前言： 數(shù)控系統(tǒng)按其控制方式劃分有點位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。在機械加工時，數(shù)控系統(tǒng)的點位控制一般用在孔加工機床上（例如鉆孔、鉸孔、鏜孔的機床），其特點是，機床移動部件能實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的移動，即準(zhǔn)確控制移動部件的終點位置，但并不考慮其運動軌跡。實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點位控制的通常方法可以有：
1、采用全功能的數(shù)控裝置。這種裝置功能十分完善，但其價格卻很昂貴，而且許多功能對點位控制來說是多余的；
2、采用單片機控制。這種方法除了要進行軟件開發(fā)外，還要設(shè)計硬件電路、接口電路、驅(qū)動電路，特別是要考慮工業(yè)現(xiàn)場中的抗干擾問題。
3、采用可編程邏輯控制器控制。
由于可編程控制器（plc）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種工業(yè)控制計算機，具有抗*力強、可靠性*、體積小等顯著優(yōu)點，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制裝置。
plc（program mable logical controller）通常稱為可編程邏輯控制器，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，由于它擁有體積小，功能強、程序設(shè)計簡單、維護方便等優(yōu)點，特別是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力和它的高可靠性，使它的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)被稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱（即plc、機器人和cad/cam）之一。
人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間做雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化的多功能顯示屏幕。隨著機械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面由熟練的操作人員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設(shè)備目前的狀況，使操作變得簡單生動，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設(shè)備。使用人機界面還可以使機器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，同時也能減少plc控制器所需的i/o點數(shù)，降低生產(chǎn)的成本。同時由于面板控制的小型化及高性能，相對的提高了整套設(shè)備的附加價值。
步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。
1、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示，整套電器系統(tǒng)由三部分組成:（1）操作部分（人機界面）:用于操作、設(shè)置機床運行狀況、故障報警;（2）控制部分plc）:主要控制機床的定位;（3）執(zhí)行部分（步機電機及步機電機驅(qū)動器）。
2、硬件的選擇：
1）、人機界面的選擇的原則：現(xiàn)在市場上的人機界面基本上都能實現(xiàn)以下功能：
指示燈（plci/o顯示、內(nèi)部節(jié)點顯示、多段指示燈等）；
開關(guān)（位狀態(tài)型開關(guān)、多段開關(guān)、切換窗口開關(guān)等）；
各種動態(tài)圖表（棒圖、儀表、移動元件、趨勢圖等）；
數(shù)據(jù)顯示（數(shù)值顯示、ascii顯示、文字顯示等）；
數(shù)據(jù)輸入（數(shù)值輸入、ascii輸入、文字輸入等）；
異常報警（報警顯示、跑馬燈顯示、事件顯示等）；
靜態(tài)顯示（直線、圓、矩形、文字等）
基于在性價比方面的特點，在本機床作者選擇了中國臺灣威綸通的mt506t/c。
2）、plc 選擇的原則：在plc選型是時主要是根據(jù)所需功能和容量進行選擇，并考慮維護的方便性，備件的通用性，是否易于擴展，有無特殊功能要求等。
（1）、plc輸入/輸出點確定：i/o點數(shù)選擇時要留出適當(dāng)余量；
（2）、plc存儲容量：系統(tǒng)有模擬量信號存在或進行大量數(shù)據(jù)處理時容量應(yīng)選擇大些；
（3）、輸出繼電器類型一定是晶體管（只有晶體管輸出類型的plc才能輸出高速脈沖）；
（4）定位和脈沖輸出功能：一個plc單元中每相能同時輸出2點100khz脈沖。
（5）、plc配備特殊的定位指令，包括零返回、值讀出、或相對地址表達方式以及特殊脈沖輸出控制。
在本機床上，作者選擇了三菱的小型plc。型號為：fx1s-14mt。
3）、步機電機和步進電機驅(qū)動器的選擇的原則：
（1）、確定步進電機拖動負載所需要的扭矩；
（2）、確定步進電機的zui高運行轉(zhuǎn)速；
（3）、zui后還要考慮留有一定的（如30%）力矩量和轉(zhuǎn)速量。
（4）、根據(jù)以上指標(biāo)，再考矩-頻特性，就可以選擇出適合自己步進電機。
（5）、選擇步機電機驅(qū)動器，必須跟電機相配套。
（6）、盡量選取
細分的驅(qū)動器，且使驅(qū)動器工作在細分狀態(tài)。
不同廠家的電機在設(shè)計、使用材料及加工工藝方面差別很大，選用步進電機應(yīng)注重可靠性而輕性能、重品質(zhì)而輕價格。采用同一生產(chǎn)廠家的控制器、驅(qū)動器和電機。這樣便于zui終的維護。
在本機床上，作者選擇了斯達特的電機和驅(qū)動器。電機型號為：110byg350a；驅(qū)動器為其電機配套的型號ms-3h110m。
3、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
1）、人機界面組態(tài)畫面設(shè)計
不同品牌的人機界面的軟件操作都有其各自的特點，所以在使用時一定要掌握其軟件特點。軟件一般提供了多種控件和圖形庫文件，可組態(tài)出各種顯示和控制功能，實現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)，當(dāng)前過程值及故障的可視化。利用人機界面操作被監(jiān)控系統(tǒng)，對plc的實時數(shù)據(jù)進行顯示，記錄，也可以設(shè)計動態(tài)畫面來模擬控制過程，從而滿足監(jiān)控要求。
機床（例如鉆孔、鉸孔、鏜孔的機床）的操作上每種類型都有一點不同的操作方法，所以在人機界面的設(shè)計上都有不同,但一般應(yīng)有下面幾個界面：
（1）、主界面：機床的主要操作或其它界面的調(diào)動。如下圖2所示：
圖2
（2）、參數(shù)設(shè)置界面： 用戶顯然希望當(dāng)現(xiàn)場條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)能作相應(yīng)的修改，例如工件前進的距離，速度的調(diào)整等。為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應(yīng)在線進行。
（3）、手動操作界面：用戶調(diào)試機床時要機床的某一個部件單獨動作時的操作界面。
（4）、故障報警界面：當(dāng)機床出現(xiàn)故障時在人機界面上顯示出相對應(yīng)的故障代碼，使用戶據(jù)此迅速判斷出故障原因。
（5）、幫助頁面的設(shè)計：考慮到工業(yè)現(xiàn)場的需要，在頁面設(shè)計時，增加了大量幫助頁面，包括機床的維護，系統(tǒng)的使用，參數(shù)的設(shè)置等。
為節(jié)省篇幅，這里只介紹了主畫面，其它內(nèi)容的程序設(shè)計思路見參考文獻。
設(shè)計完畢后經(jīng)編譯無誤，從個人電腦中下載到人機界面,如果與plc的通信能正常進行，并且plc側(cè)相應(yīng)的程序也正確無誤，則即可使用。
2）、plc程序設(shè)計：
根據(jù)控制及流程要求，利用三菱簡潔而強大的plc編輯軟件，對應(yīng)輸入、輸出開發(fā)相應(yīng)應(yīng)用程序。（采用步進的方式來實現(xiàn)對整個機械的所有邏輯動作）同時連接 plc與外部設(shè)備連線；將編制完成的程序?qū)懭雙lc中，模擬運行，進行調(diào)試及修改；在模擬調(diào)試成功后，接入現(xiàn)場實際控制系統(tǒng)中進行再次調(diào)試，直至*通過為止。
在此項工程上，作者將plc程序分了幾個部分來編寫，圖3是plc程序的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，可供讀者參考。
圖3
工程的軟件系統(tǒng)是采用了plc的程序和人機界面的畫面設(shè)計相互配合來完成系統(tǒng)的功能。在整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計過程中，zui明顯的特點plc程序是用了標(biāo)志位，將各部分程序分開，達到更好的效果。
4、脫機調(diào)試
為了縮短現(xiàn)場調(diào)試時間，在安裝之前*行脫機調(diào)試。首先用下載線分別下載程序到plc和人機界面，再用通信線rs-422把plc和人機界面相連，上電檢查plc和人機界面能否正常通信。在調(diào)試中，遇到了通信出錯的情況，通過改變plc和人機界面的通信參數(shù)，zui后使它們能夠正常通信。并能正確顯示功能代碼的值。zui后，把按系統(tǒng)要求編制的程序下到plc和人機界面里，plc的輸入接上開關(guān)量進行調(diào)試，調(diào)試通過。
5、現(xiàn)場調(diào)試
在脫機調(diào)試通過之后，進行帶負荷，也就是帶電機后的試運行調(diào)試。看步進電機是否運轉(zhuǎn)正常，運行時有沒有出現(xiàn)失步和誤差 ，定位精度與提高定位速度時機床的精度如何等。
結(jié)束語
系統(tǒng)試驗表明，本文提出的應(yīng)用人機界面和plc控制步進電機實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點位控制功能的方法能滿足控制要求，所研制的控制系統(tǒng)具有程序設(shè)計思路清晰、硬件電路簡單實用、可靠性高、抗*力強，具有良好的性能價格比等顯著優(yōu)點，其軟硬件的設(shè)計思路可應(yīng)用于工礦企業(yè)的相關(guān)機床改造,并在實際運行中是切實可行的。經(jīng)過長期運行表明，控制精度高，運行可靠，提高了生產(chǎn)的自動化水平，減小了操作人員的勞動強度。