第2章 数控车床PLC

在数控车床中，位置控制是由位置控制器来实现的。而其它的大部分动作即辅助机械动作的控制如主轴启停、换向,换刀控制、冷却和润滑系统的运行以及报警监测等功能则可由可编程控制器(PLC)来实现。 2.1 数控车床PLC的信息传递

通过PLC来实现车床电气控制系统的各项功能，需要将各种控制和检测信号通过按钮和检测元件输入PLC，再通过PLC内部程序的运算将结果输出到各种执行设备，完成电气控制系统对于车床的控制。所以就涉及PLC与数控装置、机床之间的信息交换。可编程控制器与CNC机床的强电、CNC数控装置I0口的联接可归纳为下列三部分：

（1）PLC输入输出端与机床面板信号联接

CNC数控机床操作面板上有按钮、旋钮开关和指示灯等，按钮、旋钮开关直接与可编程控制器的输入端接线柱相连，指示灯直接与PLC输出端接线柱相连。

（2）PLC输出端与机床强电信号联接

PLC在CNC机床中的主要作用是控制强电部分，如:主控电源、伺服电源、刀架电机正转、润滑电机等。每个电机的运行程序控制逻辑都固化在PLC中，受机床操作面板开关和数控系统软件的控制。

（3） PLC输入端与CNC机床数控装置IO口的联接

可编程控制器输出端的通断是由其输入端通断状态及梯形图程序决定的，CNC机床数控装置与可编程控制器的联接是通过软开关直接控制PLC输入端的通断，以决定PLC输出端的状态。从数控装置IO口的信息流向分析，可以分为两种情况:一是数控装置从IO口输出指令，控制PLC完成相应的动作；另一种是检测PLC输入口的开关状态，数控装置的IO口是输入信号，数控装置根据输入信号的性质做出相应的控制。

2.2 数控车床中PLC的功能 2.2.1 PLC对辅助功能的处理

目前，数控机床程序中，有关机床坐标系约定、准备功能、辅助功能、刀具功能及程序格式等方面己趋于统一，形成了统一的标准，即所谓的CNC机床ISO代码。归纳起来有4种功能:一种是准备功能，即所谓的G代码；第二种是辅助功能，即所谓的M代码；第三种是刀具功能，即所谓的T代码；第四种是转速功能即所谓的S代码。其中，G功能主要与联动坐标轴驱动有关，是通过CPU控制数控装置的I0接口实现；M功能主要控制机床强电部分，包括主轴换向、冷却液开关等功能；T功能与刀具的选择和补偿有关。

⑴ M功能的处理

M指令主要有M02 (程序停止) 、M03 (主轴顺时针旋转) 、M04 (主轴逆时针旋转)、M05 ( 主轴停止) 、M06 ( 准备换刀) 等。其中一部分是由数控系统本身的硬件和软件来实现,还有一部分需要数控装置与PLC 相结合来实现。

⑵ T功能的处理

在PLC上实现的主要是刀具选择。当遇到包含某个刀具编码的换刀指令时, 对应的数控装置IO口变成高电平,数控系统将T代码指令送给PLC，PLC经过译码指令进行译码后，检索刀号，然后控制换刀装置进行换刀。

⑶ S功能的处理

S功能主要完成对主轴转速的控制,常用的有代码法和直接指定法。代码法是S后面跟二位数字,这些数字不直接表示主轴转速的大小,而是机床主轴转速数列的序号；直接指定法是S后面直接就是主轴转速的大小,例如S1500 表示主轴转速是1500 rmin。

2.2.2 PLC的控制对象

数控系统可以分为两部分：控制伺服电动机和主轴电机动作的系统部分NC 和控制辅助电气部分的PLC。数控机床PLC主要完成数控机床的顺序控制，包括对NC、机床及操作面板传来的信号进行处理，实施急停及超程信号的监控，并且完成对主轴、刀架、冷却、润滑等功能的控制。

① 操作信号处理

接收操作面板上的信号和NC部分传来的数控信号以控制数控系统的运行。

② 主轴控制

控制主轴的启动、停止及正反转。 ③ 坐标轴控制

控制坐标轴的伺服驱动及限位开关等。 ④ 换刀控制

实现对程序换刀的控制。 ⑤ 冷却控制

实现程序控制冷却的启动、停止。 ⑥ 润滑控制 实现定时润滑的控制。

2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能

从本质来讲，基于PLC 的机床电气控制系统对机床的控制思路仍然与继电器-接触器控制系统是一致的。只是在控制手段上采用了先进的控制设备。

PLC 控制系统其优点在于根据加工工艺要求的不同相应的修改程序就可以实现。车床电气控制系统属于广泛的应用系统，不针对特殊的加工工艺，因此PLC 内部的程序只需要相对每个控制按钮发出的信号，做出相

应的动作即可。

通过PLC 来实现车床电气控制系统的各项功能，需要将各种控制和检测信号通过按钮和检测元件输入PLC，再通过PLC 内部程序的运算将结果输出到各种执行设备，完成电气控制系统对于车床的控制。每个功能的输入信号，都可以通过控制面板上的按钮进行操作，输出则可以通过接触器、电磁阀等执行机构完成。基于PLC 的车床电气控制系统功能分解如图2-1。

图2-1 PLC 车床控制系统分解图

2.4 利用PLC代替继电器--接触器控制方式的优越性

⑴ 可维护性好 采用PLC进行控制后, 由于采用了专用芯片及集成

电路，提高了集成度，减少了元器件数量，机床控制电路的接线量大为减少，故障率大大降低。可维护性好，基本上无需维护。

⑵ 可靠性高 PLC的平均无故障工作时间高达300000 chart)；

⑵ 梯形图(Ladder diagram)；

⑶ 功能块图(Function block diagram)； ⑷ 指令表(Instruction list)； ⑸ 结构文本(Structured text)。

该标准中有两种图形语言——梯形图（LD）和功能块图（FBD），还有两种文字语言——指令表（IL）和结构文本（ST），顺序功能图（SFC）是一种结构块控制程序流程图。[8]

其中，梯形图是使用的最多的图形编程语言，有PLC第一编程语言之称。梯形图采用类似于继电器触点、线圈的图形符号，容易理解和掌握。梯形图常被称为程序，梯形图的设计称为编程。梯形图也很适合于开关量