1 引言
数控机床的初始化设置程序，一般采用汇编语言。高级语言或专业编程技术编制。汇编语言程序结构差，功能不易扩展；采用高级语言或专业编程技术要求编程人员掌握高级编程技术，但难被一般的机床操作者所掌握。因此通常的情况是，数控机床的普通用户很难对所提供的数控机床进行系统程序的编制或改动，机床一旦出现程序故障，往往是束手无策，只能等待数控机床的售后服务专业人员进行维修， 这样对就大大地影响了数控机床的使用效率。
PLC编程技术自从上个世纪六十年代末问世以来， 经历三十多年的发展，技术十分成熟和普及，已经被普通用户所掌握。然而，在数控机床的编程应用中，国产PLC的应用目前还只在辅助功能M刀具功能T、主轴功能S和开关量的控制，及一些单一化功能的应用上，对于数控系统初始化设置还没有得到应用。为了实现这一用途，本文采用PLC编程对数控机床的初始化程序进行了设计，表现在功能设置上具有高度的灵活性、在许可范围内可以进行数控轴数的增减和配置% 控制信号的增减和变动、以及进行用户程序初始化的灵活配置，等等。只要通过更改PLC编程，就可以使相应的配置立即生效，这使得相同的计算机数控系统可以灵活地应用到不同配置的数控机床上，可以很容易地更改数控机床的用途，等等。机床操作者只要掌握普通的PLC编程知识就可以进行系统功能维护、检修、设计和开发工作。
2 硬件结构
数控机床PLC结构可分为两类，一类是专为实现数控机床顺序控制而设计的内装型PLC，另一类是输入/输出接口技术规范、I/O点数、程序存储容量以及运算和控制功能均能满足控制要求的独立型PLC。
内装型PLC从属于数控装置，它可与CNC 共用CPU，也可单独使用一个CPU/ 通常制成一块附加板插装在CPU 主机中，不另配PLC接口， 而是使用CNC 系统本身的I/O 接口， 这样，PLC与CNC 之间的信号传送在CNC 装置内部即可实现， 而PLC与机床电气控制信号的传送则通过CNC 的I/O 接口实现。因此该PLC的硬件和软件部分被作为CNC 的基本功能而统一设计和制造， 结构十分紧凑；PLC控制程序一经编制， 传送到CNC 装置中，即可实现数控系统对机床电气控制信号系统的控制，从而实现数控机床的功能控制。独立型PLC是独立于数控装置，具备完善的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。
这两类PLC的硬件联接方式不同，但对数控机床的功能控制的软件设计是大同小异的。
3 初始化程序设计
3.1 设计思路
本文基于内装型PLC，装入西门子S7-200PLC系统，采用STEP7-Micro编程软件，对初始化程序进行设计和编程，最后把软件传送到西门子802D数控系统中进行调试，实现如下功能。
数控机床控制轴数的灵活配置功能；
控制信号的增减和变动；
伺服电动机光电编码器初始化；
用户程序初始化的灵活配置。
此外，根据控制轴数的不同配置，可显示机床为数控铣床、数控车床、或者是通用型数控机床，以提示不同的用途。 采用结构化编程编制各个功能的PLC模块，可以根据不同的控制要求，增加或裁减相应的功能模块，实现系统相应的功能配置。
在开始PLC初始化程序设计前，需要给出如下参数定义，初始化程序根据设定的参数值，确定机床的功能配置。
确定机床参数、机床的类型、控制轴数。对I/O 信号进行变量定义，列出变量表，供PLC程序设计使用。
对传感元件检测的信号，如装在回转轴上的编码器检测信号和坐标轴上的行程硬限位开关信号， 进行必要的编码和转换，供CPU 识别和处理。
初始化程序在机床通电后的第一个PLC循环被主程序调用，执行后即可确定机床的配置。 反之，如果机床配置发生变化，也可以改变相应的PLC初始化程序的功能模块， 即可快速地构建相应的控制系统。
3.2 初始化PLC 设计
根据机床配置的参数， 设定数控核心NCK的接口信号，如根据机床参数MD_type的值确定机床是车床、铣床或通用类机床；根据参数MD_type和MD_axse确定机床的控制轴数和主轴代号；根据机床参数MD_override的第0位来确定机床是否配置主轴倍率开关； 根据变量V32000006.7的置位信号使进给倍率生效； 对伺服电机上的光电编码器进行格雷码初始化，以及调用用户初始化程序，使操作进入用户工作状态，等等。初始化程序使PLC系统进入初始工作状态。
对于通用的计算机数控系统， 设计初始化程序的语句结构如下：
在以上的PLC 程序中，简要使用B。 条语句即完成基本结构的PLC 初始化程序设计。 而且，占主要篇幅的只是光电编码器格雷码的赋值语句，共49条，接近一半，对于不同型号的编码器，只要作相应的赋值修改即可完成设置。X、Y、Z、A轴可以进行相应的配置，根据变量定义值，即可去除相应的进给轴的配置。此外，程序中留有备用模块，用于用户对机床进行功能扩展。最后转入用户初始化程序，即可进入机床实际应用的操作。 这里采用了模块化程序结构设计， 各个功能模块均可根据数控机床的实际配置，进行裁剪，使得控制功能具有优良的柔性和实用性。
4 程序调试
把以上编制的PLC 初始化程序通过通讯接口传送到西门子802D的机床数控系统中，进行如下调试。
设置机床类型。 置机床参数MD_type为0，机床重新启动后，显示屏即显示机床为通用机床，可控制。 轴驱动。然后，改变机床参数MD_type为1，机床重新启动后，显示屏就改变显示为车床配置，控制轴为：第1轴为X轴，第2 轴为Z轴，第3 轴为主轴，可用于三轴驱动的车床系统的应用。接着，再改变机床参数MD_type为2，机床重新启动后，显示屏就改变相应的显示为铣床配置，控制轴为：第1轴为X轴，第2轴为Y轴，第3轴为Z轴，第4轴为主轴，第5轴为A轴，可满足四个进给运动轴和一个运动主轴的铣床系统的应用。
增减机床控制轴数。 以上述的铣床配置为例，可知该铣床配置为4个进给轴和一个主轴，用于四坐标数控铣床的控制。 今把机床参数MD_axes设为0，重新启动机床后，显示屏就显示机床配置为X、Y、Z轴和一个主轴，这样就去除了A轴，通过这样的设置后， 数控系统就可以把机床应用于不需要回转运动的场合， 即可用于实际配置为三个直线进给轴和一个主轴的三坐标数控铣床的控制系统。
其余控制信号的测试，限位开关设置；各个进给轴的使能设置；以及控制面板的按键定义等，可结合用户初始化子程序中的定义结合进行，只要用户功能设置正确，变量定义合理，即可实现功能控制，此处不再赘述。
5 结语
对于一般配置的数控机床，基于PLC控制软件，结合相应的变量定义，编制数控系统的PLC初始化程序，通过西门子802D数控系统进行全面调试，证明可以实现数控机床的功能配置，完成初始化工作。 而且，根据数控机床的实际应用，可以灵活改变机床配置，使数控系统灵活应用于实际工作需要。
实践证明， 采用PLC设计数控机床的初始化程序控制是切实可行的，具有灵活；通用和操作简便等特点，易为普通机床用户所采用。
(审核编辑: 沧海一土)
