针对数控铣床的低成本要求，本文设计了一种基于PLC的数控铣床控制系统，利用PLC实现对铣床各坐标轴的步进电机的控制，以完成铣床的加工工艺的要求。
1 PLC对步进电机的控制
步进电机是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，电机转子的角位移和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，实现准确定位；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，实现调速的功能；通过改变通电顺序，实现改变电机的旋转方向。
在数控铣床的控制系统中，要求用PLC实现对步进电机的位移、转速和方向的控制，具体如下：
(1)行程控制数控铣床各轴的行程正比于步进电机的总转角，只要控制步进电机的总转角就可实现对工作台行程的控制。因此可以根据各轴的位移量确定PLC输出的脉冲个数： N=DL／d式中，DL伺服机构的位移量，mm；d一脉冲当量，mm／脉冲。
(2)进给速度控制工作台的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率。因此叮以根据数控加T中该工序所要求的进给速度，确
定其PLC输出的脉冲频率：f=vf／60dHz
式中，Vf--伺服机构的进给速度，mm／min。
(3)进给方向控制进给方向控制即对步进电机的转向控制，步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向。而在实际应用中，步进电机驱动器可接收来自PLC的转向选择信号(单脉冲驱动方式)，此输入信号可以视为开关量信号，能够很方便地通过PLC编程实现对步进电机转向的控制。
2 PLC的脉冲输出指令
步进电机的速度、位置控制都是通过输入脉冲信号的改变来实现的，因此，对于步进电机的控制关键在于对输入脉冲的控制。OMRON公司CPLM2A型PLC丰富的脉冲控制指令可以方便地实现数控机床的步进电机的控制。
CPM2A的脉冲控制指令主要有脉冲输出指令@PULS(65)和脉冲速度指令@SPED(64)。@PULS(65)用于设置脉冲输出端口、脉冲的类型以及输出脉冲的个数；@SPED(64)为脉冲速度输出指令，用于设定输出脉冲频率和指定输出端口的脉冲输出模式。
PLC的脉冲输出包括独市模式和连续模式。使用独立模式脉冲输出时，在脉冲输出前，应使用@PULS(65)设置要输出的脉冲个数(这种没置对于连续模式是不需要的)。利用@SPED(64)指令设置脉冲输出的位地址(IR 01000或lR 01001)、输出模式(000独立)和脉冲频率，然后开始脉冲输出。还叮利用@SPED(64)指令改变频率设置，在脉冲输出时改变输出脉冲的频率。在输出完@PULS(65)指令所设定的脉冲个数后，脉冲输出自动停止。
使用连续输H{模式时，通过@SPED(64)指令设定脉冲的位地址、输m模式和脉冲频率，并且在输出过程中可以随时使用本条指令改变脉冲输出频率，该频率由F的值设定，F取值范围为0001—1000，对应的输出频率是10Hz-10kHz。对于连续模式下脉冲输出，停止脉冲输出的方法有两种：一是使用@SPED(64)指令将脉冲频率设定为0，二是使用@INI(61)指令停止脉冲输出。
用独立脉冲输出和连续脉冲输出均可完成对步进电机的控制，它们的不同仅在了独立模式下脉冲数输出完成自动停止，常用于电机的位置控制；而连续模式下脉冲的连续输出只能通过脉冲停止指令来停止，常用于速度控制。
CPM2A型PLC有IR01000和IR01001两个脉冲输出位地址，脉冲可以同时或独记地从两个输出位地址输出。本系统采用独证输出模式，应用脉冲控制指令由一台PLC同时控制两路脉冲输出的梯形图。
上述脉冲控制指令只是对不带加减速的单向脉冲的控制，要实现电机的正反转的控制，还须另外加上方向控制信号，不妨选用IR01002和IR01003作为输出脉冲方向控制端n，即可实现PLC对电动机的行程控制、进给速度和进给方向的控制，其控制系统接线。
因PLC对两台电机的脉冲输出控制是独茳的，再与NC结合，加上适当的捅补算法即町以实现三轴联动。
数控铣床的三轴联动指的是数控铣床通过X／Y／Z三个轴向的步进电机同时进行插补运动，其实所有的数控加工都是通过插补完成的。数控铣床的NC具有插补运算的功能，通过输入有限的信息指令，利用电子脉冲的脉冲当量来实现捕补。要实现数控铣床的三轴联动，只需采用两台PLC分别控制数控铣床的x、y轴的进给运动和Z轴的进给运动、旋转运动。
3 PLC与PC机的通信
在数控铣床的控制系统中，PC机是上f最机，从PLC接收机床侧的开关量信号，并向PLC发出加工控制指令；PLC是下位机，从PC机接收指令，实现PC机对控制系统的控制，同时负责现场高速数据采集，实现逻辑、定时、计数等功能，向PC机传送PLC的工作状态及有关数据。PLC与PC机的通信是通过RS232串行通信实现的。CPM2A的CPU单元自带RS232接口，可直接使用该端口与PC机进行串行通信。通信方式有两种。一种是一卜位机始终具有初始传送优先权，所有的通信均由PC机来启动，PLC总是处于被动状态；另一种是PLC具有优先权，通信请求由PLC发送至上位机。
CPM2A的数据通信指令包括数据传送指令@TXD(48)和数据接收指令@RXD(47)。使用@TXD(48)和@RXD(47)指令通过RS232口执行无协议通信。当00100变ON的时候，如果AR0805(RS232传输准备好标志)是ON状态，则@TXD(48)将DM0100～DM0104’-10个字节的数据由最左字节到最右字节依次从RS232口传输到PC机。当AR0806(接收完成标志)变ON的时候，@RXD(47)读出接收到数据的256个宁节，并将这些数据由最左字节到最右字节依次写入DM0200。
通过PC与PLC的通信，可以由上位机编制好加工指令传输给PLC。PLC读取指令改变对各个步进电机的控制参数，实现加工过程。
(审核编辑: 智汇张瑜)
