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摘要：可编程控制器作为计算机家族的一员，是为了实现工业控制应用而设计的。为了代替继电器实现逻辑控制，早期制造出可编程控制器，即PLC。随着该装置功能的不断提升，其作用早已超越了控制器的范围。文章介绍了一种基于可编程控制器（PLC）的数控钻铣床控制系统，这种系统可以借助于PLC丰富的脉冲控制指令实现对于数控钻铣床各轴的步进电机的位置以及速度的控制，期间数控加工指令通过PC机经由串口通信传递给PLC，为此通过控制PLC脉冲控制指令的参数就可以实现对于加工的控制。
关键词：PLC；铣床；数控；控制
中图分类号：TG659
可编程逻辑控制器具有反应快、可靠性强、操作简单等优势。在现代化的工业生产中出现了越来越多的模拟量以及数字量的控制装置，例如压力、温度、计数等控制，而采用PLC解决自动控制问题具有极大的优势。将PLC应用于数控铣床后，可以极大地简化电气控制系统构造，从而便于设备的安装与维护，提升了电气控制可靠性。
1.PLC的原理及特点
数控机床是电子信息技术与传统机床技术相融合的机电一体化产品，具有精密、高效、柔性自动化以及信息集成的特点，经过不断地发展已经成为现代制造技术最为重要的基础装备。而PLC是一种基于未处理技术，将自动控制技术、计算机技术以及通信技术综合应用的新型工业化设备。PLC具有以下明显的特点：可靠性强。PLC具有极强的抗干扰能力，相比傳统继电器技术更加适合于复杂的工业环境；反应快。由于PLC中将传统的机械触电继电器替换为内部自定义的辅助继电器，同时也取消了连接导线，而使用内部逻辑关系代替，为此就可以忽略其节点变位时间，不必考虑传统继电器的返回系数；操作简单。为此这一技术在包括数控机床在内的工业化生产中得到了极为广泛的应用。
PLC原理可以大致的分为三个阶段：首先是输入采样阶段。在这一阶段，PLC通过扫描的方式依次的读取输入数据及状态，并将其存储与I/O映像区的相应单元。输入完毕就可以进入后续的用户程序执行阶段，这一阶段PLC通过由上而下的顺序对用户的程序进行扫描，对于每一条梯形图，扫描的顺序总是遵循着先左后右以及先上后下的顺序进行逻辑运算，并根据运算的结果刷新逻辑线圈在系统中的对应状态。最后是输出刷新阶段，在这一阶段，CPU会按照I/O映像区中的数据及状态刷新所有的输出锁存电路并输出到电路驱动的相关外圆设备。
PLC发展趋势：（1）提升PLC的抗干扰能力。尽管PLC控制系统具有很好的抗干扰能力，但是对于一些电磁干扰过于强烈或者是生产环境极为恶劣的情况也会致使PLC控制系统的控制失误或者运算失误，从而导致正常的生产运行受到干扰。为此，在今后的一段时间内，不断研发具备更高抗干扰能力的PLC系统，不断的提升其在设计、安装以及使用中的性能；（2）网络化以及数字化。目前在火电系统中，DCS技术逐渐的普及并逐步成熟，只是近几年的发展较为缓慢，而PLC作为发展迅速的技术，使得二者在发展的过程中相互吸收、利用，并逐渐发展成为新的控制系统—FCS系统。
2.数控铣床的基本结构以及控制要求
这里所参考的数控铣床主要包含以下几大部分：可编程控制器PLC、CNC控制器、工控机、三个全数字式交流伺服驱动器以及变频器。其中可编程控制器主要负责电气控制系统及故障诊断；CNC控制器主要完成程序编制、位置显示、参数设置、诊断、报警以及调试等功能；工控机主要负责状态显示、程序设置、参数设置、远程局域网通信；交流伺服电机负责完成运动控制以及插补运算，从而实现对X、Y、Z方向的运行；而变频器主要完成主轴调速，控制主轴的方向以及转速。
3.PLC对步进电机的控制
电机转子的速度以及角位移由于受到脉冲的控制而与输入脉冲成严格的正比关系，为此可以通过对脉冲数量的控制实现对于角位移量的控制，实现了精确地定位；然后还可以通过控制脉冲的频率实现对于电机转速以及加速度的控制，实现了调速功能。最后还可以通过改变通电顺序实现对电机旋转方向的控制。在数控铣床的控制系统中对PLC控制步进电机的转速、位移以及方向的要求如下：
进给速度控制。工作台的进给速度取决于步进电机的转速，而其转速又决定于输入的脉冲频率，为此可以根据要求的进给速度设定PLC输出的脉冲频率。
行程控制。数控铣床的各轴的行程与步进电机的总转角成正比，为此可以通过控制总转角实现对于工作台行程控制，为此可以通过确定脉冲个数来实现设定的位移量。
进给方向控制。其方向控制也就是步进电机的转向控制，为此在步进电机驱动器中可以通过接受PLC的转向信号实现对步进电机的转向的控制。
4.PLC脉冲输出指令
通过改变输入脉冲信号可以实现对于步进电机的位置、速度的控制，为此可以通过控制输入脉冲信号方便的实现对于数控机床的控制。PLC的脉冲输出包含连续模式与独立模式两种，使用连续模式，要通过脉冲速度指令对脉冲的输出模式、位地址以及脉冲频率进行设定，并且可以随时更改脉冲输出频率；而在使用独立模式时，要在脉冲输出之前设置输出的脉冲个数，同样利用脉冲速度指令对脉冲的输出模式、位地址以及脉冲频率进行设定。
5.PLC与PC机的通信
在数控铣床的控制系统中，PLC属于下位机，主要是接受来自于PC机的指令，实现PC机对于控制系统的控制，同时也要对现场的高速数据进行采集，实现计数、定时、逻辑等功能，并向PC机传送PLC的工作状态及相关的数据；而PC机作为上位机，主要是接收来自于机床侧的开关量信号，并及时向PLC发送控制信号。PC机与PLC的通信方式主要是借助于RS232串行通信实现，主要的通信方式可以分为两种：其一是PLC具有优先权，通信的请求由PLC发送到上位机；其二是上位机始终有优先权，那么所有的通信不用PLC请求就能启动。通过PLC与PC机之间的通信，上位机编制好的加工指令被传送到PLC，然后PLC读取收到的参数对各个步进电机的参数进行改变，从而实现了对加工过程的控制。
结束语：
将PLC应用于数控铣床在实际的应用中表现出了巨大的优势，首先是电气系统的硬件电路的到了极大地优化，从而有利于后期的检修维护；其次也极大地提升了系统的可靠性。总之，这一系统可以满足批量生产的要求，减少了故障发生率、保证了产品质量，适应了现代工厂的自动化发展。
参考文献：
[1] 管丽娜，邵强.步进电机的PLC直接控制[N].大连民族学院学报.2004（1）：
41～43.
[2] 殷华文，干兆，马志刚.PLC对步进电机的控制技术[J].组合机床与自动化加工技术.2003（8）：65～67.
[3] 廖常初.s7—300 /400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.
[4] 陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程序控制器[M].广州：华南理工大学出版社，2001.
[5] 潘世永，郑萍.工业控制网络的体系结构口[J].电气自动化，2003，25（4）：3—6.
关键词：PLC；铣床；数控；控制
中图分类号：TG659
可编程逻辑控制器具有反应快、可靠性强、操作简单等优势。在现代化的工业生产中出现了越来越多的模拟量以及数字量的控制装置，例如压力、温度、计数等控制，而采用PLC解决自动控制问题具有极大的优势。将PLC应用于数控铣床后，可以极大地简化电气控制系统构造，从而便于设备的安装与维护，提升了电气控制可靠性。
1.PLC的原理及特点
数控机床是电子信息技术与传统机床技术相融合的机电一体化产品，具有精密、高效、柔性自动化以及信息集成的特点，经过不断地发展已经成为现代制造技术最为重要的基础装备。而PLC是一种基于未处理技术，将自动控制技术、计算机技术以及通信技术综合应用的新型工业化设备。PLC具有以下明显的特点：可靠性强。PLC具有极强的抗干扰能力，相比傳统继电器技术更加适合于复杂的工业环境；反应快。由于PLC中将传统的机械触电继电器替换为内部自定义的辅助继电器，同时也取消了连接导线，而使用内部逻辑关系代替，为此就可以忽略其节点变位时间，不必考虑传统继电器的返回系数；操作简单。为此这一技术在包括数控机床在内的工业化生产中得到了极为广泛的应用。
PLC原理可以大致的分为三个阶段：首先是输入采样阶段。在这一阶段，PLC通过扫描的方式依次的读取输入数据及状态，并将其存储与I/O映像区的相应单元。输入完毕就可以进入后续的用户程序执行阶段，这一阶段PLC通过由上而下的顺序对用户的程序进行扫描，对于每一条梯形图，扫描的顺序总是遵循着先左后右以及先上后下的顺序进行逻辑运算，并根据运算的结果刷新逻辑线圈在系统中的对应状态。最后是输出刷新阶段，在这一阶段，CPU会按照I/O映像区中的数据及状态刷新所有的输出锁存电路并输出到电路驱动的相关外圆设备。
PLC发展趋势：（1）提升PLC的抗干扰能力。尽管PLC控制系统具有很好的抗干扰能力，但是对于一些电磁干扰过于强烈或者是生产环境极为恶劣的情况也会致使PLC控制系统的控制失误或者运算失误，从而导致正常的生产运行受到干扰。为此，在今后的一段时间内，不断研发具备更高抗干扰能力的PLC系统，不断的提升其在设计、安装以及使用中的性能；（2）网络化以及数字化。目前在火电系统中，DCS技术逐渐的普及并逐步成熟，只是近几年的发展较为缓慢，而PLC作为发展迅速的技术，使得二者在发展的过程中相互吸收、利用，并逐渐发展成为新的控制系统—FCS系统。
2.数控铣床的基本结构以及控制要求
这里所参考的数控铣床主要包含以下几大部分：可编程控制器PLC、CNC控制器、工控机、三个全数字式交流伺服驱动器以及变频器。其中可编程控制器主要负责电气控制系统及故障诊断；CNC控制器主要完成程序编制、位置显示、参数设置、诊断、报警以及调试等功能；工控机主要负责状态显示、程序设置、参数设置、远程局域网通信；交流伺服电机负责完成运动控制以及插补运算，从而实现对X、Y、Z方向的运行；而变频器主要完成主轴调速，控制主轴的方向以及转速。
3.PLC对步进电机的控制
电机转子的速度以及角位移由于受到脉冲的控制而与输入脉冲成严格的正比关系，为此可以通过对脉冲数量的控制实现对于角位移量的控制，实现了精确地定位；然后还可以通过控制脉冲的频率实现对于电机转速以及加速度的控制，实现了调速功能。最后还可以通过改变通电顺序实现对电机旋转方向的控制。在数控铣床的控制系统中对PLC控制步进电机的转速、位移以及方向的要求如下：
进给速度控制。工作台的进给速度取决于步进电机的转速，而其转速又决定于输入的脉冲频率，为此可以根据要求的进给速度设定PLC输出的脉冲频率。
行程控制。数控铣床的各轴的行程与步进电机的总转角成正比，为此可以通过控制总转角实现对于工作台行程控制，为此可以通过确定脉冲个数来实现设定的位移量。
进给方向控制。其方向控制也就是步进电机的转向控制，为此在步进电机驱动器中可以通过接受PLC的转向信号实现对步进电机的转向的控制。
4.PLC脉冲输出指令
通过改变输入脉冲信号可以实现对于步进电机的位置、速度的控制，为此可以通过控制输入脉冲信号方便的实现对于数控机床的控制。PLC的脉冲输出包含连续模式与独立模式两种，使用连续模式，要通过脉冲速度指令对脉冲的输出模式、位地址以及脉冲频率进行设定，并且可以随时更改脉冲输出频率；而在使用独立模式时，要在脉冲输出之前设置输出的脉冲个数，同样利用脉冲速度指令对脉冲的输出模式、位地址以及脉冲频率进行设定。
5.PLC与PC机的通信
在数控铣床的控制系统中，PLC属于下位机，主要是接受来自于PC机的指令，实现PC机对于控制系统的控制，同时也要对现场的高速数据进行采集，实现计数、定时、逻辑等功能，并向PC机传送PLC的工作状态及相关的数据；而PC机作为上位机，主要是接收来自于机床侧的开关量信号，并及时向PLC发送控制信号。PC机与PLC的通信方式主要是借助于RS232串行通信实现，主要的通信方式可以分为两种：其一是PLC具有优先权，通信的请求由PLC发送到上位机；其二是上位机始终有优先权，那么所有的通信不用PLC请求就能启动。通过PLC与PC机之间的通信，上位机编制好的加工指令被传送到PLC，然后PLC读取收到的参数对各个步进电机的参数进行改变，从而实现了对加工过程的控制。
结束语：
将PLC应用于数控铣床在实际的应用中表现出了巨大的优势，首先是电气系统的硬件电路的到了极大地优化，从而有利于后期的检修维护；其次也极大地提升了系统的可靠性。总之，这一系统可以满足批量生产的要求，减少了故障发生率、保证了产品质量，适应了现代工厂的自动化发展。
参考文献：
[1] 管丽娜，邵强.步进电机的PLC直接控制[N].大连民族学院学报.2004（1）：
41～43.
[2] 殷华文，干兆，马志刚.PLC对步进电机的控制技术[J].组合机床与自动化加工技术.2003（8）：65～67.
[3] 廖常初.s7—300 /400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.
[4] 陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程序控制器[M].广州：华南理工大学出版社，2001.
[5] 潘世永，郑萍.工业控制网络的体系结构口[J].电气自动化，2003，25（4）：3—6.