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軟PLC技術在開放式數控係統中的應用

2023-8-8 來源：哈爾濱職業技術學院作者：王誌學，薑宇，郝雙雙

摘（zhāi）要（yào）：闡述軟PLC具有結構（gòu）靈活（huó）、性價比高的特點，為了擴展軟PLC技術的應用範圍，將軟PLC技術（shù）應（yīng）用到了開放（fàng）式數控係統，並（bìng）進行程序設計。實驗結果表明，軟PLC可以準確地完成開放式數控係統中開關量控製的功能，從而提高數控係統的（de）開放程度。

關鍵詞：控製（zhì）技術，軟PLC，開放式數控係統，主（zhǔ）軸正反轉。

0、引言

PLC具有編程（chéng）簡單、工作可靠和便於（yú）使用（yòng）等特點，因此在自動化（huà）領域得到了廣泛的應用。但是常規的PLC被幾大廠商壟斷（duàn），導致PLC價格居高不下，同時硬件互不（bú）兼容，編程規則沒有統一的標（biāo）準，最主要的是常規（guī）的PLC結構封閉，不利於搭建（jiàn）可重構（gòu）、可擴充的智能製造係統，在這樣的背景下，促使了軟PLC技術的發展。軟PLC技術（shù）以通用（yòng）采集卡和計算機為硬件依托，通過對采集卡的開發，實（shí）現常規PLC的（de）控製功能。軟（ruǎn）PLC技術可（kě）以提高（gāo）係統的開放程（chéng）度，便於與智能製造（zào）模塊進（jìn）行集成，可以很好地解決（jué）傳統PLC係（xì）統中的問題。

開放式（shì）數控係統作為一種模（mó）塊化、可重構的數控係統，其最大的優勢在於結構的開放性。為了提高數控係統的開放性，同時拓（tuò）寬軟PLC的應用範圍，本（běn）文將軟PLC技術應用到了（le）數控係統中（zhōng），增加了數（shù）控係統的開放程（chéng）度（dù），具有重要的參考意義。

1、軟PLC在開放式數控係統中的功能

（1）M指（zhǐ）令的（de）實現

M指令是控製機（jī）床各輔助功能開/關的指令，被稱為輔（fǔ）助功能指令。常用的輔助功能指令包括卡具的加緊與鬆開、主軸的啟動與停止、冷卻液的開（kāi）啟（qǐ）與關閉等。開放式數控係（xì）統接（jiē）收到NC程序中的M指令後，首先（xiān）經過譯碼（mǎ），然後交給軟PLC進行處（chù）理，最後軟PLC根據PLC程序的邏輯（jí）關係控製輸（shū）出信號，輔助（zhù）完成零件的加工。

（2）T指令的實現

T指令（lìng）是換（huàn）刀指令，可以實現加工過程中刀具的自動更換，節省了加工人（rén）員手動換（huàn）刀的時間（jiān），提高了（le）生產效率。當數控（kòng）程序中存在T指令時（shí），開放式數控係統會將這些T指（zhǐ）令交（jiāo）給軟PLC處理，軟PLC會控製刀庫旋轉（zhuǎn），完成換刀的一係列動作。

（3）麵板按鍵功能的實現

為了便於操作，在開放式數控機床上安裝並開發了控製（zhì）麵板，通過控製麵板可以方便（biàn）地對機床進行控製。當按下機床操作麵板上的按鍵時，會產生外部觸發信號（hào），然後傳入到PLC內部，經過（guò）邏輯關係的計算後，軟PLC會（huì）控製外部的輸出，從而實現控製麵板上（shàng）各按鍵的功能。控製麵板上（shàng）的功能主要包括進給倍率、加工方式的選擇、排屑、吹氣、工作燈、主軸正反轉、刀庫正反轉等。為了便（biàn）於觀察各功能的開（kāi）啟狀態，在控製麵板上設計了工作反饋燈，這（zhè）些反饋燈的開啟與關閉也由軟PLC來控（kòng）製。

（4）處理機（jī）床側外部輸入I/O信號

為了實現機床與開放式數控（kòng）係統的協調運轉，在機床本體一側布置有各種檢測元件（jiàn），這（zhè）些檢測元件發出（chū）的信（xìn）號會交給軟PLC進行處理，然後實現軟件和硬（yìng）件（jiàn）的協調運（yùn）轉（zhuǎn）。機床側常用到的檢測元件（jiàn）包括行程開關和接近開關等。

2、開放式數控係統中軟PLC控製程序分析

通過上麵（miàn）的（de）分（fèn）析可以看出，在開放式（shì）數控係統中，軟PLC控製的功能（néng）有（yǒu）很多。本節以開（kāi）放式（shì）數控係統中典型的主軸正反轉控製程（chéng）序為例（lì），利用前期自主開發的軟PLC係統編製了相關的控製程序，並進行相關分析。

數控係統中的主軸正反轉功能需要滿足下麵的（de）要求：（1）主軸正轉和反轉不能同時開啟（qǐ），也就是正轉和反轉之間需要互鎖；（2）主軸的正轉和反轉需要自鎖；（3）主軸從（cóng）正轉變為（wéi）反轉（zhuǎn），或從反（fǎn）轉變（biàn）為正轉時，需要先停止主軸，然後再進行轉向的改變。通過上麵的分析，結合硬件的端口分配（pèi）情（qíng）況，利用開發的軟（ruǎn）PLC係統編製了梯形圖控製程序（xù），如圖1所示，圖中各指令的含義（yì）如表1所示。

圖1 主軸正反轉控製（zhì）程序

表1 主軸正反轉程序指令對應表

為了驗證軟PLC技術應用於開放式數控係統的可行（háng）性，利用本實驗室自主開發的開放式（shì）數控係統進行了（le）實驗（yàn）驗證，圖2為實驗室自主開發的開（kāi）放式（shì）數控控製麵板，上麵各按鍵的功能通過軟PLC進行實現，利用該控製麵板可以控（kòng）製機床的運行（háng）狀態。在自動加工模式下（xià），可（kě）以（yǐ）通過M03、M04和M05指令（lìng）對主軸的旋轉方（fāng）向進行控製。當NC程序中存在這些指令時，開放式數控係統會把這些指（zhǐ）令（lìng）交給軟（ruǎn）PLC進行處理，並實現相應（yīng）的功（gōng）能。

圖2 控製界麵（miàn）

在主軸正反轉程序中，X4.2、X4.3、X5.3為工作方式選擇（zé）按鈕（niǔ）所對應的（de）端口地址，通過不同端口高低（dī）電平的組合，可以區分不同的工作狀態，各編（biān）碼（mǎ）組合與工作狀（zhuàng）態對應關（guān）係（xì）如表2所示。當加工狀態為手動時，手動工作狀態輔助繼電器M6.1得電，此時通過控製麵板上的主軸反轉按鈕（niǔ）可以控製主軸反轉端口X3.7得電與否。當X3.7被按下時，此時主軸反轉線圈Y4.3得電，同時實現自鎖，最終主軸反轉開啟。因為在主軸正轉的支路上串聯了主軸反轉的常閉觸點，所以當主軸反轉時，主軸正轉不會開啟。當加工（gōng）狀（zhuàng）態為自動加工狀態時，自（zì）動工作方（fāng）式輔助繼（jì）電器M6.2得電。當加工程序中存在M05指令（主軸（zhóu）反轉（zhuǎn））時，開放式數控係統譯碼模塊會將該指令交給（gěi）軟（ruǎn）PLC進行處理，此時（shí）主軸反轉輔助繼電器6.4會得電，最終主軸反轉Y4.3線圈得電，並（bìng）實現自鎖，實現自動方式下主軸反轉的開啟。主軸（zhóu）正轉的實現過程與主軸反轉的實現過程相似，在此不再分（fèn）析。

表2 選擇方式編碼對應表（biǎo）

3、軟PLC應用效果（guǒ）驗證

為了證明軟PLC應（yīng）用於開放式數控係統的效（xiào）果（guǒ），進行了（le）實（shí）驗驗證，實驗在自主研發的開（kāi）放式數控係統上進行。首先進行了手（shǒu）動狀態下的（de）實驗驗證（zhèng），將工作方式按鈕打（dǎ）到手動狀（zhuàng）態後，按主軸正轉按鈕，此（cǐ）時機床（chuáng）主軸正轉開啟，同時控製麵板上的主軸正轉反饋燈開啟，如圖3所示（shì）。

圖3 手動模（mó）式下機床控（kòng）製（zhì）效果圖

同時，在自動加工模式下進行了實驗驗證，選擇好數控加工程序後，按循環啟動按（àn）鈕，開放（fàng）式數控係統就會按照數控程序（xù）進行執行，當執行到M03（主軸正轉指令時），軟PLC會使輔助繼電器M6.3得電（diàn），從而使主軸（zhóu）正轉，同時相應的反饋燈也會開啟。在自動模式下，主軸正（zhèng）轉開啟的實驗現場如圖（tú）4所示。

圖4 自動模式下機床控製效果圖（tú）

以上通過實驗證明手動狀態（tài）和自（zì）動狀態下主軸正轉開啟的過程，主軸（zhóu）反轉和主軸停止的（de）過程與此相似，通過此（cǐ）實驗證明（míng）了軟PLC應用於開放式數控係統的（de）可行性。

4、結語

本文將軟PLC技術應用於開放式（shì）數控係（xì）統，並進行了實驗驗證。結果表明，軟PLC可以在自動和手動模式下控製開放式數控係統的開關指令，對於提高開放式數控係統的開放程度具有重要的意（yì）義（yì）。

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