PLC 在数控系统点位控制中的应用

一、

 引言  

　　

 数控技术是综合应用了电子技术、计算技术、自动控制与自动检测等现代科学技术成就

而发展起来的，目前在许多领域尤其是在机械加工行业中的应用日益广泛。

 

　　数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工
时，数控系统的点位控制一般用在孔加工机床上（例如钻孔、铰孔、镗孔的数控机床），其
特点是，机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，即准确控制移动部件
的终点位置，但并不考虑其运动轨迹，在移动过程中刀具不切削工件。

 

　　实现数控系统点位控制的通常方法可以有两种：一是采用全功能的数控装置，这种装
置功能十分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的；二是采用
单板机或单片机控制，这种方法除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱
动电路，特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。

 

　　由于可编程控制器（

PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，

具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小、是实现机电一体化的理想控制装置等显著优点，因
此通过实践与深入研究，本文提出了利用

PLC 控制步进电机实现数控系统点位控制功能的

有关见解与方法，介绍了控制系统研制中需要认识与解决的若干问题，给出了控制系统方
案及软硬件结构的设计思路，对于工矿企业实现相关机床改造具有较高的应用与参考价值。

 

二、控制系统研制中需要认识与解决的若干问题

 

1. 防止步进电机运行时出现失步和误差 

　　步进电机是一种性能良好的数字化执行元件，在数控系统的点位控制中，可利用步进
电机作为驱动电机。在开环控制中，步进电机由一定频率的脉冲控制。由

PLC 直接产生脉冲

来控制步进电机可以有效地简化系统的硬件电路，进一步提高可靠性。由于

PLC 是以循环

扫描方式工作，其扫描周期一般在几毫秒至几十毫秒之间，因此受到

PLC 工作方式的限制

以及扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作。例如，若控制步进电机的脉冲频率为
4000HZ，则脉冲周期为 0.25 毫秒，这样脉冲周期的数量级就比扫描周期小很多，如采用此
频率来控制步进电机。则

PLC 在还未完成输出刷新任务时就已经发出许多个控制脉冲，但

步进电机仍一动不动，出现了严重的失步现象。若控制步进电机的脉冲频率为

100HZ，则脉

冲周期为

10 毫秒，与 PLC 的扫描周期约处于同一数量级，步进电机运行时亦可能会产生

较大的误差。因此用

PLC 驱动步进电机时，为防止步进电机运行时出现失步与误差，步进

电机应在低频下运行，脉冲信号频率选为十至几十赫兹左右，这可以利用程序设计加以实
现。

 

2. 保证定位精度与提高定位速度之间的矛盾 

　　步进电机的转速与其控制脉冲的频率成正比，当步进电机在极低频下运行时，其转速
必然很低。而为了保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角时刀具或工作台