数控机床电气控制系统的PLC设计

文/郑宗河

1 数控机床电气控制系统的结构

1.1 电气控制单元

电气控制系统是由电源和电机模块以及运动控制器组成的。现如今，我国数控机床的电源模块电流主要包括以下两种类型：一种是将固定的电流转化成预定电流，并且能够与运动控制器进行通信的可调电流；另外一种是难以转化的电流，不能与运动控制器通信的不可调电流。电机模块主要包括装机装柜型和书本型，其主要负责将通过的电流转变成与电动机使用要求相符合的交流电。电气控制模块是数控机床的关键部位，其中，运动控制器是电气控制系统的核心，它主要负责控制主体工作系统的运行和技术，以此来确保其顺利运行以及电气控制系统的正常运行。

1.2 执行部分

此部分主要是由数控机床直接对零件进行加工，通过控制电磁阀来实现机械的运行。通常情况下，换刀过程可能会改变刀具之前的运动轨迹，由于刀具在加工过程中常常会出现磨损或断裂的现象，因此，采用光纤传感器来检测刀具，可以保证加工质量。

1.3 核心控制部分

核心控制部分主要指利用软件来分析和应用程序。工控机在读取输入信息的过程中，向运动控制器中传输准确的信息，然后，运动控制器根据这些信息来控制电动机模块，进而有助于控制整个机床工作区。此外，利用光栅尺对加工区域的信息进行检测后，还应该通过传感器将相关信息转化成标准信息并向运动控制器中传输，借助传感器来检测机床的实际工作情况，并向电气控制系统传输有关信息。

2 基于PLC的数控机床电气控制方式的选取

一般来讲，所选取的电气控制方式直接决定着数控机床电气控制系统的基本功能和稳定性。根据制定的标准、所控制目标的主要特点、精度与系统运行速度以及系统的性价比，确定X、Y轴选取PC机+运动控制器+电机+光栅尺来进行闭环控制。此种组合形式，能够使PC机充分地发挥出自身的处理能力，从而提高了数据处理与人机交互水平，运动控制器的优点为高速性和高精度，光栅尺可以为系统提供精度1μm的位置信息。此外，运动控制器还可以向数控机床的各种类型的传感器中接入，并及时加以处理，进而提高了系统的稳定性。其中，运动控制卡能够接入的轴仅仅为几根，然而，运动控制器却可以一直增加轴的数量，从而有利于系统的优化。

3 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。

4 PLC数控机床电气自动化控制

4.1 硬件结构

4.1.1 机械手换刀

机械手主要包括两个自由度，为气动型。将机械臂向上伸展并利用刀具夹紧控制机械手汽缸进气的动作，是通过控制电磁阀开关而达到目的的。应用SIMOTIOND来控制机械手的伸展长度，机械手的运动活塞具有磁性，主要是为了保证刀具能够准确地回收到刀库中。将磁感设备置于汽缸外壁，机械手伸展至有关位置后对开关接通进行感应，SIMOTIOND接收到信号后，及时关闭机械手的进气路，从而发挥机械手限位功能。

4.1.2 断刀检测

断刀检测往往采取OC方式，利用光纤传感器，OC门的接入线可以同24V电源进行连接，传感器的两根光纤分别接收和输出红外线，以此来确定刀具的有效性。

4.2 系统功能模块

SIMOTIOND是下位机软件的运行环境，它不仅能够对数据信息进行接收，而且还能够有效检测执行部件和机床的实际工作情况。组轴完成后，往往由程序控制来操作轴，并利用操作系统来调用SIMOTIOND内部程序。系统所包括的功能模块体现如下：

（1）轴使能功能块。初始化需要启动的轴。对一根轴进行使能是确保其启动的重要基础。

（2）轴的位置控制功能块。将某根轴驱动至合适的位置。

（3）轴回零功能块。就非绝对值编码器而言，系统上各次的电轴一定要归零，以此对轴的实时位置加以确定。

（4）关闭轴功能块。通常在无需再次启动轴时操作。倘若轴已经关闭，再在轴上运动就可能导致停机。

5 结束语

综上所述，PLC技术是促进数控机床朝向数字化、智能化发展的必然趋势，不仅是数控机床中的关键技术，而且还有利于提升数控机床加工精度。近几年内，随着我国工业科技水平的不断提高以及计算机技术的快速发展，PLC技术在数控机床中开始得到了广泛应用，从而在一定程度上提升了数控机床的加工与控制性能。