PLC机电一体化技术在数控机床中的应用

PLC机电一体化技术在数控机床中的应用

潘艳洁

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摘要：可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）应用领域较为广泛。在数控机床（ComputerizedNumericalControl，CNC）中应用PLC能有效提高工作效率，避免出现人为失误，且在操作时具有较强的安全性和稳定性。在PLC技术发展过程中，通过不断合理优化和设计可提高其功能和效率。采用PLC技术是应对目前国内市场数控机床的高要求比较理想的解决方案。本文主要分析PLC机电一体化技术在数控机床中的应用。

关键词：可编程逻辑控制器（PLC）；机电一体化；数控机床（CNC）

引言

在数控机床中应用PLC技术可以降低劳动力，提高工厂的工作效率。对于工业企业来讲，采用PLC技术有助于降低生产成本，实现工业的智能化发展。从长远来看，PLC技术可以促进机械制造业的发展。在数控机床中应用PLC技术是一种先进可靠的技术创新策略，可以提高数控机床的生产效率、质量及稳定性，实现企业管理的标准化和规范化。

1、PLC的工作原理

PLC主要负责对数控机床系统中的各种电气开关进行逻辑切换以及对刀具的轨迹进行逻辑控制。数控系统主要负责数控机床加工参数的配置、加工线程之间的管理和调度以及加工轨迹的运动控制。PLC与数控系统在数控机床的工作中互为补充，通过对切换信息进行调度，以达到对机床的逻辑控制作用，从而保证机床的正常工作。PLC软件的工作模式是以扫描的形式进行的，PLC的工作流程包括采样输入、程序执行、信号输出三个阶段[。1）采样输入阶段。PLC以扫描方式读取各种现场外部输入信号，经过输入模板的整合后，把输入信号存储到输入映像区中。2）程序执行阶段。PLC通过依次执行用户程序（即梯形图或者指令码）中的逻辑运算，然后按照由上到下、从左到右的顺序将加工后的数据存入输出映像区，以备以后的系统调用，也可以直接用作机床的控制输出。3）信号输出阶段。当用户程序执行完毕后，CPU根据输出映像区中的数据刷新输出锁存回路，进行扫描和输出。数据寄存器将状态数据从输出图像中抽取出来，并传递给输出模板进行转化，然后将其转化为相应的执行文档，再由输出回路驱动相应的外设。

2、PLC在机电一体化生产系统中的运用

在运动控制中的应用。将PLC运用道机电一体化生产系统中，既能实现直线运动控制，也可以实现圆周和间歇式的运动控制。传统机电设备生产系统控制主要是利用位置传感器和执行结构来完成运动控制，控制精度不足，不利于生产效率和质量的提升。而通过PLC技术，通过设置专门的模块，就能实现对机电一体化生产系统运动的精细化控制，从而实现对具有运动控制功能产品的精细化生产。基于PLC的运动控制功能，在机械装配、机床切削等领域中有良好的应用，由于PLC技术具有极强的运动控制功能，可在复杂的条件下连续生产，因此，具有良好的应用范围，例如：将PLC运动控制技术运用到磁选机中，可大幅度提升机电设备的电气性能和自动化水平。在开关逻辑中的应用。将PLC技术运用到机电一体化生产系统中，还能实现对开关逻辑的有效控制，这对特点决定，PLC在机电一体化生产系统中极高的应用价值。例如：用PLC技术来取代继电器控制，可进一步提升机电设备控制的准确性。将PLC技术应用到CNC机床控制系统中，可大幅度提升CNC机床控制系统上图形显示效果，以及数据处理的及时性和有效性。在数控机床中运用PLC技术，能够促使逻辑处理任务被更好的执行和完成，提升生产效率和质量。例如：可将PLC技术应用到自动播种机生产系统中，可降低生产系统结构的复杂性，提升播种的均匀性和稳定性。在数据处理中的应用。数据处理是机电一体化生产系统运行的核心环节，对绝大多数的机电一体化生产系统而言，数据处理质量的高低直接关系到各项生产活动执行的合理性，以及最终结果的有效性。

3、PLC机电一体化技术在数控机床中的应用

3.1机械设计的应用

为实现工业制造过程的自动化和机械化，需要对机器进行有效的设计和控制。在机械设计中有计算机辅助设计、数控加工技术、数字化加工和机电一体化等多种不同的方法。计算机辅助设计通过结合传统的计算机辅助技术与机械部件控制生产过程，可以通过计算机生成模型取代传统的实体模型。这个模型中，每个零部件都可以被分解成一个零件。数控技术是通过计算机系统加工设备的技术，可控制零部件的形状、尺寸等，不仅是一种现代生产技术，还是由一系列电子和机械部件组成的复杂系统，具有精确性、速度和可靠性等特性。数字化设计是利用先进科学技术优化产品结构实现产品结构优化的过程。该技术可将产品设计从传统的经验设计阶段转移到科学发展阶段，从传统制造向信息制造转变。现代机械产品很大程度上都可通过数字化设计来完成。

3.2控制面板的应用

PLC控制面板一般由控制系统和报警系统组成。控制系统中包括PLC控制模块和电气控制模块，其中电气控制模块包括信号处理电路、电源电路和电气连接，信号处理电路包括报警继电器电路、信号传输模块、电压/电流测量模块、时间测量与频率测量接口、通信接口和信号切换开关。电源电路包括交流电源和直流电源。PLC程序中包括主程序、子程序、报警系统、逻辑判断以及定时/计数。PLC在数控机床中的应用，提高了数控机床的智能化程度。在加工数控机床时，为提高生产效率，缩短生产时间，需对数控装置进行编程实现自动编程，提高生产效率。一般采用基于个人计算机或嵌入式PLC（可扩展）的控制系统编写操作和运行程序。当PLC出现故障时，采用现场总线切换数控机床内部的功能模块，保证数控系统正常运行。对数控机床进行编程时，一般需要用到多个PLC程序语言。

3.3PLC设备的安装调试

从机电一体化设备的配线角度出发，可以得知，PLC控制体系主要包含电源电缆、动力线路、控制电路、I/O连线等，同时也需要实施科学合理的配线，只有这样才能从根本上强化PLC控制体系的稳定、可靠运行。与此同时，不仅需要在PLC控制体系中涉及的元件与电源之间保留充足的工作时间间隔，以此来有效降低电气因素对元件设备带来的干扰，还需要将PLC控制系统的输入线路与输出线路进行分离，并且其接地电阻值也应该低于屏蔽层输出电压的1/10。同时，为了最大限度减少外界原因对PLC装置工作环境的影响，对于所有PLC设备的基本单元、扩展单元、不同功能模块之间的电缆接口必须分别配备。此外，针对I/O线安装调试设备，I/O线的输入线路距离应该限制在30m以内，并避免采用正常开点的方法与输入端口进行串联。在I/O线配置过程中，要采取一定的抗干扰保护措施，最常见的是增设继电保护装置等。

结束语

综上所述，PLC实现数控机床的电气控制是一种非常有效的方法。在实际使用中，其控制技术灵活、效率高，能很好地适应数控机床的监控要求。若要进行某些比较繁复的加工作业，则可以通过调整控制策略来提升其开发与设计的效率，既可以减少生产费用，又可以改善其品质。

参考文献：

[1]孙庆峰.工业自动化PLC控制的应用与调试研究[J].南方农机，2022，53(12)：144-146.

[2]周宝仓.大型数控成形磨齿机几何误差理论及补偿方法研究[D].重庆：重庆大学，2017.

[3]李海兵.分析PLC在数控机床控制系统中的应用[J].科技创新导报，2020，17(1)：102+104.

[4]文晓宇.基于PLC的数控机床自动控制系统研究[J].机械管理开发，2022，37(1)：223-224.

[5]彭潮.电气自动化设备中PLC控制系统的运用与实现[J].商情，2018(30)：185.