路中，這樣前一個(gè)動(dòng)作完成后將自動(dòng)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作程序，避免出現(xiàn)動(dòng)作顛倒的情況。數(shù)控銑床的PLC控制軟件設(shè)計(jì)中注意動(dòng)作順序的控制將會(huì)大大的提高產(chǎn)品加工的可靠性和產(chǎn)品的質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控行業(yè)也得到了快速的發(fā)展，一些數(shù)控產(chǎn)品也相繼誕生。PLC控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，使得這種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床。然而基于PLC的數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和開發(fā)還需要進(jìn)一步的研究，才能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。