数控机床的PLC编程方法

0 前言

　　数控系统CNC主要由MMC、NCK、PLC组成，机床的控制由NCK、MMC和PLC协调配合共同完成。MMC主要负责数控系统的屏幕显示及数控键盘的控制；NCK主要完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程序的编辑、插补运算、译码、位置伺服控制等；PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作，它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往CNC用于加工过程的控制。PLC是数控机床控制中蕈要部分。

1 数控机床中PLC的类型

　　用于数控机床的PLC一般分为两类：一类是以独立专业化的PLC生产厂家的产品来实现顺序控制系统，称为独立型(或外装型)PLC。独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式，可根据用户自己的特点，选用不同专业PLC厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。另一类是CNC的生产厂家为实现数控机床的顺序控制，而将CNC和PLC综合起来设计，称为内嵌型(或集成型)PLC。内嵌型PLC是CNC装置的一部分，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道，它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU，这种结构从软硬件整体上考虑，PLC和NC之间没有多余的导线连接，增加了系统的可靠性，而且NC和PLC之间易实现许多高级功能，PLC中的信息也能通过CNC的显示器显示，这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。

2 PLC在数控机床中控制功能

　　PLC在数控机床中归纳起来一般有如下几个控制功能：

　　a．操作面板的控制：操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行；

　　b．机床外部开关输入信号：将机床侧的开关信号输入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号(如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等)；

　　c．输出信号控制：PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象，控制刀库、回转工作台、冷却电机、润滑电机及主轴等；

　　d．M、S、T功能实现：系统送出M、S、T指令给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止、刀架换刀等等；

　　e．报警处理控制：PLC收集强电柜、机床侧和伺服驱动装置的故障信号，将报警标志区中的相应报警标志置位，数控系统便显示报警号及报警文本以方便故障诊断。

3 数控系统PLC接口信号和地址分配

　　3.1 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换

　　相对于PLC，机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换，对于PLC的功能发挥，是非常重要的。PLC与外部的信息交换，通常有四个部分:

　　a.机床侧至PLC:机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输人到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输人地址，均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便地根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改。例I0.0等;

　　b. PLC至机床:PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。例卿0等;

　　c. CNC至PLC;CNC送至PLC的信息可由CNC直接送人PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址)，均由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M,S,T功能，通过CNC译码后直接送人PLC相应的寄存器中，例M03指令相应的信号地址为V25001000.3;

　　d. PLC至CNC;PLC送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。例如机床回参考点减速挡块信号，由PLC送至CNC的地址是V38001000.70

　　3.2 NC与PLC之间的信息交换接口地址分配

　　PLC与NC之间接口地址的结构，V表示的是NC和PLC之间的信息接口。

　　PLC到CNC的信号地址为V2600000到V32001009，这些信号功能是固定的，用户通过PLC程序实现CNC的各种功能控制，见图2。如通用接口信号地址中，运行方式自动、MDA手动信号地址分别为V30000000.0, V30000000.1, V30000000.2;NC通道控制信号有:系统急停控制信号26000000.1;循环起动信号V32000007.3 ; X轴进给暂停信号V32001004.3;还有送到坐标轴及主轴的通用信号，如V38 X100.7为回参考点减速挡块信号，380X004.5为叠加快速移动信号。

　　CNC到PLC的信号地址功能也是固定的，用户通过PLC程序确定CNC系统的状态。如系统复位信号地址为V33000003.7，手轮选择1,选择信号地址为V32001000.1等。

4 编程实例

　　下面以冷却系统PLC控制为例来说明数控机床PLC程序的编制方法。

　　控制要求:冷却液控制程序可通过机床控制面板的控制键启动或停止冷却，也可以在自动或MDA方式下利用M07或M08启动冷却，用M09停止冷却。在急停、冷却电机过载、冷却液位过低或程序测试等情况下终止冷却输出并报警。

　　PLC输人输出地址表:根据PLC所给定的地址范围，对每个与PLC控制有关的信号赋于专用的信号名和地址。从机床输入给PLC或从NC输入给PLC的均称为PLC的输入，从PLC输出给机床或从PLC输出给NC的均称为PLC的输出。

　　整个程序完成数控系统对冷却液的手动与自动的全过程控制。第1段程序中，冷却手动控制键K6的第一次按下或程序控制指令M07、M08将对中间标志位M105.2完成置位操作；K6的第二次按下，程序控制指令M09将对中间标志位M105.2完成复位操作，而由M105.2去激活冷却输出标志位M105.1，M105.1在第3段程序中激活冷却输出Q0.3和冷却输出显示的信号地址Vl 1000000.5。

　　第2段程序表示当外界出现诸如急停、复位操作、程序测试状态、冷却电机过载报警、冷却液面过低报警时，M105．2将被强行复位，中止冷却输出。

　　第3段程序为信号的输出控制，由M105.1控制冷却输出Q0．3和冷却输出指示灯V11000000.5，11.6／11.7分别控制冷却电机过载报警V1600002．2和冷却液面过低报警V1600002.3。

5 结束语

　　数控机床通过PLC程序设计，使数控装置、PLC、和机床本体三者紧密地结合在一起，形成一个有机整体，从而控制数控机床有条不紊地工作。数控机床PLC编程时不仅要考虑PLC和NCK之间的内部传输信号接口地址，同时还要考虑机床编程指令、机床数据、机床报警和PLC的关系等。