PLC在数控机床中的应用

摘要数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。

早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。

由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。

这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。

本文正是针对这一问题展开工作的。

本文介绍了用三菱FX2N微型可编程控制器对CK9930机床的电气控制部分的改造设计，重点阐述了数控机床PLC的功能、机床的电气控制原理及相应的PLC程序编制与调试三方面的问题。

并且详尽地展示了PLC控制程序的开发过程。

根据数控车床所承担加工任务的特点，可知其操作过程比较复杂。

要用PLC 控制车床动作，必须将PLC及其控制模块和相应的执行元件加以组合。

所以在该控制程序的开发过程中，采用了模块化的结构设计方法。

本文主要完成了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定时润滑控制以及报警处理等功能的PLC控制程序的开发。

并且利用FXGP_WIN-C软件编写了该机床的PLC控制程序，并借助其运行、监控功能，通过相关设备，观察了程序的运行情况。

关键词：PLC控制，数控车床，梯形图目录第一章概述 (1)1.1 数控系统的工作原理 (1)1.1.1 数控系统的组成 (1)1.1.2 数控系统的工作原理 (2)1.2 PLC的硬件与工作原理 (3)1.2.1 PLC的简介 (3)1.2.2 PLC的基本结构 (3)1.2.3 PLC的工作原理 (4)第二章数控车床的PLC (5)2.1 数控车床PLC的信息传递 (5)2.2 数控车床中PLC的功能 (6)2.2.1 PLC对辅助功能的处理 (6)2.2.2 PLC的控制对象 (6)2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 (7)2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 (8)第三章 CK9930数控车床电气控制分析 (9)3.1 车床主要结构和运动方式 (9)3.2 车床对电气控制的要求 (9)3.3 车床的电气控制电路分析 (10)3.3.1 主电路分析 (11)3.3.2 控制电路分析 (11)第四章 PLC控制程序的设计 (12)4.1 PLC程序设计方法 (12)4.1.1 PLC的程序设计步骤 (12)4.2 PLC程序的模块化设计 (12)4.3 输入输出分配 (12)4.4 梯形图程序设计 (15)4.4.1 梯形图总体框图 (15)4.4.2 公用程序 (16)4.4.3 回原点程序 (16)4.4.4 主轴控制程序 (17)4.4.5 坐标轴控制程序 (17)4.4.6 报警处理程序 (18)4.4.7 定时润滑控制程序 (18)4.4.8 冷却程序 (19)4.4.9 自动换刀控制程序 (19)4.4.10 需要说明的问题 (21)4.5 梯形图程序的调试 (21)4.6 本章小结 (21)结论 (22)参考文献 (23)第1章概述CK9930型数控车床配备的是华中I型数控系统，是一种比较老式的小型简易经济型数控系统。

Ｙ ａ ｇ。 Ｈ ＮＧ Ｗｅ－ ｎ， Ｌ ａ －ｎ 。 ＵＹ ｎ ． Ａ ｉ Ｚ ｍｉ１１ ＡＩ ｎｊ ｇ ２ Ｙ ｉ
（． １ 同济大学 机械工程学院 ，上海 ２ １ ０ ；２ 同济大学 中德学院 ，上海 ２ ０ ９ ） ０ ８４ ． ０ ０ ２
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８０ 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 ４Ｄ 速度修 调器 ，利用Ｐ Ｃ Ｌ 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
以及 影 响 加 工效 率 等 不 利 因 素 ，从 而 获 得最 佳 的
进 给速 度 。
基于８ ０ ４ Ｄ的 轮 廓 误 差 控 制 理 论 结 构 如 图 １ 所
示 ， 图 中虚 线 框 内 表 示 伺 服 优 化 部 分 ， 在 位 置
环 、速 度 环 、电 流环 的共 同控制 下 保 证 系统 的稳
骞Ｉ 甸 、 生
且 还可 以根 据 速 度修 调 算 法 计算 出的生效 后 的 进 给 倍率 的乘 积 ，也就 是 使 轮
廓误 差最 小的最 佳进给 速 度 。 控制 器 的 内部结 构 图如 图２ 示 ，虚 线 框 内的 所 表 示 的就 是Ｐ Ｃ控 制 的 速 度修 调 器 的主 要 功 能 结 Ｌ
统输 出速度 ；Ｋ 为位 置增益 。另外 ，一 些文献【， ４５ 】 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
弧插 补 ，即使 两 轴 位置 增 益 相 同 ，仍 存 在轮 廓 误 差 ，且 轮 廓误 差 与 系统 位 置 增益 的 平 方 成正 比 ，

ｆ０ ０
， ＿号 一 Ｊ
输 人 信号 有 敷 定
［］ ０
卡 盘 脚 路 ５： 主 轴 点 动 按 钮 １ 关
ｆＳ ０
刀号六 Ｚ 藏 建 信号
ｌ． ２ ５
ｌ． ０３
日号 ｌ ｘ 藏 速 信号 ７ 号 四 ］
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维普资讯
２取 消Ｐ Ｃ子程 序６ 一ＦＬ Ｒ （ ． Ｌ ２ ＩＴＥ 输入输 出信 号
滤波器 ）
一 － －
图６
０ｔ 。 ｔ 。
重新编制 了ＰＣ Ｌ 子程序３ ＩＴ Ｒ 输入 输 出信 一ＲＬ Ｅ ２（
号滤波器２）。由于使用的输入 口比较多 （ ， Ｉ 、Ｉ） 、Ｉ 不能使用子程序库中Ｓ Ｒ ２ Ｂ６ 输入输 出信号滤波器 ，笔 者 重新编制ＰＣ Ｌ 子程序３ ＩＴ Ｒ 输入 输出信号滤波器 一ＦＬ Ｅ ２（
一
、
硬件配置
ＳＩ ＮＵＭ ＥＲＩ ８ Ｓ／ Ｋ ０２
ＳＮ Ｍ ＲＫ ８ ２ ｂｓ ｌｎ 数控系统 ，配置２ ｌＵ Ｅ Ｉ ０ Ｓ ａｅ ｉｅ 个
Ｃ ｂ ｓ ｉｅ 系统 为 ａ ｅｌ ｎ
步 进驱 动控制 轴和 １ 变频主 轴 ，电子 手轮 、６ 个 Ｔ位 霍尔元件 电动刀架 、液压 卡盘和 液压 尾座套 筒 ，如
２） Ｌ 主程序如图２ 。ＰＣ 所示 。
｝ ： ｏ ¨ 靖 ． 辅 － ｒ ＿
ＰＣ Ｌ 子程序 ５ Ｔ Ｔ Ｑ ＩＬ（ 一 Ａ Ｕ Ｌ 尾座 套筒控 制 ）如
机床不能正常使 用。 用户决定在原机床基础上 ，更换
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Ｉ ’ １：藩 ｔ ： ”； ， ＝ 蓍 ： ！ ・ 臻

PLC所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。 （1）内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能。 内装型PLC具有如下特点：
数控机床PLC的类型
数控机床PLC分为两类：
一类是CNC的生产厂家将数控装置PLC 综合起来而设计的“内装型”PLC;
另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入/输出 信号接口技术规范、输入/输出点数、程序存储量以及 运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求，称为 “独立型”PLC。
（4）采用内装型PLC结构。CNC系统可以具有某些高级 控制功能，如梯形图编辑和传送功能、在CNC内部直接处 理大量信息。
2．独立型PLC
独立型PLC又称外装 型或通用型PLC。对 数控机床而言，独立 型PLC独立于CNC装 置，具有完备的硬件 结构和软件功能，能 够独立完成规定的控 制任务。
独立型PLC具有如下特点：
（1）独立型PLC的基本功能结构与通用型PLC完 全相同。
（2）数控机床应用的独立型PLC一般采用中型或 大型PLC，I/O点数一般在200点以上，所以多采 用积木式模块化结构，具有安装方便、功能易于 扩展和变换等优点。
（3）独立型PLC的输入/输出点数可以通过输入/ 输出模块的增减配置。有的独立型PLC还可以通 过多个远程终端连接器构成有大量输入/输出点数 的网络，以实现大范围的集中控制。
（4）采用内装型PLC结构。 （3）独立型PLC的输入/输出点数可以通过输入/输出模块的增减配置。 另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入/输出 内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。 一般作为CNC装置的基本功能提供给用户。 独立型PLC又称外装型或通用型PLC。 （1）内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能。 对数控机床而言，独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。 CNC系统可以具有某些高级控制功能，如梯形图编辑和传送功能、在CNC内部直接处理大量信息。 （3）在数控系统的具个CPU； （4）采用内装型PLC结构。 （3）在数控系统的具体结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU； （1）独立型PLC的基本功能结构与通用型PLC完全相同。 一般作为CNC装置的基本功能提供给用户。 独立型PLC具有如下特点： 独立型PLC具有如下特点： PLC所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。 内装型PLC具有如下特点： CNC系统可以具有某些高级控制功能，如梯形图编辑和传送功能、在CNC内部直接处理大量信息。 数控机床PLC分为两类： （2）数控机床应用的独立型PLC一般采用中型或大型PLC，I/O点数一般在200点以上，所以多采用积木式模块化结构，具有安装方便、 功能易于扩展和变换等优点。