摘要：PLC控制技术在数控机床中的应用越来越广泛，是高性能数控机床不可或缺的控制装置。本文针对PLC控制技术在数控机床中的应用，介绍了PLC控制系统及其分类，并详细分析了PLC的组成和工作方式。
关键词：PLC；数控机床；控制系统
引言
随着计算机技术与自动控制技术的发展，数控机床的控制已经由传统的继电器逻辑电路RLC升级成了可编程逻辑控制器PLC。PLC在数控机床的控制中，不仅可以对各个坐标轴进行连续控制，还可以控制主轴的起停，刀具的更换，工件的夹紧，液压系统、冷却系统、报警系统的控制。同时，PLC控制系统具有程序简单清晰、硬件电路抗干扰能力好、可靠性高，高性价比的优点。
1可编程逻辑控制器介绍
1.1PLC概述
可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运行而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器是计算机技术与自动控制技术有机结合的一种新型的工业控制器。具有以下特点：1）削弱了微机的数字处理功能，强化了逻辑运算处理功能；2）具有很强的抗干扰能力，适应恶劣的工业环境；3）结构紧凑、体积小，易于安装在数控机床中；4）编程简单、操作方便、易于控制。
1.2PLC分类
数控机床中采用的PLC控制系统种类很多，型号规格较多，按结构形式分类可以分为两类，一类是内装型PLC，一类是独立型PLC。1.2.1内装型PLC内装型PLC是指数控机床CNC的生产商在设计研发时就将PLC与CNC综合考虑，将PLC内嵌进数控机床中，PLC与CNC之间则通过CNC的输入/输出接口实现数据的传输。该方式结构简单，PLC可以共用CNC的CPU，无需单独供电，整台机床的性价比较高。目前我国的沈阳机床厂、大连机床厂均在自助开发控制系统。1.2.2独立型PLC独立型PLC是指控制系统生产商单独生产提供的，它们的输入输出接口，控制点数，程序存储量、CPU功能均与对应机床相适应，能够独立的完成控制任务，因此又称为通用型或外装型PLC。独立型PLC一般采用积木式模块结构或插板式结构，形式简单，易于维护、升级和扩展。目前常用的独立型PLC生产商有华中数控、德国西门子、日本发那科等。
2PLC的组成及工作方式
2.1PLC内部结构
PLC控制系统主要是由微处理器CPU、存储器、输入/输出模块、外围设备和电源组成。其中CPU与常用计算机的CPU一样，是PLC控制系统的核心，用以解释和处理程序中的命令，在运行中可以读取用户程序，解释指令的内容，按指令规定的任务，产生相对应的控制信号。存储器分为系统存储器和用户存储器，系统存储器用以存储监控程序、模块化应用子程序和各系统参数，用户存储器用以存放用户程序。扩展单元当主机默认的输入输出点数不够时，可以扩展模块来增加输入输出的点数，不能单独使用，只能与主机一起使用。外围设备包含编程器、继电器、电磁阀和指示灯。
2.2工作方式
数控机床中的PLC控制系统的工作方式总是按顺序执行用户编制的程序，在每一个时刻执行一道命令，因为执行速度非常快，我们认为该响应为实时响应。用户在扫描程序时，扫描过程分为三个阶段，输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。可编程控制器执行完上述的三个阶段为一个扫描周期，不同PLC的处理能力不同，一般执行1000条指令时间约为1ms到10ms。输入采样阶段：可编程逻辑控制器在输入采样阶段以扫描的方式按照一定顺序依次读入输入模块的信息，并保存至寄存器中。在程序不断被执行时，当外部输入信号发生变化后，此时在寄存器中的信息也不会发生改变，只能在下一个工作周期从输入采样阶段重新被读入。程序执行阶段：在寄存器中的每一条指令首先被读入，然后都会被扫描，扫描完成后进行CPU的逻辑运算，运算后的结果经过输入输出模块运送到输出寄存器。输出刷新阶段：这是整个工作流程的最后一步，在所有指令执行完成后，将输出寄存器的输出状态送到输出电路，形成最终控制输出过程。
2.3PLC在数控机床中的控制功能
PLC是数控机床的控制中心，各个运动的实现均依赖于PLC的控制，PLC的控制功能主要有以下五方面：操作面板的控制：操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行。机床外部开关输入信号：将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号(如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等。输出信号控制：PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。功能实现：系统送出T指令给PLC，经过译码，在数据表内检索，找到T代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号。M功能实现：系统送出M指令给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。M指令完成，系统发出完成信号。
3结论
我国是一个制造业大国，对机床的需求量十分广泛，但是我国的高端数控机床自主研发生产并不多，很多依赖进口。未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而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。
参考文献
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[2]谭华,王建军.PLC程序在数控机床故障诊断中的应用[J].无锡商业职业技术学院学报,2006,(6):10~13
[3]张阳，刘建通.浅谈PLC在数控机床中的应用研究[M].速读旬刊[J],2015(10)
作者：陈琛 单位：兰州石化职业技术学院
