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[摘要]：PLC（可编程控制器）是一种将计算机技术、自动控制技术、通信技术相结合的新型工业自动化控制设备。数控机床电气控制系统采用PLC已成为当前的发展趋势，本文对数控机床电气控制系统的控制方式、系统功能、主要控制部件，进行选择和分析后，给出一套完整的基于 PLC 的数控机床电气控制系统的总体设计方案。
[关键词]：PLC 数控机床 电气控制
中图分类号：TG519.1 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）20- 0005 -01
随着数控技术的迅速发展，不仅要对机床的各坐标轴的方向进行插补控制，还要对机床主轴的正、反转、停止、进给运动、刀库及机械手的控制等动作，进行顺序控制。控制信息由I/O控制，如限位开关、温度开关和控制开关等输入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件，同时还包括主轴驱动和进给伺服驱动的控制等。由于PLC是由输入部分、逻辑部分、输出部分组成，故上述功能完全可以由PLC来完成。
一、选择合理的闭环控制方式
控制系统的成功与否取决于数控机床电气控制方式的合理性。要控制数控机床实现高速度、高精度的运转，系统的稳定性是非常重要的。首先要针对被控设备的特征、加工精度、运行速度等进行分析来达到预定要求，其次要综合考虑系统的性价比等因素。在确定了坐标轴数目后，采用工控机+运动控制器+电机+光栅尺的方案组合进行闭环控制。在这种方式下，工控机能发挥强大的文件操作功能、人机交互功能、高速数据处理功能。运动控制器则体现了高速度、高精度、高稳定性等优点。光栅尺则为系统提供了高达 0.001mm 的高精度的位置信息。运动控制器不仅可以扩展轴的数目，也可以接入机床的各种传感器，提高了系统的可靠性及稳定性，同时也方便了系统以后的升级。
二、电气控制系统的工作原理
以两轴数控车床为例，原理图如下：工控机在读取了文件信息之后，立刻把信息数据传送到西门子SIMOTION（运动控制器）。SIMOTION再根据收到的信息数据来控制电机模块驱动电机，最后带动工作台实现位置控制。光栅尺则实时检测工作台的位置信息数据，同時传送到SIMOTION，进行工作台的位置调整控制，并满足对位置精度的要求。由于光栅尺信号不能由SIMOTION直接识别，所以要通过SMC30转换后再传送到SIMOTION。ET200从SIMOTION中接收到的主轴转速信息数据可以通过模拟量的模块输出一个相应的电压来控制变频器驱动主轴的旋转。可以通过刀具损坏检测传感器、加工深度检测传感器及行程开关等来检测工作台的工作状态并传送到系统中，这些传感器的信号先传送到ET200中，再传送到SIMOTION中，由于SIMOTION 的工艺、逻辑处理能力很强大，从而很容易的对这些信息进行处理并完成全部的加工任务。
三、电气控制系统的硬件设计
控制系统主要由工控机、SIMOTION D、电源模块、电机模块、电机、光栅尺、传感器模块（SMC30） 、分布式I/O（ET200） 、主轴变频器，高速主轴以及若干的传感器和限位开关组合而成。具体选用如下：
（1）上位机 （工控机）与下位机（SIMOTION D）的通信：本系统采用了性价比较高的TCP/IP协议来实现上位机与下位机之间的实时通信功能。主要负责工控机下载数据和命令以及SIMOTION D上传机床当前状态、报警信息等。
（2）运动控制系统（SIMOTION D）：SIMOTION D通过电源、电机模块来驱动电机，控制工作台的移动，再通过总线读取电机的各项参数，然后向电机发送指令。
（3）高速主轴的控制：为了驱动数控车床每分钟高达18000转的主轴，采用了高速的台达变频器。SIMOTION D使用模拟量的方式对变频器实施控制，对变频器的状态使用数字量的方式实施监控。
（4）分布式扩展 I/O：为了获得多个传感器输出的数字量、模拟量以及对若干个电磁阀进行控制，SIMOTION D要通过ET200扩展数字量、模拟量模块实现 I/O的扩展功能 。
（5）坐标轴的回零：由于使用的电机编码器、光栅尺都是增量式编码器，所以系统中就不能确定绝对位置。每次开机后，各轴必须通过回零操作来确定其绝对位置。
（6）安全限位：为了防止工作台冲出工作区域发生意外，在工作区边界处要安装限位开关来实现硬件的限位。
（7）强电配电：控制系统工作的安全性和配电有密切关系，本系统的动力电源进入电源模块之前必须经过熔断器、空气开关、滤波器等多重保护。
四、结束语
西门子SIMOTION 是一种用于自动化工业生产控制的设备，对工业现场的电磁干扰环境适应能力强。由于SIMOTION 的内部也是 PLC的结构，同样可以实现PLC的输入、逻辑、输出部分的功能，同时又具有较强的稳定性和抗干扰能力，故可以直接用在工业环境中。
数控设备多年前早已在我国广泛使用，由于水平并不高，一直制约着我国的机械制造业的加工工艺的提高。其原因主要体现在电气控制部分。本文提出的基于PLC的数控机床电气控制思路和方法比较合理，经过运行证明其控制精度高，性能稳定可靠，从而提高了生产效率和质量，不失为一种优秀控制方案。
参考文献：
[1]李常辉.《基于PLC的PCB数控机床电气控制系统研制》.西南交通大学.2008
[2]李华军.《基于PLC的数控机床电气控制简析》.装备制造技术.2009
[关键词]：PLC 数控机床 电气控制
中图分类号：TG519.1 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）20- 0005 -01
随着数控技术的迅速发展，不仅要对机床的各坐标轴的方向进行插补控制，还要对机床主轴的正、反转、停止、进给运动、刀库及机械手的控制等动作，进行顺序控制。控制信息由I/O控制，如限位开关、温度开关和控制开关等输入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件，同时还包括主轴驱动和进给伺服驱动的控制等。由于PLC是由输入部分、逻辑部分、输出部分组成，故上述功能完全可以由PLC来完成。
一、选择合理的闭环控制方式
控制系统的成功与否取决于数控机床电气控制方式的合理性。要控制数控机床实现高速度、高精度的运转，系统的稳定性是非常重要的。首先要针对被控设备的特征、加工精度、运行速度等进行分析来达到预定要求，其次要综合考虑系统的性价比等因素。在确定了坐标轴数目后，采用工控机+运动控制器+电机+光栅尺的方案组合进行闭环控制。在这种方式下，工控机能发挥强大的文件操作功能、人机交互功能、高速数据处理功能。运动控制器则体现了高速度、高精度、高稳定性等优点。光栅尺则为系统提供了高达 0.001mm 的高精度的位置信息。运动控制器不仅可以扩展轴的数目，也可以接入机床的各种传感器，提高了系统的可靠性及稳定性，同时也方便了系统以后的升级。
二、电气控制系统的工作原理
以两轴数控车床为例，原理图如下：工控机在读取了文件信息之后，立刻把信息数据传送到西门子SIMOTION（运动控制器）。SIMOTION再根据收到的信息数据来控制电机模块驱动电机，最后带动工作台实现位置控制。光栅尺则实时检测工作台的位置信息数据，同時传送到SIMOTION，进行工作台的位置调整控制，并满足对位置精度的要求。由于光栅尺信号不能由SIMOTION直接识别，所以要通过SMC30转换后再传送到SIMOTION。ET200从SIMOTION中接收到的主轴转速信息数据可以通过模拟量的模块输出一个相应的电压来控制变频器驱动主轴的旋转。可以通过刀具损坏检测传感器、加工深度检测传感器及行程开关等来检测工作台的工作状态并传送到系统中，这些传感器的信号先传送到ET200中，再传送到SIMOTION中，由于SIMOTION 的工艺、逻辑处理能力很强大，从而很容易的对这些信息进行处理并完成全部的加工任务。
三、电气控制系统的硬件设计
控制系统主要由工控机、SIMOTION D、电源模块、电机模块、电机、光栅尺、传感器模块（SMC30） 、分布式I/O（ET200） 、主轴变频器，高速主轴以及若干的传感器和限位开关组合而成。具体选用如下：
（1）上位机 （工控机）与下位机（SIMOTION D）的通信：本系统采用了性价比较高的TCP/IP协议来实现上位机与下位机之间的实时通信功能。主要负责工控机下载数据和命令以及SIMOTION D上传机床当前状态、报警信息等。
（2）运动控制系统（SIMOTION D）：SIMOTION D通过电源、电机模块来驱动电机，控制工作台的移动，再通过总线读取电机的各项参数，然后向电机发送指令。
（3）高速主轴的控制：为了驱动数控车床每分钟高达18000转的主轴，采用了高速的台达变频器。SIMOTION D使用模拟量的方式对变频器实施控制，对变频器的状态使用数字量的方式实施监控。
（4）分布式扩展 I/O：为了获得多个传感器输出的数字量、模拟量以及对若干个电磁阀进行控制，SIMOTION D要通过ET200扩展数字量、模拟量模块实现 I/O的扩展功能 。
（5）坐标轴的回零：由于使用的电机编码器、光栅尺都是增量式编码器，所以系统中就不能确定绝对位置。每次开机后，各轴必须通过回零操作来确定其绝对位置。
（6）安全限位：为了防止工作台冲出工作区域发生意外，在工作区边界处要安装限位开关来实现硬件的限位。
（7）强电配电：控制系统工作的安全性和配电有密切关系，本系统的动力电源进入电源模块之前必须经过熔断器、空气开关、滤波器等多重保护。
四、结束语
西门子SIMOTION 是一种用于自动化工业生产控制的设备，对工业现场的电磁干扰环境适应能力强。由于SIMOTION 的内部也是 PLC的结构，同样可以实现PLC的输入、逻辑、输出部分的功能，同时又具有较强的稳定性和抗干扰能力，故可以直接用在工业环境中。
数控设备多年前早已在我国广泛使用，由于水平并不高，一直制约着我国的机械制造业的加工工艺的提高。其原因主要体现在电气控制部分。本文提出的基于PLC的数控机床电气控制思路和方法比较合理，经过运行证明其控制精度高，性能稳定可靠，从而提高了生产效率和质量，不失为一种优秀控制方案。
参考文献：
[1]李常辉.《基于PLC的PCB数控机床电气控制系统研制》.西南交通大学.2008
[2]李华军.《基于PLC的数控机床电气控制简析》.装备制造技术.2009