试析PLC在数控机床电气设计中的应用

夏斯国

摘 要：本文阐明了数控机床的工作原理，并对基于PLC的数控机床电气控制系统设计进行了探讨，旨在为相关工作人员提供一定的有益借鉴。

关键词：PLC；数控机床；电气控制；设计

1 引言

现代科技的迅猛发展，带动了制造业的再次复苏，数控机床对于实现自动化来讲不可或缺，因此其对于机械行业的重要性不言而喻。近年来市场对于工件精密度的要求不断提高，相应的对其加工设备也就是数控机床而言，也是提出了一定的要求。在整个数控机床内，控制系统实现的基本功能就是控制各个坐标轴的移动，除此之外，还控制着机床主轴的启停和转向，当然，还有对进给量的把控，更进一步来讲，还有进行换刀和夹具定位等，而这些操作没有很高的精确度是不能够实现的。在计算机技术的辅助下，可编程逻辑控制器（以下统称为PLC）技术发展到了一个全新的阶段，数控机床的作用就是能够自动的完成一些加工动作，而实现这个自动化的核心就是PLC系统。本课题就是以PLC 控制技术为中心进行研讨的，旨在达成以PLC 为基础而展开的电气控制方面的设计，重点在于介绍数控机床的工作原理，并且对电气控制系统中的关键部件进行分析，最后总结一套以PLC 为基础的数控机床电气控制系统的设计方案。

2 数控机床工作原理概述

数控机床的控制系统不仅包含软件，还有一部分硬件成分，其中最为关键的就是机械装置、电气电路还有上位机与下位机的软件，对于一个数控机床而言，它的控制系统就是整个设备的中枢神经，在工作原理上，以数字控制的形式发出指令，让设备的执行部分从而开始工作。

由PLC 的定义可以看出，逻辑分析部分是一定不可或缺的，当然，作为一套完整的系统就一定会有输入与输出部分。接下来对这三个部分进行分析，输入部分就是采集一些实际运动参数，参数来源就是需要被控制的部分，此外，输入部分还必须要有信息存储功能；逻辑分析部分主要充当大脑的作用，对输入的数据进行分析，而且还要判定由哪个部分进行执行；输出部分的动作就比较单一，即将处理后的信息发送到相关执行装置，由执行装置做出设定的行为动作。

3基于PLC的 数控机床电气控制系统硬件设计

接下来将会以硬件与软件的角度，对机床控制系统进行剖析。

（1）控制系统硬件部分

上位机：在这个系统中工控机就是上位机，工作人员在人机交互界面进行操作，操作内容就是将数据输入到系统的加工流程之中，并使其进行读取，界面的人性化设计支持人工修改加工参数，这些改动将快速被处理系统识别，然后根据相关行业协议，把这部分参数数据输入运动控制器，继而实现原定的操作动作。

SIMOTION 運动控制器：如果说控制系统是数控机床的大脑，那么SIMOTION 就是整个控制系统的神经中枢，有鉴于此，SIMOTION 具有良好的稳定性，整个系统也就能够平稳的运行。对于研究对象所配置的SIMOTION 来源于德国西门子公司，它的组成部分为PLC5300 和运动控制器。在控制方面它具有PLC 一贯具有的稳定性，不仅如此，其还兼具运动控制方面的灵活性。

电源模块：电源模块运用变换频率的形式，实现常用交流电向直流电的转换，之后使用一种称之为逆变器的元件，再将直流电变成工程所需的特定频率的交流电。借助电源模块SIMOTION 控制系统将工业供电变成直流，再输送至各个电机模块。电源模块进行细分还有两类，其一是可调电源模块，之所以称之为可调，是因为其可以按要求将转换过的直流电控制在特定范围，并能够进行调节使其在该范围内线性变化；与之对应的是一种不可调电源块，其只可控制固定电压的直流电，不过这种电源块有其独特的应用领域。

电机模块：这部分实现的作用就是将六百伏的直流电，通过转换变成特定频率的三相交流电，然后将能源供给电机使用。

光栅尺：电机自身装配有编译工具，然而这种编码器有一定的精度限制，基本上控制在十微米，不过这还是不能满足我们五微米的要求。基于此种考虑，需要使用光栅尺定位工作台，之后把测得的位置传递给控制器。

主轴：数控机床的主轴由于要求较多，因此经过比较选定了西风公司的产品。它的型号为PCB 钻孔主轴，这种主轴不但精度极高，而且十分稳定，同时能够工作很长时间具有较高的寿命。它的冷却系统性能优良，循环的工质为干净的水，在装夹上使用启动夹紧道具，这种方法极其稳定，效果优良。

众所周知，作为主轴经常需要进行高速运转，故而必须要保证精密性，这就必然要使用到一种高速变频器。就功能上来看，常用的V系列变频器是可以实现的。然而，由于不能匹配串行接口，将导致信息流通不顺畅，为了解决这个问题，研究人员尝试使用模拟量进行控制，成效斐然。

4 数控机床电气控制系统的软件设计

电气控制系统的固有特性就决定了数控机床的工作能力，换句话说，电气控制系统对数控机床的性能起着至关重要的作用，因此，研发相关电气控制软件是十分有必要的。相比于人机交互软件，SIMOTION 中的执行软件是在下位机软件范畴内的，它的数据是由上位机输入，然后借助执行部件开始运作的。

5 结束语

工业制造能力的提升带动了数控技术的蓬勃发展，再加上计算机信息技术的飞跃性进展，极大地提高了可编程逻辑控制器PLC 的逻辑处理能力，这使得其能够处理更加复杂的工序。与此同时，以PLC 为基础的数控技术在国内得到了极大地推广，但是遗憾的是，数控机床仍达不到较高水平，这显然限制了我国加工工艺的进步。究其原因，在于作为系统核心的电气控制部分没有成熟的技术。这也由此引出了本篇文章的相关理论解析，并且基于此还构建出一套基于PLC 的数控机床的电气控制系统，这不仅优化了数控机床的稳定性和灵活性，而且使得数控技术能更多的造福国民。

参考文献

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