針對數(shù)控銑床的低成本要求，本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的數(shù)控銑床控制系統(tǒng)，利用PLC實(shí)現(xiàn)對銑床各坐標(biāo)軸的步進(jìn)電機(jī)的控制，以完成銑床的加工工藝的要求。

1 PLC對步進(jìn)電機(jī)的控制

　　步進(jìn)電機(jī)是一種用脈沖信號進(jìn)行控制，并將脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于受脈沖的控制，電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移和速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，通過控制脈沖數(shù)量來控制角位移量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的功能；通過改變通電順序，實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

　　在數(shù)控銑床的控制系統(tǒng)中，要求用PLC實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的位移、轉(zhuǎn)速和方向的控制，具體如下：

　　(1)行程控制數(shù)控銑床各軸的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角就可實(shí)現(xiàn)對工作臺行程的控制。因此可以根據(jù)各軸的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)： N=D_L／d式中，D_L伺服機(jī)構(gòu)的位移量，mm；d一脈沖當(dāng)量，mm／脈沖。

　　(2)進(jìn)給速度控制工作臺的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率。因此叮以根據(jù)數(shù)控加T中該工序所要求的進(jìn)給速度，確

　　定其PLC輸出的脈沖頻率：f=v_f／60dHz

　　式中，V_f--伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度，mm／min。

　　(3)進(jìn)給方向控制進(jìn)給方向控制即對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向。而在實(shí)際應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可接收來自PLC的轉(zhuǎn)向選擇信號(單脈沖驅(qū)動(dòng)方式)，此輸入信號可以視為開關(guān)量信號，能夠很方便地通過PLC編程實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制。

2 PLC的脈沖輸出指令

　　步進(jìn)電機(jī)的速度、位置控制都是通過輸入脈沖信號的改變來實(shí)現(xiàn)的，因此，對于步進(jìn)電機(jī)的控制關(guān)鍵在于對輸入脈沖的控制。OMRON公司CPLM2A型PLC豐富的脈沖控制指令可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)的控制。

　　CPM2A的脈沖控制指令主要有脈沖輸出指令@PULS(65)和脈沖速度指令@SPED(64)。@PULS(65)用于設(shè)置脈沖輸出端口、脈沖的類型以及輸出脈沖的個(gè)數(shù)；@SPED(64)為脈沖速度輸出指令，用于設(shè)定輸出脈沖頻率和指定輸出端口的脈沖輸出模式。

　　PLC的脈沖輸出包括獨(dú)市模式和連續(xù)模式。使用獨(dú)立模式脈沖輸出時(shí)，在脈沖輸出前，應(yīng)使用@PULS(65)設(shè)置要輸出的脈沖個(gè)數(shù)(這種沒置對于連續(xù)模式是不需要的)。利用@SPED(64)指令設(shè)置脈沖輸出的位地址(IR 01000或lR 01001)、輸出模式(000獨(dú)立)和脈沖頻率，然后開始脈沖輸出。還叮利用@SPED(64)指令改變頻率設(shè)置，在脈沖輸出時(shí)改變輸出脈沖的頻率。在輸出完@PULS(65)指令所設(shè)定的脈沖個(gè)數(shù)后，脈沖輸出自動(dòng)停止。

　　使用連續(xù)輸H{模式時(shí)，通過@SPED(64)指令設(shè)定脈沖的位地址、輸m模式和脈沖頻率，并且在輸出過程中可以隨時(shí)使用本條指令改變脈沖輸出頻率，該頻率由F的值設(shè)定，F(xiàn)取值范圍為0001—1000，對應(yīng)的輸出頻率是10Hz-10kHz。對于連續(xù)模式下脈沖輸出，停止脈沖輸出的方法有兩種：一是使用@SPED(64)指令將脈沖頻率設(shè)定為0，二是使用@INI(61)指令停止脈沖輸出。

　　用獨(dú)立脈沖輸出和連續(xù)脈沖輸出均可完成對步進(jìn)電機(jī)的控制，它們的不同僅在了獨(dú)立模式下脈沖數(shù)輸出完成自動(dòng)停止，常用于電機(jī)的位置控制；而連續(xù)模式下脈沖的連續(xù)輸出只能通過脈沖停止指令來停止，常用于速度控制。

CPM2A型PLC有IR01000和IR01001兩個(gè)脈沖輸出位地址，脈沖可以同時(shí)或獨(dú)記地從兩個(gè)輸出位地址輸出。本系統(tǒng)采用獨(dú)證輸出模式，應(yīng)用脈沖控制指令由一臺PLC同時(shí)控制兩路脈沖輸出的梯形圖。

　　上述脈沖控制指令只是對不帶加減速的單向脈沖的控制，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制，還須另外加上方向控制信號，不妨選用IR01002和IR01003作為輸出脈沖方向控制端n，即可實(shí)現(xiàn)PLC對電動(dòng)機(jī)的行程控制、進(jìn)給速度和進(jìn)給方向的控制，其控制系統(tǒng)接線。

　　因PLC對兩臺電機(jī)的脈沖輸出控制是獨(dú)茳的，再與NC結(jié)合，加上適當(dāng)?shù)耐毖a(bǔ)算法即町以實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。

　數(shù)控銑床的三軸聯(lián)動(dòng)指的是數(shù)控銑床通過X／Y／Z三個(gè)軸向的步進(jìn)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，其實(shí)所有的數(shù)控加工都是通過插補(bǔ)完成的。數(shù)控銑床的NC具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，通過輸入有限的信息指令，利用電子脈沖的脈沖當(dāng)量來實(shí)現(xiàn)捕補(bǔ)。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床的三軸聯(lián)動(dòng)，只需采用兩臺PLC分別控制數(shù)控銑床的x、y軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和Z軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3 PLC與PC機(jī)的通信

　　在數(shù)控銑床的控制系統(tǒng)中，PC機(jī)是上f最機(jī)，從PLC接收機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號，并向PLC發(fā)出加工控制指令；PLC是下位機(jī)，從PC機(jī)接收指令，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對控制系統(tǒng)的控制，同時(shí)負(fù)責(zé)現(xiàn)場高速數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，向PC機(jī)傳送PLC的工作狀態(tài)及有關(guān)數(shù)據(jù)。PLC與PC機(jī)的通信是通過RS232串行通信實(shí)現(xiàn)的。CPM2A的CPU單元自帶RS232接口，可直接使用該端口與PC機(jī)進(jìn)行串行通信。通信方式有兩種。一種是一卜位機(jī)始終具有初始傳送優(yōu)先權(quán)，所有的通信均由PC機(jī)來啟動(dòng)，PLC總是處于被動(dòng)狀態(tài)；另一種是PLC具有優(yōu)先權(quán)，通信請求由PLC發(fā)送至上位機(jī)。

　　CPM2A的數(shù)據(jù)通信指令包括數(shù)據(jù)傳送指令@TXD(48)和數(shù)據(jù)接收指令@RXD(47)。使用@TXD(48)和@RXD(47)指令通過RS232口執(zhí)行無協(xié)議通信。當(dāng)00100變ON的時(shí)候，如果AR0805(RS232傳輸準(zhǔn)備好標(biāo)志)是ON狀態(tài)，則@TXD(48)將DM0100～DM0104’-10個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)由最左字節(jié)到最右字節(jié)依次從RS232口傳輸?shù)絇C機(jī)。當(dāng)AR0806(接收完成標(biāo)志)變ON的時(shí)候，@RXD(47)讀出接收到數(shù)據(jù)的256個(gè)寧節(jié)，并將這些數(shù)據(jù)由最左字節(jié)到最右字節(jié)依次寫入DM0200。

　　通過PC與PLC的通信，可以由上位機(jī)編制好加工指令傳輸給PLC。PLC讀取指令改變對各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)加工過程。