針對數控銑床的低成本要求，本文設計了一種基于PLC的數控銑床控制系統，利用PLC實現對銑床各坐標軸的步進電機的控制，以完成銑床的加工工藝的要求。

1 PLC對步進電機的控制

　　步進電機是一種用脈沖信號進行控制，并將脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移的執行機構。由于受脈沖的控制，電機轉子的角位移和速度嚴格地與輸入脈沖的數量和脈沖頻率成正比，通過控制脈沖數量來控制角位移量，實現準確定位；通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，實現調速的功能；通過改變通電順序，實現改變電機的旋轉方向。

　　在數控銑床的控制系統中，要求用PLC實現對步進電機的位移、轉速和方向的控制，具體如下：

　　(1)行程控制數控銑床各軸的行程正比于步進電機的總轉角，只要控制步進電機的總轉角就可實現對工作臺行程的控制。因此可以根據各軸的位移量確定PLC輸出的脈沖個數： N=D_L／d式中，D_L伺服機構的位移量，mm；d一脈沖當量，mm／脈沖。

　　(2)進給速度控制工作臺的進給速度取決于步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決于輸入的脈沖頻率。因此叮以根據數控加T中該工序所要求的進給速度，確

　　定其PLC輸出的脈沖頻率：f=v_f／60dHz

　　式中，V_f--伺服機構的進給速度，mm／min。

　　(3)進給方向控制進給方向控制即對步進電機的轉向控制，步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向。而在實際應用中，步進電機驅動器可接收來自PLC的轉向選擇信號(單脈沖驅動方式)，此輸入信號可以視為開關量信號，能夠很方便地通過PLC編程實現對步進電機轉向的控制。

2 PLC的脈沖輸出指令

　　步進電機的速度、位置控制都是通過輸入脈沖信號的改變來實現的，因此，對于步進電機的控制關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現數控機床的步進電機的控制。

　　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)用于設置脈沖輸出端口、脈沖的類型以及輸出脈沖的個數；@SPED(64)為脈沖速度輸出指令，用于設定輸出脈沖頻率和指定輸出端口的脈沖輸出模式。

　　PLC的脈沖輸出包括獨市模式和連續模式。使用獨立模式脈沖輸出時，在脈沖輸出前，應使用@PULS(65)設置要輸出的脈沖個數(這種沒置對于連續模式是不需要的)。利用@SPED(64)指令設置脈沖輸出的位地址(IR 01000或lR 01001)、輸出模式(000獨立)和脈沖頻率，然后開始脈沖輸出。還叮利用@SPED(64)指令改變頻率設置，在脈沖輸出時改變輸出脈沖的頻率。在輸出完@PULS(65)指令所設定的脈沖個數后，脈沖輸出自動停止。

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

　　用獨立脈沖輸出和連續脈沖輸出均可完成對步進電機的控制，它們的不同僅在了獨立模式下脈沖數輸出完成自動停止，常用于電機的位置控制；而連續模式下脈沖的連續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IR01001兩個脈沖輸出位地址，脈沖可以同時或獨記地從兩個輸出位地址輸出。本系統采用獨證輸出模式，應用脈沖控制指令由一臺PLC同時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，要實現電機的正反轉的控制，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，即可實現PLC對電動機的行程控制、進給速度和進給方向的控制，其控制系統接線。

　　因PLC對兩臺電機的脈沖輸出控制是獨茳的，再與NC結合，加上適當的捅補算法即町以實現三軸聯動。

　數控銑床的三軸聯動指的是數控銑床通過X／Y／Z三個軸向的步進電機同時進行插補運動，其實所有的數控加工都是通過插補完成的。數控銑床的NC具有插補運算的功能，通過輸入有限的信息指令，利用電子脈沖的脈沖當量來實現捕補。要實現數控銑床的三軸聯動，只需采用兩臺PLC分別控制數控銑床的x、y軸的進給運動和Z軸的進給運動、旋轉運動。

3 PLC與PC機的通信

　　在數控銑床的控制系統中，PC機是上f最機，從PLC接收機床側的開關量信號，并向PLC發出加工控制指令；PLC是下位機，從PC機接收指令，實現PC機對控制系統的控制，同時負責現場高速數據采集，實現邏輯、定時、計數等功能，向PC機傳送PLC的工作狀態及有關數據。PLC與PC機的通信是通過RS232串行通信實現的。CPM2A的CPU單元自帶RS232接口，可直接使用該端口與PC機進行串行通信。通信方式有兩種。一種是一卜位機始終具有初始傳送優先權，所有的通信均由PC機來啟動，PLC總是處于被動狀態；另一種是PLC具有優先權，通信請求由PLC發送至上位機。

　　CPM2A的數據通信指令包括數據傳送指令@TXD(48)和數據接收指令@RXD(47)。使用@TXD(48)和@RXD(47)指令通過RS232口執行無協議通信。當00100變ON的時候，如果AR0805(RS232傳輸準備好標志)是ON狀態，則@TXD(48)將DM0100～DM0104’-10個字節的數據由最左字節到最右字節依次從RS232口傳輸到PC機。當AR0806(接收完成標志)變ON的時候，@RXD(47)讀出接收到數據的256個寧節，并將這些數據由最左字節到最右字節依次寫入DM0200。

　　通過PC與PLC的通信，可以由上位機編制好加工指令傳輸給PLC。PLC讀取指令改變對各個步進電機的控制參數，實現加工過程。