PLC在数控车床的应用

一、引言

数控技术是综合应用了电子技术、计算技术、自动控制与自动检测等现代科学技术成就而发展起来的,目前在许多领域尤其是在机械加工行业中的应用日益广泛。

数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工时,数控系统的点位控制一般用在孔加工机床上(例如钻孔、铰孔、镗孔的数控机床),其特点是,机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的精确移动,即准确控制移动部件的终点位置,但并不考虑其运动轨迹,在移动过程中刀具不切削工件。

实现数控系统点位控制的通常方法可以有两种:一是采用全功能的数控装置,这种装置功能十分完善,但其价格却很昂贵,而且许多功能对点位控制来说是多余的；二是采用单板机或单片机控制,这种方法除了要进行软件开发外,还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路,特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。

由于可编程控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机,具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小、是实现机电一体化的理想控制装置等显著优点,因此通过实践与深入研究,本文提出了利用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的有关见解与方法,介绍了控制系统研制中需要认识与解决的若干问题,给出了控制系统方案及软硬件结构的设计思路,对于工矿企业实现相关机床改造具有较高的应用与参考价值。

二、控制系统研制中需要认识与解决的若干问题

防止步进电机运行时出现失步和误差

步进电机是一种性能良好的数字化执行元件,在数控系统的点位控制中,可利用步进电机作为驱动电机。在开环控制中,步进电机由一定频率的脉冲控制。由PLC直接产生脉冲来控制步进电机可以有效地简化系统的硬件电路,进一步提高可靠性。由于PLC是以循环扫描方式工作,其扫描周期一般在几毫秒至几十毫秒之间,因此受到PLC工作方式的限制以及扫描周期的影响,步进电机不能在高频下工作。例如,若控制步进电机的脉冲频率为4000HZ,则脉冲周期为0.25毫秒,这样脉冲周期的数量级就比扫描周期小很多,如采用此频率来控制步进电机。则PLC在还未完成输出刷新任务时就已经发出许多个控制脉冲,但步进电机仍一动不动,出现了严重的失步现象。若控制步进电机的脉冲频率为100HZ,则脉冲周期为10毫秒,与PLC的扫描周期约处于同一数量级,步进电机运行时亦可能会产生较大的误差。因此用PLC驱动步进电机时,为防止步进电机运行时出现失步与误差,步进电机应在低频下运行,脉冲信号频率选为十至几十赫兹左右,这可以利用程序设计加以实现。