数控系统中的PLC：应用与优势

数控机床中，PLC往往是数控系统的重要组成部分，主要完成机床的辅助设备的控制工作。在数控机床运行过程中，它根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、切削液等的运行进行控制。

通常情况下，数控系统的型号不同，其PLC指令也不相同。在一些数控系统中如FANUC等，将其称之为PMC（Programmable Machine Tool Controller）。

数控系统辅助控制功能以开关量顺序控制为主，可采用继电器控制逻辑或可编程序逻辑控制器（PLC）实现。在一些经济型的数控车床和辅助动作比较简单的数控机床上，为了简单起见，其辅助动作的控制常用继电器逻辑实现。而在功能比较完善的数控机床上，其辅助动作的控制逻辑一般都比较复杂，如果仍使用继电器实现，则电路的设计和调试将比较困难，可靠性也差。因此，多数数控机床都采用可编程序逻辑控制器（PLC）来完成辅助运动的控制。

根据所用PLC与CNC装置之间的关系不同，数控系统中的PLC可分为内装型PLC和独立型PLC两种配置形式。

1.独立型PLC

所谓独立型PLC，实际上也就是一个通用型PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能够独立完成逻辑顺序控制任务。它与CNC装置、数控机床之间的关系如图7-54所示。

图7-54 独立型PLC与CNC、数控机床之间的关系框图

独立型PLC不但要进行机床侧的I/O连接，还要进行CNC装置侧的I/O连接。CNC和PLC都有自己的开关量I/O接口电路，PLC的I/O点数和功能可根据被控机床辅助动作的复杂程度而定。数控车床、数控铣床等单台数控设备，所需PLC的I/O点数大多在64点以下，加工中心等复杂设备在64点以上，这时选用微型或小型PLC即可。而对于大型数控生产线，如FMC、FMS、CIMS等，则需要选用中型或大型PLC。

独立型PLC配置灵活，不受CNC的限制。但是其连线复杂，与CNC之间的联系不紧密，造价较高，性价比较低。

2.内装型PLC

内装型PLC也叫内置型PLC，其全部功能包含在CNC装置内，从属于CNC装置，与CNC装置集成于一体，如图7-55所示。

在内含PLC的数控系统中，其PLC的硬件和软件作为CNC装置的基本功能统一设计，并且其性能指标也由CNC系统来确定。内置型PLC与所从属CNC装置之间的信号传送均在其内部进行，无需另外连线；与被控机床开关量信号的传送，可通过CNC装置的I/O电路完成。

内置型PLC既可以与CNC共用一个CPU，也可以设置专用的CPU，其逻辑电路结构如图7-56所示。与CNC共用CPU，可以进一步更充分地利用CNC装置中微处理器的余力来完成PLC的功能，并且使用元器件较少，但I/O点数不可能太多，功能也有限，一般用于中低档数控系统；后者由于有自己的CPU来处理PLC的功能，功能较强，速度较快，用于规模较大、逻辑复杂、动作速度要求高的数控系统中。(www.xing528.com)

图7-55 内装型PLC的CNC系统框图

图7-56 内装型PLC逻辑结构图

a）PLC和CNC共用CPU b）PLC专用CPU

由于内置型PLC与CNC的一体化设计，与CNC内部直接处理数据的能力强、外部接线简单、可靠性高、整体造价较低，具有较高的性价比。

3.PLC和机床外围电路的关系

如图7-57所示，外围电路（强电回路）是不能够直接和PLC相互连接的，所以外围电路和PLC的相互连接必须要通过中间继电器回路的转换。

图7-57 PLC与机床外围电路的控制

进入PLC的信号必须要转换成弱电信号，用于控制外围电路的信号必须要把PLC输出的弱电信号转换成强电信号。对于LED之类的小功率负荷，PLC可以直接驱动，但是对于刀架电动机、液压电动机等，必须通过中间继电器等将控制信号进行转换，然后控制电动机运行。

PLC内部信号和外部信号的对应关系，对于外围电路的控制非常重要。处理它们的对应关系，主要是依据机床上的对于外围电路的设计、功能的定义以及PLC程序编制。

地址分配时，将PLC许可使用范围内的地址按照一定的规则，使其和外部电路中的信号相对应，也就是一个地址对应着一路信号，地址将内部信号和外部信号连接起来。