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6.4数控机床PLC控制应用实例.doc

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6-31 6．4数控机床PLC控制应用实例

前面已经提到，在PLC设计方面需要详细了解被控过程的工作过程和工作原理；在编程方面可以学习和参考系统提供的标准例程和编程说明书以及其它专门介绍PLC编程语言的参考书。因此本书对具体的编程方法不作详细的介绍，只针对数控机床PLC控制中比较典型的三个应用进行过程和安全互锁分析，每个应用提供一种不同编程语言的PLC程序。

应用实例中的PLC均采用DC24V NPN型晶体管接口电路，即低电平有效。

一． 主轴系统

1．过程分析

主轴的控制包括正转、反转、停止、制动和冲动等。要求按正转按钮是电动机正转；按反转按钮时电动机反转；按停止按钮时电动机停止，并控制制动器制动2秒；按下冲动按钮电动机正转0.5秒，然后停止；电动机过载报警后正/反转和冲动按钮无效。

2．安全互锁

参考本章第二节。

3．程序设计

电气部分的设计如图6.4.1所示，主轴为普通三相异步电动机，由交流接触器控制正反转；继电器采用直流24V供电，自带续流二极管；交流接触器采用交流110V供电。

图中各器件的含义如下：

序号 名称 含义 序号 名称 含义

1． QF3 主轴带过载保护电源空开

2． KM3 主轴正转交流接触器 3． KM4 主轴反转交流接触器

4． KA1 由急停控制的中间继电器

5． KA4 主轴正转中间继电器 6． KA5 主轴反转中间继电器

7． KA6 主轴制动中间继电器 8． KA9 刀具松中间继电器

9． SB11 主轴正转按钮 10． SB12 主轴反转按钮

11． SB13 主轴停止按钮 12． SB14 主轴冲动按钮

13． RC2 三相灭弧器 14． RC7,RC8 单相灭弧器

与主轴控制相关的输入/输出寄存器包括：

输入寄存器：X1.4—正转，X1.5—反转，X1.6—停止，X1.7—冲动，X8.5—报警；

输出寄存器：Y5.0—正转，Y5.1—反转，Y5.2制动，Y5.3—松刀。 6-32 在电气安全互锁设计方面，主轴正/反转在接触器和继电器分别进行了安全互锁；主轴正/反转对刀具松进行了安全互锁；急停对主轴运转进行了安全互锁。

（c）PLC输入输出 （a）主轴强电电路 （b）接触器控制电路

图6.4.1主轴控制电气设计 主轴电动机

指令语句表程序如下：

1. LD X1.4 -- 读取主轴正转按钮

2. OR R0.0 -- R0.0自锁

3. AND X8.5 -- 无报警

4. ANI Y5.3 -- 刀具未松开

5. AND X1.6 -- 停止按钮未按下（停止按钮硬件上是常闭连接）

6. ANI Y5.1 -- 反转无输出

7. ANI Y5.2 -- 主轴未制动

8. OUT R0.0 -- 则输出中间变量R0.0，并自锁

-------主轴正转条件都满足，则按下正转按钮后，输出R0.0并自锁-------

9. LD X1.7 -- 读取主轴冲动按钮

10. OR R0.1 -- R0.1互缩

11. ANI T1 -- 若T1计时未完成

12. OUT R0.1 -- 则输出R0.1

13. OUT T1 K5 -- T1计时0.5秒

-------------------按下主轴冲动按钮后，R0.1输出0.5秒后关闭---------------

14. LD R0.0 -- 读取R0.0。

15. OR R0.1 -- 或R0.0。

16. AND X8.5 -- 无报警。

17. ANI Y5.3 -- 刀具未松开。

18. AND X1.6 -- 停止按钮未按下。

19. ANI Y5.1 -- 反转无输出。 6-33 20. ANI Y5.2 -- 主轴未制动。

21. OUT Y5.0 -- 则输出Y5.0控制主轴正转。

-------主轴正转条件满足后，R0.0和R0.1任意一个有输出则输出Y5.0控制主轴正转，实现了主轴连续正转和每次按下主轴冲动按钮，主轴正向冲动0.5秒的功能。-------------

22. LD X1.6 -- 读取主轴停止按钮。

23. OR Y5.2 -- 主轴制动自锁。

24. ANI T2 -- 若T2计时未完成。

25. OUT Y5.2 -- 则输出主轴制动。

26. OUT T2 K20 -- T2计时2秒。

-------------按下主轴停止按钮后，Y5.2输出制动主轴2秒后断开-----------

27. LD X1.5 -- 读取主轴反转按钮。

28. OR Y5.1 -- 主轴反转自锁。

29. AND X8.5 -- 无报警。

30. ANI Y5.3 -- 刀具未松开。

31. AND X1.6 -- 停止按钮未按下。

32. ANI Y5.0 -- 正转无输出。

33. ANI Y5.2 -- 主轴未制动。

34. OUT Y5.1 -- 则输出Y5.1控制主轴反转。

35. END

-------主轴反转条件都满足，则按下反转按钮后，输出Y5.1并自锁-------

二． 定时润滑

1．过程分析

由PLC控制润滑电动机实现自动润滑功能，代替自动润滑站。数控机床通电工作后，定时润滑即开始自动执行，不受外部按钮或M指令控制。

2．安全互锁

检测到没有润滑液或润滑电动机过热报警后向系统发出报警信息，并停止定时润滑的工作。急停对润滑运转进行了安全互锁。

3．程序设计

电气部分的设计如图6.4.2所示，图中各器件的含义如下：

序号 名称 含义

1 M4 润滑电动机

2 QF6 润滑电动机带过载保护的电源空开

3 KM7 润滑电动机启动交流接触器

4 KA1 由急停控制的中间继电器

5 KA10 润滑电动机启动中间继电器

6 HL1 润滑报警指示灯

7 RC5 三相灭弧器

8 RC11 单相灭弧器 6-34 定时润滑涉及到的寄存器如下：

X1.5：润滑液位低报警检测； X2.7：润滑电动机过热报警检测；

Y0.7：润滑电动机控制； Y1.6：润滑系统报警指示灯；

数控机床的润滑系统一般要求每间隔数十分钟甚至几个小时工作几秒钟，而一般PLC的定时器没有这么大的定时范围，因此采用定时器和计数器相结合的方法来扩大定时范围，下面以每隔一小时润滑10秒为例设计定时润滑系统的PLC梯形图程序如下：

T0

R0.0

T2 C0 R0.0

R0.0 N60

R0.0

C0 Y0.7 R0.0

C0 T1

K100 T1

T2

T1

T2 X1.5 X2.7 R0.0

T0 X1.5

X2.7 Y1.6

K600

CP

R C0 K100

图6.4.3定时润滑的梯形图设计

图6.4.2定时润滑的电气设计 （a）强电电路 （c）PLC输入/输出 （b）接触器电路 润滑电动机 6-35 X1.5和X2.7硬件上均按常闭点连接，PLC再按常闭点判断则正常时都是断开的，Y1.6（报警指示灯）没有输出，一旦出现了一个或两个报警则硬件上为断开状态，PLC内部因取常闭点而闭合，Y1.6有输出提示报警。

开始上电时R0.0为0，C0、T1以及T2都处于复位状态，T0处于定时状态，时间为10秒，定时完成后R0.0自锁保持1状态，则对C0、T1、Y0.7没有影响。若X1.5或X2.7任意一个出现了故障报警，则R0.0变为0，重新复位C0、T1以及T2，故障消除后，T0又开始计时，R0.0延时10秒后再变为1。因此用R0.0的常闭点可以保证每次开机和故障消除后Y0.7能马上输出，控制润滑10秒。

R0.0变为1后，T0一直被复位，T1开始工作，定时时间是60秒，因此每隔60秒C0计数一次，C0的设定值是60，因此，1小时后C0计数完成，这期间T2一直处于复位状态。C0计数完成后，常开点闭和，复位T1，而T2开始计时，T2的设定时间是10秒，10秒钟后T2的常开点闭合复位C0，因此C0的1状态只维持10秒即变为0，同时把T2复位，由于T2、C0、T1都处于复位状态，R0.0为1，T1又开始计时，每隔60秒向C0发送一个脉冲，进入新一轮循环。

可见每隔1小时，C0即输出10秒钟 ，用C0的常开点控制Y0.7即实现了控制的要求。

三． 自动换刀

1. 车床刀架

（1） 过程分析

以四工位自动刀架为例，刀架电动机采用三相交流380V供电，正转时驱动刀架正向旋转，各刀具按顺序依次经过加工位置（如图6.4.4所示），刀架电动机反转时，刀架自动锁死，保证刀具能够承受切削力。每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。

换刀动作由T指令或手动换刀按钮起动，换刀过程如下：

（a） 刀架电动机正转；

1

2 3 4

刀架电动机 加工位 工件 主轴

图6.4.4 车床刀架示意图 6-36 （b） 检测到所选刀位的有效信号后，停止刀架电动机，并延时（100ms）；

（c） 延时结束后刀架电动机反转锁死刀架，并延时（500ms）；

（d） 延时结束后停止刀架电动机，换刀完成。

车床刀架不存在刀具交换的问题，刀具选好后既可以开始加工，因此车床的换刀由T指令（选刀指令）完成，而不需要换刀指令（M06指令）的参与。

（2） 安全互锁

（a） 刀架电动机长时间旋转（如20秒），而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电动机，以防止将其损坏并报警提示；

（b） 刀架电动机过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工；

（c） 其余参考本章第二节。

（3） 程序设计

电气部分的设计如图6.4.5所示。

图中各器件的含义如下：

序号 名称 含义

1 M2 刀架电动机

2 QF3 刀架电动机带过载保护的电源空开

3 KM5、KM6 刀架电动机正、反转控制交流接触器

4 KA1 由急停控制的中间继电器

5 KA6、KA7 刀架电动机正、反转控制中间继电器

图6.4.5 刀架控制的电气设计 （a）强电电路 （c）PLC输入/输出 （b）接触器电路

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PLC在数控机床轮廓误差控制中的应用

PLC在数控机床轮廓误差控制中的应用

、１　訇　出　

ＰＬＣ在数控机床轮廓误差控制中的应用　

Ａｐｐ¨ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＬＣ　ｉｎ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｅｒｒｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ａ　ｃｎｃ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　于洋’，张为民　，来燕菁’　

ＹＵ　Ｙａｎｇ。．ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ－ｍｉｎ１，２１　ＬＡＩ　Ｙａｎ－ｊｉｎｇ。　

（１．同济大学机械工程学院，上海２０１８０４；２．同济大学中德学院，上海２０００９２）　摘要：数控机床加工零件时，由于其系统动态特性不稳定很容易产生轮廓误差。本文基于控制轮廓误　差的基本理论，针对西门子８４０Ｄ系统提出了轮廓误差控制的一种具体方法，即通过设计进给　速度修调器，利用ＰＬＣ编程自动调整进给倍率，从而获得加工轮廓误差最小的最佳进给速度　范围。　关键词：轮廓误差；数控机床；ＰＬＣ编程：进给速度修调器　中国分类号：ＴＧ６５９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００９－０１　３４（ｅ０１１）７（上）－００３２—０３　Ｄｏｉ：１　Ｏ．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１１．７（上）．１　０　

０引言　

轮廓误差是指实际轮廓轨迹与理论轮廓轨迹　

之间的最短距离　。在轮廓加工过程中，由于数控　系统的动态特性不稳定，很容易影响各坐标轴的　

协调运动和位置精度，同时导致各联动轴的加减　速不同步，从而引起零件的加工轮廓误差【２　］。而　

从理论公式中可以推出，减小轮廓误差可以通过　

提高增益和减小进给速度来实现，本文主要研究　

如何利用ＰＬＣ编程自动调整进给速度实现最小加工　

轮廓误差的方法。　

１数控机床轮廓误差控制理论　

轮廓误差是各单轴的位置跟随误差合成的结　

果。单轴跟随误差的理论计算公式为：　

Ｅ（ｓ）　Ｖ／Ｋ．　（１）　

式中：Ｅ（ｓ）为系统输出位置跟随误差；Ｖ为系　

统输出速度；Ｋ　为位置增益。另外，一些文献【４，５】　

指出，对于两轴直线插补，轮廓误差与两轴的位　

置增益之差成正比，与速度成反比，即两轴的位　

置增益相等，则轮廓误差为零；而对于两轴的圆　

基于PLC的数控机床控制系统设计

基于PLC的数控机床控制系统设计

基于PLC的数控机床控制系统设计

数控机床是现代制造业中的核心设备之一，其在工业生产中的自动化程度非常高，能够实现高效、高精度的加工。而PLC（可编程逻辑控制器）作为一种广泛应用于工控领域的专用计算机，其稳定性和可靠性非常高，适用于数控机床控制系统的设计。

硬件设计方面，首先需要选定适用于数控机床控制的PLC，一般推荐选择功能强大、性能稳定的工业级PLC。其次，需要根据实际应用需求选择适配的输入输出模块，用于与机床的各个传感器和执行器进行连接。然后，根据数控机床的运动结构，选择合适的电机驱动器和编码器等设备。最后，需要设计数控机床的操作面板，用于人机交互，包括显示屏、按钮、旋钮等。

软件设计方面，PLC的控制程序需要通过编程语言进行编写，常用的编程语言包括梯形图、指令表、结构化文本等。在编程中，首先需要实现数控机床的各种基本功能，例如：自动进给、自动下刀、自动换刀等。然后，针对具体的加工要求，编写相应的加工程序，包括工件的坐标系设定、刀具半径补偿、切削速度设定等。此外，还需要编写相应的报警和故障处理程序，以保证数控机床的安全运行。

设计完整的基于PLC的数控机床控制系统后，还需要进行相应的调试和测试。通过连接各个部件，验证控制逻辑是否按预期工作，检查机床运动是否平稳、精确。在测试过程中，还需要模拟各种异常情况，如断电、通信异常等，确保系统能够正确处理这些异常情况，保证机床的安全性和可靠性。 总之，基于PLC的数控机床控制系统设计需要考虑到硬件和软件两个方面，确保系统功能完善、稳定可靠。通过合理的硬件设计和编写高效的控制程序，可以实现数控机床的自动化加工，提高生产效率和产品质量。

机床电气控制技术

机床电气控制技术

机床电气控制技术

引言

机床电气控制技术是现代制造业中的关键领域之一。随着科技的不断进步和工业自动化的发展，机床电气控制技术在提高生产效率、降低成本和提升产品质量方面起着至关重要的作用。本文将介绍机床电气控制技术的基本概念、主要应用和未来发展趋势。

机床电气控制技术概述

机床电气控制技术是指将电气控制系统应用于机床设备中，实现对机床运动、加工过程和工件位置等的控制。它通过电气信号的传输、处理和控制，完成机床的运行、变速、定位和加工等功能。机床电气控制技术的核心是控制器，它接收来自传感器和操作面板的输入信号，根据预设的程序和算法进行处理，最后输出控制信号，驱动机床设备完成加工任务。 机床电气控制技术的主要应用

数控机床

数控机床是机床电气控制技术的重要应用方向之一。通过将数控系统与机床结合，可以实现对机床运动轴的精确控制和工件加工过程的自动化。数控机床的优点是能够实现高精度、高效率和重复加工能力，大大提高了生产效率和产品质量。

伺服控制技术

伺服控制技术是机床电气控制技术的另一个重要应用领域。通过采用伺服电机和伺服驱动器，可以实现对机床轴的高精度位置和速度控制。伺服控制技术能够提供更精确的加工结果，并且具有快速响应、稳定性好的特点。 PLC控制技术

PLC（可编程逻辑控制器）是机床电气控制技术中常用的控制设备。通过编程，PLC可以实现对机床运动、开关和传感器的控制。PLC控制技术具有编程灵活、易于维护和可靠性高的优点，被广泛应用于机床行业。

机床电气控制技术的发展趋势

随着工业4.0的到来和人工智能技术的发展，机床电气控制技术正在朝着智能化、自动化和数字化的方向发展。

智能化

智能化是机床电气控制技术的主要发展趋势之一。通过引入人工智能算法和大数据分析，机床电气控制系统可以自动调整和优化加工参数，提高机床运行效率和产品质量。 自动化

自动化是机床电气控制技术的重要目标之一。随着机器人技术和自动化设备的发展，机床电气控制系统将更加智能地与其他设备进行联动，实现自动化生产线的建设。

基于PLC的数控机床电气控制系统研究

基于PLC的数控机床电气控制系统研究

基于PLC的数控机床电气控制系统研究

【摘要】

本文围绕基于PLC的数控机床电气控制系统展开研究，通过分析研究背景、研究目的和意义及价值，揭示了PLC在数控机床中的应用以及数控机床电气控制系统的特点。探讨了基于PLC的数控机床电气控制系统设计原理和研究方法，结合实际案例展示了其应用效果。结论部分总结了研究成果，展望未来研究方向，并得出研究的启示。通过本文的研究，有望提高数控机床的生产效率和精度，促进工业自动化的发展，具有重要的理论和实践意义。

【关键词】

PLC、数控机床、电气控制系统、研究、设计原理、研究方法、应用案例、结论、未来研究方向、启示

1. 引言

1.1 研究背景

本文旨在探讨基于PLC的数控机床电气控制系统的设计原理、研究方法和应用案例，旨在为数控机床制造商和研发人员提供参考，推动数控机床电气控制技术的进步与应用。

1.2 研究目的

研究目的是为了深入探讨基于PLC的数控机床电气控制系统的设计和应用，从而提高数控机床的性能和精度，提高生产效率，降低能源消耗和成本。通过研究，我们希望能够总结出一套科学的设计原则和方法，为数控机床领域的相关工作者提供有益的参考和借鉴，促进数控机床技术的发展和应用。

我们也希望通过这项研究，进一步推动PLC技术在数控机床领域的应用，促进数字化制造技术的发展，提高我国制造业的竞争力和创新能力。通过研究基于PLC的数控机床电气控制系统，我们可以为我国工业自动化领域的发展做出贡献，推动我国制造业向高端、智能化方向迈进。

1.3 意义和价值

基于PLC的数控机床电气控制系统具有重要的意义和价值。这种电气控制系统可以实现自动化生产，提高生产效率，减少人力成本，提高产品质量和一致性。基于PLC的数控机床电气控制系统可以实现多功能控制，即便在复杂的加工工艺中也能保持高度的稳定性和精度。随着信息化和智能化的发展，基于PLC的数控机床电气控制系统还可以与其他系统进行数据共享和联网，实现智能制造。最重要的是，研究基于PLC的数控机床电气控制系统可以促进数控技术的发展，提高我国制造业的技术水平和竞争力，推动产业升级和经济发展。深入研究基于PLC的数控机床电气控制系统的意义和价值非常重要，对推动我国制造业的智能化和数字化转型具有积极的促进作用。