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摘要：随着我国科学技术的快速发展，数控技术也得到了不断的提高。数控产业的发展使得数控系统的社会需求量逐步增加。我国传统的机床控制系统一般采用硬件逻辑控制电路，不能够确保机床的可靠性。PLC控制系统不仅具有较高的可靠性和经济性，还能够适用于机床的故障诊断系统。基于这一优势，使得PLC空着系统在各类数控机床中得到了广泛的应用。本文重点论述了基于PLC的数控铣床的设计与开发的相关问题。
关键词：数控铣床；PLC系统；可编程控制器；设计；开发
【分类号】：TG547
引言
基于PLC的数控铣床不仅能够保障操作的可靠性，还能够自行诊断机器故障。这使得这类铣床在加工车间得到了广泛应用。PLC控制具有较高的可靠性和柔性，并且开发周期短，特别适合应用在机床的控制和诊断系统。应用PLC控制能够有效的提高控制系统的稳定性和产品的生产效率。但是在设计和开发基于PLC的数控铣床时，需要注意相关的技术问题，并采取合适的技术手段使得PLC控制系统能够与数控系统完美的结合，这样才能设计和开发出具有高性能和高可靠性的数控铣床。
一、数控铣床的结构及其控制要求
每一种数控机床都有其基本组成部分，并且每个部分在整个系统中都起着重要的作用。因此，在设计和开发控制系统的过程中需要明确每个部分的功用，这样才能够满足实际生产的要求。数控铣床和其他的数控机床一样，都有其基本的结构和相应的控制要求。以下主要从数控铣床的基本结构和控制要求进行论述。
1.1、数控铣床的基本结构
数控铣床的基本组成有：工控机、伺服驱动器、变频器、可编程控制器PLC及CNC控制器，具体的情况如图（1）所示。每一个组成部分都有各自的功能，其中CNC控制器主要完成位置显示、参数设置、调试等功能；伺服驱动器主要完成G功能；变频器主要完成S功能；工控机主要完成状态显示、参数设置、远程通信和程序设置等功能；而可编程控制器PLC主要完成电气控制和系统故障诊断。
图（1）数控系统结构简图
1.2、数控铣床的控制要求
数控铣床的控制可以分为主控和辅助控制部分。主控部分主要是对铣床的主轴进行控制，采用PLC取代传统的继电器控制。辅助控制主要是通过将PLC 的输出和输入接口与数控系统的其他功能单元连接起来实现机床的M、T的相关功能。此外，数控铣床的控制还要能够实现故障检测的功能以及控制冷却泵、润滑油泵等一些辅助控制功能。
二、PLC的相关概述
PLC是基于电子计算机的一种点控制器，通过电路的物理过程来实现控制，在实现控制功能的过程中主要靠运行存储于PLC内存中的程序。虽然PLC基于电子计算机，但功能和普通计算机的功能存在着很大的差别。PLC控制系统具有较高的可靠性和稳定性，并且系统采用模块化结构，编程也很简单。基于它的这些优点，数控铣床中广泛使用这一系统，这也使得PLC控制技术得到了快速的发展。
三、PLC选型及其硬件电路的设计与开发
本文所论述的数控系统要能够实现数控铣床对控制系统及故障诊断的相关要求，为了能够实现这一目标需要选用功能强大的SYSMAC CPMIA型可编程控制器。这种可编程的控制器有40点的输入和输出，并且在这40个点中有24个是输入点，16个是输出点。由于这种控制器是输入、输出一体化的组件型结构，在安装和调试时很方便，输入响应的速度比较快，同时也还能够进行I/O口扩展。图（2）为PLC输入与输出的电路图。
图（2）PLC输入、输出电路
PLC的脉冲输出包括独立模式和连续模式，在使用独立模式进行脉冲输出时需要设置输出的脉冲个数，然后利用@SPED指令设置脉冲的地址、输出模式和脉冲频率，最后才能够进行脉冲的输出。此外，还可以利用@SPED指令改变输出频率的设置，在脉冲输出时改变输出脉冲的频率，在完成脉冲输出后，利用@PULS指令设置最终的脉冲个数，所有脉冲输出后自动停止相关的动作。上述的脉冲控制指令只能实现单向脉冲控制，要想控制铣床电机的正、反转的控制，还需要加上方向的控制。在实现电机方向控制时可以选用IR01003作为输出脉冲方向控制端口，这样就能够实现铣床电机正反转向的控制。
四、PLC控制系统的软件设计与开发
通过PLC软件控制系统实现对数控铣床的控制，通常通过RS-233C通信接口在PC机WINDOWS环境下根据相应的控制要求与PLC输入、输出地址表可以利用梯形图编制相关的控制程序。通常情况下PLC本身的可靠性相对比较高，但是与PLC外接输出元件容易发生故障。因此，在进行软件设计和开发时，需要确保软件具有检测和消除故障的功能，这样才能够使整个数据铣床的可靠性得到大幅度的提高。以下主要对数控铣床PLC软件设计和开发中的相关问题进行论述。
4.1、强电关断优选原则
在数控铣床的软件设计及开发中一定要主要强电关断优选原则。在控制信号中只要有强电关断的信号，其他的信号无论出于何种状态都需要关断强电。简单的说就是信号中有关断信号，无论其他的信号处于何种状态，中间继电器都会被关断，只有关断信号启动后，中间继电器信号才能够启动，并且中间继电器通过常开触点实现自锁。在关断信后关闭后，中间继电器仍然保持着原来的状态。
4.2、动作的互锁控制
在设计开发时还需要注意动作的互锁控制。数控铣床的主轴正转和反转是不可能同时发生的的动作，一旦一个动作发生了另一个动作就不可能在这一时间发生，要想实现这一控制功能，需要采用互锁控制。这时可以采用M200和M210的常闭触点作为互锁信号，然后在串入M200和M210的控制回路关断，进而来保障主轴正转和反转不可能同时动作。当M200和M210两个中间继电器启动的先决条件就是另外的一个回路必须处于关断状态，具体的情况如图（3）所示。此外，任何一个回路的启动都会同时的将另一个控制回路关断，这样才能够保障主轴正反转不在同一时间发生。
图（3）主轴转向控制电路图
4.3、动作顺序联锁控制
数控铣床一些操作顺序需要注意顺序的联锁控制，有些是有严格顺序要求的，不能够出现顺序错误，否则会影响数控铣床的正常运转和工件的加工质量。在设计软件时需要控制各个执行动作的顺序，通常会采用联锁控制的方法进行顺序的控制。简单的说就是选择前一个动作的常开触点串联在下一个动作的启动回路中，并且还需要将后一个动作的常闭触点串联在上一个动作的关断电路中，这样前一个动作完成后将自动启动下一个动作程序，避免出现动作颠倒的情况。数控铣床的PLC控制软件设计中注意动作顺序的控制将会大大的提高产品加工的可靠性和产品的质量。
结束语
随着科学技术的快速发展，数控行业也得到了快速的发展，一些数控产品也相继诞生。PLC控制系统的可靠性和稳定性，使得这种系统广泛应用于各类数控机床。然而基于PLC的数控铣床的设计和开发还需要进一步的研究，才能够满足实际生产的要求。
参考文献
[1]李溢，基于PLC数控铣床气动控制系统的仿真研究，液压与气动，2011
[2]李景魁，基于PLC数控铣床的研究，煤炭技术，2012
[3]张冉冉，基于PLC的数控铣床控制系统的设计，机械工程师，2008
关键词：数控铣床；PLC系统；可编程控制器；设计；开发
【分类号】：TG547
引言
基于PLC的数控铣床不仅能够保障操作的可靠性，还能够自行诊断机器故障。这使得这类铣床在加工车间得到了广泛应用。PLC控制具有较高的可靠性和柔性，并且开发周期短，特别适合应用在机床的控制和诊断系统。应用PLC控制能够有效的提高控制系统的稳定性和产品的生产效率。但是在设计和开发基于PLC的数控铣床时，需要注意相关的技术问题，并采取合适的技术手段使得PLC控制系统能够与数控系统完美的结合，这样才能设计和开发出具有高性能和高可靠性的数控铣床。
一、数控铣床的结构及其控制要求
每一种数控机床都有其基本组成部分，并且每个部分在整个系统中都起着重要的作用。因此，在设计和开发控制系统的过程中需要明确每个部分的功用，这样才能够满足实际生产的要求。数控铣床和其他的数控机床一样，都有其基本的结构和相应的控制要求。以下主要从数控铣床的基本结构和控制要求进行论述。
1.1、数控铣床的基本结构
数控铣床的基本组成有：工控机、伺服驱动器、变频器、可编程控制器PLC及CNC控制器，具体的情况如图（1）所示。每一个组成部分都有各自的功能，其中CNC控制器主要完成位置显示、参数设置、调试等功能；伺服驱动器主要完成G功能；变频器主要完成S功能；工控机主要完成状态显示、参数设置、远程通信和程序设置等功能；而可编程控制器PLC主要完成电气控制和系统故障诊断。
图（1）数控系统结构简图
1.2、数控铣床的控制要求
数控铣床的控制可以分为主控和辅助控制部分。主控部分主要是对铣床的主轴进行控制，采用PLC取代传统的继电器控制。辅助控制主要是通过将PLC 的输出和输入接口与数控系统的其他功能单元连接起来实现机床的M、T的相关功能。此外，数控铣床的控制还要能够实现故障检测的功能以及控制冷却泵、润滑油泵等一些辅助控制功能。
二、PLC的相关概述
PLC是基于电子计算机的一种点控制器，通过电路的物理过程来实现控制，在实现控制功能的过程中主要靠运行存储于PLC内存中的程序。虽然PLC基于电子计算机，但功能和普通计算机的功能存在着很大的差别。PLC控制系统具有较高的可靠性和稳定性，并且系统采用模块化结构，编程也很简单。基于它的这些优点，数控铣床中广泛使用这一系统，这也使得PLC控制技术得到了快速的发展。
三、PLC选型及其硬件电路的设计与开发
本文所论述的数控系统要能够实现数控铣床对控制系统及故障诊断的相关要求，为了能够实现这一目标需要选用功能强大的SYSMAC CPMIA型可编程控制器。这种可编程的控制器有40点的输入和输出，并且在这40个点中有24个是输入点，16个是输出点。由于这种控制器是输入、输出一体化的组件型结构，在安装和调试时很方便，输入响应的速度比较快，同时也还能够进行I/O口扩展。图（2）为PLC输入与输出的电路图。
图（2）PLC输入、输出电路
PLC的脉冲输出包括独立模式和连续模式，在使用独立模式进行脉冲输出时需要设置输出的脉冲个数，然后利用@SPED指令设置脉冲的地址、输出模式和脉冲频率，最后才能够进行脉冲的输出。此外，还可以利用@SPED指令改变输出频率的设置，在脉冲输出时改变输出脉冲的频率，在完成脉冲输出后，利用@PULS指令设置最终的脉冲个数，所有脉冲输出后自动停止相关的动作。上述的脉冲控制指令只能实现单向脉冲控制，要想控制铣床电机的正、反转的控制，还需要加上方向的控制。在实现电机方向控制时可以选用IR01003作为输出脉冲方向控制端口，这样就能够实现铣床电机正反转向的控制。
四、PLC控制系统的软件设计与开发
通过PLC软件控制系统实现对数控铣床的控制，通常通过RS-233C通信接口在PC机WINDOWS环境下根据相应的控制要求与PLC输入、输出地址表可以利用梯形图编制相关的控制程序。通常情况下PLC本身的可靠性相对比较高，但是与PLC外接输出元件容易发生故障。因此，在进行软件设计和开发时，需要确保软件具有检测和消除故障的功能，这样才能够使整个数据铣床的可靠性得到大幅度的提高。以下主要对数控铣床PLC软件设计和开发中的相关问题进行论述。
4.1、强电关断优选原则
在数控铣床的软件设计及开发中一定要主要强电关断优选原则。在控制信号中只要有强电关断的信号，其他的信号无论出于何种状态都需要关断强电。简单的说就是信号中有关断信号，无论其他的信号处于何种状态，中间继电器都会被关断，只有关断信号启动后，中间继电器信号才能够启动，并且中间继电器通过常开触点实现自锁。在关断信后关闭后，中间继电器仍然保持着原来的状态。
4.2、动作的互锁控制
在设计开发时还需要注意动作的互锁控制。数控铣床的主轴正转和反转是不可能同时发生的的动作，一旦一个动作发生了另一个动作就不可能在这一时间发生，要想实现这一控制功能，需要采用互锁控制。这时可以采用M200和M210的常闭触点作为互锁信号，然后在串入M200和M210的控制回路关断，进而来保障主轴正转和反转不可能同时动作。当M200和M210两个中间继电器启动的先决条件就是另外的一个回路必须处于关断状态，具体的情况如图（3）所示。此外，任何一个回路的启动都会同时的将另一个控制回路关断，这样才能够保障主轴正反转不在同一时间发生。
图（3）主轴转向控制电路图
4.3、动作顺序联锁控制
数控铣床一些操作顺序需要注意顺序的联锁控制，有些是有严格顺序要求的，不能够出现顺序错误，否则会影响数控铣床的正常运转和工件的加工质量。在设计软件时需要控制各个执行动作的顺序，通常会采用联锁控制的方法进行顺序的控制。简单的说就是选择前一个动作的常开触点串联在下一个动作的启动回路中，并且还需要将后一个动作的常闭触点串联在上一个动作的关断电路中，这样前一个动作完成后将自动启动下一个动作程序，避免出现动作颠倒的情况。数控铣床的PLC控制软件设计中注意动作顺序的控制将会大大的提高产品加工的可靠性和产品的质量。
结束语
随着科学技术的快速发展，数控行业也得到了快速的发展，一些数控产品也相继诞生。PLC控制系统的可靠性和稳定性，使得这种系统广泛应用于各类数控机床。然而基于PLC的数控铣床的设计和开发还需要进一步的研究，才能够满足实际生产的要求。
参考文献
[1]李溢，基于PLC数控铣床气动控制系统的仿真研究，液压与气动，2011
[2]李景魁，基于PLC数控铣床的研究，煤炭技术，2012
[3]张冉冉，基于PLC的数控铣床控制系统的设计，机械工程师，2008