PLC如何控制数控机床，掌握这几个概念你就清楚啦

在数控机床中，许多功能是由可编程逻辑控制器(PLC,简称可编程控制器)来进行控制的。本单元主要介绍PLC在数控机床中的应用。这样可以让准备从事这一项工作的阅读者，基本了解掌握数控机床PLC的控制对象、了解数控PLC的形式、掌握数控机床常用输入/输出元件的作用和工作原理。

一、数控机床 PLC 的控制对象

1.数控机床控制部分的分类

数控机床控制由两大部分组成：一部分是坐标轴运动的位置控制，另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。 在讨论 PLC、CNC 和机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”(即机床侧)两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件以及与CNC系统连接的外部设备。“MT侧”包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等装置，机床操作面板，继电器线路，机车的强电线路等。PLC则处于CNC和MT之间，对NC侧和MT侧的输入、输出信号进行处理。 MT 侧顺序控制的最终对象是随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。数控机床机构越复杂，辅助装置越多，则最终受控对象也越多。一般来说，最终受控对象的数量和顺序控制程序的复杂程度从低到高依次为CNC车床、CNC铣床、 加工中心、FMC、FMS。

2.PLC 在数控机床中的配置方式

PLC 在数控机床中有三种不同的配置方式，说明如下。

(1)PIC 在机床一侧，代替了传统的继电器一接触器逻辑控 个输入/输出(IO)点，如下图 1.1 a)所示。

(2)PLC 在电气控制中，PLC有m 个输入/输出(I/O点，如上 图1.1 b)所示。

(3)PLC 在电气控制柜中，而输入/输出接口在机床一侧，如上图1.1 c)所示。这种配置方式使 CNC 与机床接口的电缆大为减少。 下图 1.2 所示为数控机床PC 输人/输出信号示意图。

3.数控机床的输入/输出信号

(1)机床操作面板控制。

将操作面板上的控制信号直接送入数控系统的接口信号区，来控制数控系统的运行，其中包括M、S、T 功能。 1) S 功能处理。主轴的转速可以用S 二位代码或四位代码直接指定。在PLC中可容易地用四位代码直接指定转速。例如，某数控机床主轴的最高、最低转速分别为 3150r/min和20r/min,CNC送出S四位代码至PLC,将十进制数转换为二进制数后送到限位器，当S大于3150时，限制S为3150；当S 代码小于 20时，限制S为20。此数值送到数字/模拟(D/A)转换器，转换成 20~3150r/min 相对应的输出电压，作为转速指令，以控制机床主轴的转速。

2) T 功能处理。

数控机床可以通过 PIC 管理刀库进行自动刀具交换。处理的信息的内容包括刀库选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命和刀具刃磨次数等。

3) M 功能处理。

M 功能是辅助功能，根据不同的M 代码，可控制主轴的正、反转和停止，主轴齿轮箱的换挡变速，主轴齿轮箱的换挡变速，主轴准停，切削液的开、关，卡盘的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、归刀等动作。

(2)机床外部开关信号的控制。将机床侧的控制开关信号发送至 PLC,经过逻辑运算后，输出给控制对象。这些控制开关包括按钮、行程开关、接近开关、压力开关和温控开关等。

(3)输出信号控制。PIC 输出的信号是经继电器、接触器或液压、气动电磁阀对刀库、机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还有冷却、润滑和油泵电动机等的控制。

(4)伺服控制。控制机床主轴、伺服进给及刀库驱动的使能信号，以满足伺服驱动 的条件。

(5)报警处理控制。当出现故障时，PLC 收集强电柜、机床侧和伺服驱动装置的故障信号，将报警标志区中的相应报警标志位置位，数控系统便显示报警号和报警文本，以方便对故障进行诊断。

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数控机床控制用PLC编程的调试步骤

核心提示：编好的程序需要经过运行调试，以确认是否满足机床控制的要求。一般来说，顺序程序的调试要经过仿真调试和联机调试两个步骤。 （1）仿真调又称模拟调试，是指在实验室条件下，采用特制的仿真设备（或称模拟）

编好的程序需要经过运行调试，以确认是否满足机床控制的要求。一般来说，顺序程序的调试要经过“仿真调试”和“联机调试”两个步骤。

（1）仿真调试

“仿真调试”又称“模拟调试”，是指在实验室条件下，采用特制的“仿真设备”（或称“模拟装置”、“模拟台”等）代替机床与CNC、PLC、PLC编程设备联接起来（在有条件的情况下，还可以联接伺服单元、伺服电动机、甚至某些独立的机械功能部件），对顺序程序进行的调试。“仿真调试”具有安全、能耗小、调试轴助人员少等优点。

“仿真设备”常用许多开关、指示灯来模拟机床各电气功能器件的状态。如用小型开关的通／断代替MT侧操作面板的开关、按钮，电气柜内的继电器触点，安装于机床各运动部件上的位置检测开关等的闭合／断开，以模拟各种输入信号的“1”和“0”状态，用指示灯的亮／灭代替MT侧操作面板指示灯，电气柜内继电器线圈等的通电／断电，以验证输出到MT侧各器件的信号状态。

“仿真调试”是“联机调试”前的一个重要步骤。程序设计员可以通过“仿真设备”对诸如机床操作面板、工作台运行、工件装夹、主轴起停、刀库手动、自动找刀、机械手换刀、工作台分度及各机械动作和控制逻辑的互锁关系进行分考动作和循环动作运行调试，以保证顺序程序控制原理的正确性，为以后的整机联调的安全，顺利地进行打下基础。

需要指出的是，“仿真设备”虽可以通过模拟机床侧的信号状态调试并确认机床控制中的许多控制顺序问题，但因条件的限制，往往不能完全真实地模拟那些与时间控制有关的机械动作，以及某些复杂的循环动作顺序。因此，顺序程序还须进行联机运行调试，才能最终确认是否正确。

（2）联机调试

将机床、CNC装置、PLC装置和编程设备联接起来进行的整机机电运行调试称为“联机调试”（如图1所示）。“联机调试”可以发现和纠正顺序程序的错误，可以检查机床和电气线路的设计，制造，安装以及机电元器件品质可能存在的问题。

“联机调试”工作在车间现场由具有机电专业知识的多名工程技术人员联合进行。在确认CNC系统、伺服系统、PLC装置、强电柜元器件、机床各元部件的安装和连接无误后，才可以接通电源，将存储在编程设备中的顺序程序传送至RAM插板（或PLC装置的RAM存储器）中，然后执行顺序程序，以便对各机电执行元部件的动作及其顺序控制逻辑进行检查。需要时，可用编程设备修改顺序程序，然后再传送到RAM插板中。

联机调试系统方法示意图

联机调试系统方法示意图

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