數控機床電氣控制系統的PLC設計

文/鄭宗河

1 數控機床電氣控制系統的結構

1.1 電氣控制單元

電氣控制系統是由電源和電機模塊以及運動控制器組成的?，F如今，我國數控機床的電源模塊電流主要包括以下兩種類型：一種是將固定的電流轉化成預定電流，并且能夠與運動控制器進行通信的可調電流；另外一種是難以轉化的電流，不能與運動控制器通信的不可調電流。電機模塊主要包括裝機裝柜型和書本型，其主要負責將通過的電流轉變成與電動機使用要求相符合的交流電。電氣控制模塊是數控機床的關鍵部位，其中，運動控制器是電氣控制系統的核心，它主要負責控制主體工作系統的運行和技術，以此來確保其順利運行以及電氣控制系統的正常運行。

1.2 執行部分

此部分主要是由數控機床直接對零件進行加工，通過控制電磁閥來實現機械的運行。通常情況下，換刀過程可能會改變刀具之前的運動軌跡，由于刀具在加工過程中常常會出現磨損或斷裂的現象，因此，采用光纖傳感器來檢測刀具，可以保證加工質量。

1.3 核心控制部分

核心控制部分主要指利用軟件來分析和應用程序。工控機在讀取輸入信息的過程中，向運動控制器中傳輸準確的信息，然后，運動控制器根據這些信息來控制電動機模塊，進而有助于控制整個機床工作區。此外，利用光柵尺對加工區域的信息進行檢測后，還應該通過傳感器將相關信息轉化成標準信息并向運動控制器中傳輸，借助傳感器來檢測機床的實際工作情況，并向電氣控制系統傳輸有關信息。

2 基于PLC的數控機床電氣控制方式的選取

一般來講，所選取的電氣控制方式直接決定著數控機床電氣控制系統的基本功能和穩定性。根據制定的標準、所控制目標的主要特點、精度與系統運行速度以及系統的性價比，確定X、Y軸選取PC機+運動控制器+電機+光柵尺來進行閉環控制。此種組合形式，能夠使PC機充分地發揮出自身的處理能力，從而提高了數據處理與人機交互水平，運動控制器的優點為高速性和高精度，光柵尺可以為系統提供精度1μm的位置信息。此外，運動控制器還可以向數控機床的各種類型的傳感器中接入，并及時加以處理，進而提高了系統的穩定性。其中，運動控制卡能夠接入的軸僅僅為幾根，然而，運動控制器卻可以一直增加軸的數量，從而有利于系統的優化。

3 PLC技術在數控機床中的控制功能

程序指令是PLC技術在數控機床中實現控制功能的基礎，也就是將目的明確的控制程序融入到相應的程序中，從而對信號的傳輸過程加以控制。另外，在此過程中，為了提升控制精度，還應該對有關的數控機床數據信息展開全面分析，并通過向可編程控制程序中植入PLC開關信號來控制數控機床?，F如今，此項技術能夠對數控機床的床側進行有效控制，特別是信號傳輸控制技術，能夠對數據進行準確地讀取和分析。除此之外，PLC技術還能夠有效地控制面板，進而為CNC提供了良好的保障；PLC技術對信號傳達進行了有效控制，穩定的控制技術在信號傳達中是避免信號傳達出錯或被遺漏的一種有效手段；PLC技術在報警系統的發展中也發揮著推動的作用，在數控機床電氣控制系統運行中，一旦某個運行環節發生了異常，就可以應用PLC技術來讀取異常信息，然后再向分析處理中心反饋并加以識別，以此來發現異常，并作出預警提示；PLC技術能夠加快轉換控制升級的進程，在數控機床工作過程中，各個操作流程之間的合理轉換是提升數控機床現代化、自動化發展的有效策略，在部分數控機床中加工中心組軸能夠實現立轉換或者是臥轉換，PLC技術的應用還能夠優化這一過程，進而提升了數控機床的控制性能。

4 PLC數控機床電氣自動化控制

4.1 硬件結構

4.1.1 機械手換刀

機械手主要包括兩個自由度，為氣動型。將機械臂向上伸展并利用刀具夾緊控制機械手汽缸進氣的動作，是通過控制電磁閥開關而達到目的的。應用SIMOTIOND來控制機械手的伸展長度，機械手的運動活塞具有磁性，主要是為了保證刀具能夠準確地回收到刀庫中。將磁感設備置于汽缸外壁，機械手伸展至有關位置后對開關接通進行感應，SIMOTIOND接收到信號后，及時關閉機械手的進氣路，從而發揮機械手限位功能。

4.1.2 斷刀檢測

斷刀檢測往往采取OC方式，利用光纖傳感器，OC門的接入線可以同24V電源進行連接，傳感器的兩根光纖分別接收和輸出紅外線，以此來確定刀具的有效性。

4.2 系統功能模塊

SIMOTIOND是下位機軟件的運行環境，它不僅能夠對數據信息進行接收，而且還能夠有效檢測執行部件和機床的實際工作情況。組軸完成后，往往由程序控制來操作軸，并利用操作系統來調用SIMOTIOND內部程序。系統所包括的功能模塊體現如下：

（1）軸使能功能塊。初始化需要啟動的軸。對一根軸進行使能是確保其啟動的重要基礎。

（2）軸的位置控制功能塊。將某根軸驅動至合適的位置。

（3）軸回零功能塊。就非絕對值編碼器而言，系統上各次的電軸一定要歸零，以此對軸的實時位置加以確定。

（4）關閉軸功能塊。通常在無需再次啟動軸時操作。倘若軸已經關閉，再在軸上運動就可能導致停機。

5 結束語

綜上所述，PLC技術是促進數控機床朝向數字化、智能化發展的必然趨勢，不僅是數控機床中的關鍵技術，而且還有利于提升數控機床加工精度。近幾年內，隨著我國工業科技水平的不斷提高以及計算機技術的快速發展，PLC技術在數控機床中開始得到了廣泛應用，從而在一定程度上提升了數控機床的加工與控制性能。