基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用探讨

2018-01-29童群

中国设备工程 2018年17期

童群

（慈兴集团有限公司，浙江慈溪 315300）

机电一体化是当前科技发展的重大突破，随着集成电路的产生，并由于信息技术的飞速发展，使得机械技术与电子技术得到了有效的融合，从而产生了机电一体化技术。数控机床是机电一体化的代表性产品之一，在推进制造业发展中有着重要意义，同时，机电一体化在数控机床中的使用，对于我国现代化的建设也起到了举足轻重的作用。PLC即可编程逻辑控制器，是一种特地为工业生产自动化设计的数字运算操作电子系统，其核心是以编程的程序处理器，通过内部的存储记忆展开逻辑运算、顺序控制、定时等指令，把PLC机电一体化应用在数控机床里。在实际工作中，工作人员通过数字设备的输入输出就能控制生产过程，大大提高了数控机床的智能化能力，推进了工业生产的发展。

1 数控机床与 PLC 的概述

1.1 数控机床的组成

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。这种控制系统能够有效的处理具有控制编码或者其他符号、指令的程序，通过把指令进行译码，使用计算机数字代码来显示，最后通过信息载体输入对应的数控设备。数控机床由输入输出设备、CNC单元、伺服单元、驱动装置、可编程控制器PLC和电器控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置构成。

1.2 PLC性能概述

（1）编程简单。PLC是一种基础的计算机编程方式，它的指令简单，非常易于掌握，梯形图与传统的继电器控制图相似。PLC的输入和输出口能直接和继电器、接触器等相连，使用方便。且PLC的编程方法简单，对操作人员的文化水平要求不高，可以在短期内学会，使得PLC的可操作性大大提高。

（2）通用性强。PLC拥有较强的兼容性，在实际使用时，对同一台PLC只需要改变软件就可以对其他系统进行操作。同时，PLC系列的产品较多，可以通过互相组合来对不同系统进行控制。较高的兼容性使得它能满足不同的控制要求。

（3）体积小、重量轻、功能强，具有较高的性价比。PLC不但设备体积较小、重量较轻，而且拥有紧密的结构和坚固的外形，功能实用且强大，拥有非常高的使用性价比。并且在数控设备的安装过程中很容易装入，是机电一体化中最实用的控制设备。

（4）PLC具有较高的可靠性，抗干扰能力强。由于PLC的设计是特别为工业控制设计的专用计算机，所以它对环境有较强的适应性，且抗干扰能力强大。同时，在工作设计上也十分人性化，它可以根据硬件的支持去执行软件的全过程。PLC在周期性的循环扫描工作中，扫描的顺序可以通过用户的指令而改变，也可以根据自由的顺序进行。

2 PLC在数控机床中的作用

（1）机床操作面板控制。PLC在对数控系统进行控制时，主要是把操作面板上的信号传输给接口信号区。主要有3个功能：S功能，通过控制主轴转速使用二位代码或者四位代码进行替换；T功能，通过系统对机床刀库进行管理，实现工具的自动变换使用；M功能，即辅助功能。

（2）输入信号控制。PLC通过打开、关闭输入信号，传输给相应的控制对象，从而实现开关的控制作用。

（3）对各种电工元件进行控制。PLC能通过信号输出，对各种操作装置进行控制。

（4）伺服控制。在机电设备中，可以通过对计算机加载驱动装置，来伺服控制各种电动机。

（5）报警处理控制。PLC可以通过对机床产生的故障信号进行准确地收集，在收到报警数据时，产生报警信号，使工作人员能够及时发现和处理问题。

3 机械设计中PLC机电一体化技术的使用

机械技术是工业大机器生产的基础，PLC机电一体化技术的使用建立在机械技术的前提上，是对机械技术的智能化扩展和增强。在机械设计中，PLC机电一体化能够在防护装置、自动排屑装置、传动装置等方面使用。例如，在防护装置上，目前的数控机床一般把开放式的作业方式改为全封闭或者半封闭式，使得人工操作的干扰对PLC机电一体化的影响达到最小化，不需要操作人员随时掌握加工情况，且封闭的环境对生产没有不利影响，同时还减少了切削金属屑造成的破坏，使安全性得到了大大的提升；自动排屑主要经过内置机械器件进行，在数控机床工作时，切削残留的金属屑会对作业产生干扰，严重时甚至会减少锁刀等工具的使用寿命。在PLC机电一体化技术的基础下，在加工时，内置的机械器件能对金属屑进行自动收集，并集中处理，防止了破坏的产生；数控机床的传动系统分为主传动和进给传动两种模式，在传统方式下，两种模式需要同时启动，但是在PLC机电一体化的基础下，两者能够进行分离。可以在PLC系统中设定默认的控制程序，对主传动和进给传动进行分离控制，并且连接单独的伺服电机，大大提升了控制能力，使得系统能够进行多轴联动或者单轴联动，从而提升系统的工作效率。

4 执行与驱动技术中PLC机电一体化技术的使用

执行与驱动技术是数控机床各项工作进行具体执行的重中之重，也是PLC机电一体化技术在数控机床中使用的重点之一。伺服驱动技术面对的主要使用对象是执行原件和它的驱动装置，在全部的数控机床中，数控装置和执行设备一定是相连的，通信连接也具有很高的可靠性，使得全部的输入指令得到了快速的响应与执行。并且执行原件还能通过机械接口与执行机构展开连接，它们的相连能够使各种控制和调整指令得到准确有效地执行。在执行与驱动系统中使用PLC机电一体化技术，它的作用原理和控制环节具有一致性，操作人员的指令是改变数控机床使用的关键，PLC机电一体化技术能够精简全部过程。同时，还能确保改变的准确性。只要各种指令和单片机的储存记忆相同，那么改变就能有效进行，从而杜绝了传统机床中人为操作的失误。

5 自动控制系统中PLC机电一体化技术的使用

自动控制技术是PLC机电一体化技术的关键，它的作用是对单片机系统、通信系统、输入输出系统和执行构件进行支持。虽然不同数控机床在设计的细节上有所不同，但是在总的原理上还是相同，所以能够将PLC机电一体化技术集成到设备中去，使其在数控机床系统中得到使用。在具体使用时，机床的使用参数往往都需要随时调整，操作人员通过输入系统的调整指令，使通信系统把相关指令快速传输到单片机，单片机再通过在默认存储器中匹配与指令相对应的部分，确定指令准确后，把变更的参数指令传输给执行构件，从而完成参数的改变，并通过输出系统把改变的最后结果传递给操作人员，全部过程都是半无人化，且基本上小于5s。

在PLC机电一体化的技术支持下，使数控机床能够进行半自动化运行，具有较高精度的控制技术将使全部参数的改变都能够快速进行，避免了传统方式下因人工操作而造成的失误。尤其需要重视的是，当前我国各种数控机床面对的主要问题是电动稳定性控制，在机床运行时，由于受到电动机在飞速转动中带来的干扰，使得切削数据可能会慢慢偏离固定值，使得产品出现细微的偏差。但是在数控技术发达的德国，操作人员能够通过及时改变切削数据，使得系统保持产品的准确性，它的操作功能与我国现在使用的PLC机电一体化技术差别不大，能够起到一定的借鉴作用。例如通过把实时调整功能和现有的技术进行结合，抑或是通过添加报警系统，在实际工作值与标准参数出现较大差别时，机床自动产生警报，提示操作人员进行参数的更正，从而大大提升PLC机电一体化技术的使用有效性。