數(shù)控機(jī)床PLC控制

數(shù)控機(jī)床PLC控制

可編程控制器PLC是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制裝置，已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備，而本書中僅僅討論P(yáng)LC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用。

PLC的分類、組成及其工作方式；常用的編程語(yǔ)言；應(yīng)用PLC時(shí)需要掌握的電氣基本知識(shí)；數(shù)控機(jī)床PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試；機(jī)床數(shù)控中PLC控制應(yīng)用實(shí)例。主要內(nèi)容

可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種通用工業(yè)控制器。在此之前，機(jī)床的順序控制是以機(jī)床當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，使機(jī)床按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作依次地工作，這種控制方式的實(shí)現(xiàn)，是由傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路RLC（RelayLogicCircuit）完成的。RLC是將繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等機(jī)電式控制器件用導(dǎo)線、端子等連接起來(lái)的電路，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能。

可編程控制器概述只能解決開關(guān)量的簡(jiǎn)單邏輯運(yùn)算，定時(shí)、計(jì)數(shù)功能；修改控制邏輯時(shí)，需要增減控制元器件和重新布線，安裝；調(diào)試周期長(zhǎng)，工作量大；繼電器、接觸器等器件體積較大，每個(gè)器件工觸點(diǎn)有限。當(dāng)機(jī)床中的受控對(duì)象較多，或控制動(dòng)作順序較復(fù)雜時(shí)，需要采用大量的器件，使得整個(gè)RLC體積龐大，功耗高，可靠性差等，因此，只能用于工業(yè)設(shè)備和簡(jiǎn)單的數(shù)控機(jī)床。PLC存在一些難以克服的缺點(diǎn)：1969年，美國(guó)DEC公司研制出世界上第一臺(tái)型號(hào)為“PDP-14”的可編程控制器，在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上使用，獲得了成功。因?yàn)檫@種裝置當(dāng)時(shí)稱為“可編程邏輯控制器”（ProgrammableLogicController），故簡(jiǎn)稱PLC。

1980年，美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)（NEMA）正式將這類裝置命名為“ProgrammableLogicController”，簡(jiǎn)稱PC。

由于個(gè)人電腦（PersonalComputer）也簡(jiǎn)稱PC，而且已被廣為使用，故可編程控制器，習(xí)慣上仍稱作PLC。1987年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在頒布的可編程控制器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案中，對(duì)PLC作了如下的規(guī)定：

“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等特定功能的用戶指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌漭o助設(shè)備都應(yīng)按易于構(gòu)成一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，且它們所具有的全部功能易于應(yīng)用的原則設(shè)計(jì)?！?/p>

數(shù)控機(jī)床的控制由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配合共同完成：

數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運(yùn)算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等；

可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)上的具體要求。

（1）PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng)。為了適應(yīng)順序控制的要求，PLC省去了微機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能，而強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機(jī)控制之間的自動(dòng)控制裝置；（2）PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力。除輸入/輸出部分采用光電隔離的措施外，對(duì)電源、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等也設(shè)置了多種保護(hù)和屏蔽。PLC沒(méi)有繼電器那種機(jī)械觸點(diǎn)，因此，不存在觸點(diǎn)的接觸不良、熔焊、磨損和線圈損壞等故障；可編程控制器的特點(diǎn)與分類：可編程控制器（PLC）具有如下特點(diǎn)：

（3）相對(duì)于RLC，PLC采用軟件實(shí)現(xiàn)用戶控制邏輯，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化；（4）目前大多數(shù)的PLC，均采用梯形圖編程方式。梯形圖與繼電器邏輯控制電路圖十分相似，圖形符號(hào)形象直觀、工作原理易于理解和掌握、編程簡(jiǎn)單、操作方便、改變程序靈活；（5）PLC可與編程器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等聯(lián)接，可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲(chǔ)和傳送等操作。PLC的產(chǎn)品很多，型號(hào)規(guī)格也不統(tǒng)一，可以從結(jié)構(gòu)、原理、規(guī)模等方面分類。從數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的角度可編程控制器可分為兩類：一類是CNC的生產(chǎn)廠家專為數(shù)控機(jī)床順序控制而將數(shù)控裝置（CNC）和PLC綜合起來(lái)而設(shè)計(jì)制造的“內(nèi)裝型”（Build-inType）PLC。另一類是專業(yè)的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，它們的輸入/輸出信號(hào)接口技術(shù)規(guī)范，輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能均能滿足數(shù)控機(jī)床的控制要求，稱為“獨(dú)立型”（Sdand-aloneType）PLC?？删幊炭刂破鞯姆诸悾簝?nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與CNC裝置之間的信號(hào)傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)。PLC與數(shù)控機(jī)床之間則通過(guò)CNC輸入/輸出接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送：

1.內(nèi)裝型PLC（1）內(nèi)裝型PLC實(shí)際是CNC裝置帶有的PLC功能。一般作為CNC裝置的基本功能提供給用戶；（2）內(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)是根據(jù)從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機(jī)床的類型等確定的。其硬件和軟件部分是被作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附加功能與CNC系統(tǒng)其他功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)、制造的。因此，系統(tǒng)的硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊，且PLC所具有的功能針對(duì)性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)合理、實(shí)用，尤其適用于單機(jī)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合；內(nèi)裝型PLC具有如下特點(diǎn)：

(3）在系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型PLC可與CNC共用CPU，也可以單獨(dú)使用一個(gè)CPU；硬件控制電路可與CNC裝置其它電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨(dú)制成一塊附加電路板，當(dāng)CNC裝置需要附加PLC功能時(shí)，再將此附加電路板安裝到CNC裝置上；內(nèi)裝型PLC一般不單獨(dú)配置輸入/輸出接口電路，而是使用CNC系統(tǒng)本身的輸入/輸出電路；PLC所用電源由CNC裝置提供，不需另備電源；（4）采用內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)，CNC系統(tǒng)可以具有某些高級(jí)控制功能。如梯形圖編輯和傳送功能，在CNC內(nèi)部直接處理大量信息等。

獨(dú)立型PLC又稱外裝型或通用型PLC。對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，獨(dú)立型PLC獨(dú)立于CNC裝置，具有完備的硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)。2.獨(dú)立型PLC獨(dú)立型PLC具有如下特點(diǎn)：（1)獨(dú)立型PLC具有如下基本的功能結(jié)構(gòu)：

CPU及其控制電路；系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；用戶程序存儲(chǔ)器；輸入/輸出接口電路；與編程機(jī)等外部設(shè)備通訊的接口和電源（2)獨(dú)立型PLC一般采用積木式模塊結(jié)構(gòu)或插板式結(jié)構(gòu)，各功能電路多做成獨(dú)立的模塊或印刷電路插板，具有安裝方便，功能易于擴(kuò)展和變更的優(yōu)點(diǎn)。例如：可采用通訊模塊與外部輸入/輸出設(shè)備、編程設(shè)備、上位機(jī)、下位機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；采用D/A模塊可以對(duì)外部伺服裝置直接進(jìn)行控制；采用計(jì)數(shù)模塊可以對(duì)加工數(shù)量、刀具使用次數(shù)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度數(shù)等進(jìn)行檢測(cè)和控制；采用定位模塊可以直接對(duì)諸如刀庫(kù)、轉(zhuǎn)臺(tái)、旋轉(zhuǎn)軸等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件或裝置進(jìn)行控制。（3）性價(jià)比不如內(nèi)裝型PLC。目前，提供獨(dú)立型PLC廠商主要有：德國(guó)西門子、美國(guó)羅克韋爾、日本三菱等公司。

PLC實(shí)質(zhì)是一種專用計(jì)算機(jī)，它的組成形式基本上與微機(jī)相同，主要包括：

微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、用戶輸入/輸出部分、輸入/輸出擴(kuò)展接口、外圍設(shè)備以及電源等。對(duì)于內(nèi)裝型PLC，CPU、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備、電源等部分一般與CNC裝置共用。1.PLC各個(gè)組成部分的功能如下：（1）CPU

與通用微機(jī)CPU一樣，它是主機(jī)的核心。它接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式接受當(dāng)前各輸入裝置的狀態(tài)；診斷PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤；在運(yùn)行中讀取用戶程序、解釋指令的內(nèi)容，按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。

可編程控制器的組成及工作方式（2）PLC一般配有系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器，前者用作存儲(chǔ)監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等。后者用作存放用戶程序。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶通常不能直接存取，因此，存儲(chǔ)器的容量是指用戶存儲(chǔ)器的容量。存儲(chǔ)器程序在硬件上，動(dòng)態(tài)裝載部分一般采用RAM，程序存儲(chǔ)和備份部分則采用UVEP-ROM（紫外光擦除）、CMOSRAM（后備電池）或FLASH芯片/卡/盤（不需電池）等。（3）用戶輸入/輸出部分用戶輸入/輸出部分包括輸入/輸出接口，輸入/輸出控制電路及隔離電路等。用作PLC與外部輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行連接。（4）I/O擴(kuò)展模塊當(dāng)主機(jī)默認(rèn)I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可選配I/O擴(kuò)展模塊來(lái)擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。擴(kuò)展模塊不能單獨(dú)使用，只能與主機(jī)一起使用。（5）外圍設(shè)備外圍設(shè)備根據(jù)PLC的型號(hào)與廠家的不同可配置編程設(shè)備，程序?qū)懭肫?，用戶程序卡，磁帶機(jī)，打印機(jī)，A/D，D/A卡，高速計(jì)數(shù)器，RS232/485通訊接口，光纖通訊接口等。其中，編程設(shè)備可以是內(nèi)置的，也可以是外置編程器或可安裝于微機(jī)上的編程軟件。

PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時(shí)刻執(zhí)行一條指令，由于相對(duì)于外部電氣信號(hào)有足夠的執(zhí)行速度，從宏觀上看是實(shí)時(shí)響應(yīng)的。對(duì)用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時(shí)掃描兩種，掃描過(guò)程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，2.PLC的基本工作方式（1）輸入采樣階段

PLC在輸入采樣階段以掃描方式順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)，并存入輸入寄存器。

接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)變化，輸入寄存器的狀態(tài)也不會(huì)改變，而狀態(tài)的變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被讀入。（2）程序執(zhí)行階段

PLC在程序執(zhí)行階段順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描。先從輸入寄存器讀入所有輸入端子的狀態(tài)。若程序中規(guī)定要讀入某輸出狀態(tài)，則也在此時(shí)讀入。然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后將所有結(jié)果送入輸出寄存器。（3）輸出刷新階段

所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出寄存器中所有的輸出狀態(tài)送到輸出電路，成為PLC的實(shí)際輸出。

PLC執(zhí)行完上述的三個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期，掃描周期因PLC的機(jī)型和程序中采用各類指令的組成比例而異，一般執(zhí)行1000條指令時(shí)間約為1ms到20ms之間. PLC執(zhí)行完一個(gè)工作周期后，在第二個(gè)工作周期輸入采樣階段進(jìn)行輸入刷新，因而輸入寄存器的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)刷新時(shí)間PLC輸入端子的狀態(tài)決定。1.

梯形邏輯圖（LAD）梯形邏輯圖簡(jiǎn)稱梯形圖（ladderdiagram簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)AD）,它是從繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的電氣原理圖演化而來(lái)的，是一種圖形語(yǔ)言，它沿用了常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、繼電器線圈、接觸器線圈、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，也增加了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)符號(hào)，來(lái)完成時(shí)間上的順序控制操作。觸點(diǎn)和線圈等的圖形符號(hào)就是編程語(yǔ)言的指令符號(hào)。這種編程語(yǔ)言與電路圖相呼應(yīng)，簡(jiǎn)單、形象、直觀、易編程、容易掌握，是目前應(yīng)用最廣泛的編程語(yǔ)言之一。常見的編程語(yǔ)言

2.指令語(yǔ)句表（STL）指令語(yǔ)句表簡(jiǎn)稱語(yǔ)句表（statementlist簡(jiǎn)寫為STL），類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，它是用語(yǔ)句助記符來(lái)編程的。不同的機(jī)型有不同的語(yǔ)句助記符，但都要比匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)單得多，很容易掌握，也是目前用得最多的編程方法。命令語(yǔ)句主要使用邏輯語(yǔ)言建立PLC輸入和輸出的關(guān)系，其中包括邏輯AND、OR、NOT及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、算術(shù)運(yùn)算和PID控制功能等。中小型PLC一般用語(yǔ)句表編程。每條命令語(yǔ)句包括命令部分和數(shù)據(jù)部分。其命令部分要指定邏輯功能；其數(shù)據(jù)部分要指定功能存儲(chǔ)器的地址號(hào)或直接數(shù)值。語(yǔ)句表編程簡(jiǎn)單明了，語(yǔ)句少，其結(jié)構(gòu)類似于電路的串并聯(lián)方式，容易掌握。計(jì)算機(jī)通用語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)梯形圖法和指令語(yǔ)句表法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜邏輯控制功能，但它沒(méi)有梯形圖法形象，比指令語(yǔ)句表編程復(fù)雜，因此較難掌握。常用的通用語(yǔ)言有C、BASIC、PASCAL、FORTRAN等，其中采用C語(yǔ)言較多。另外，還有控制系統(tǒng)流程圖（CSF）、邏輯方程式（布爾代數(shù)式）等方法，使用較少，而且工程技術(shù)人員對(duì)于計(jì)算機(jī)通用語(yǔ)言又比較難掌握，因此，大部分編程方法都采用梯形圖法和指令語(yǔ)句表。目前常用的PLC產(chǎn)品很多，不同廠家的PLC各種指標(biāo)和性能不同，其編程方法、具體的指令格式以及繼電器編號(hào)也不同，當(dāng)具體操作時(shí)，可查閱有關(guān)產(chǎn)品說(shuō)明書。

3.計(jì)算機(jī)的通用語(yǔ)言（1）梯形圖結(jié)構(gòu)

梯形圖的控制邏輯結(jié)構(gòu)及工作原理與繼電器邏輯控制電路十分相似。它采用“觸點(diǎn)”、“線圈”（或稱繼電器線圈）、“功能圖”（功能指令，圖中未畫）等圖形符號(hào)表達(dá)輸出與輸入的邏輯關(guān)系，這些輸入/輸出可以是硬件上實(shí)際的輸入/輸出信號(hào)，也可以是PLC內(nèi)部虛擬的輸入/輸出信號(hào)。兩側(cè)的豎線稱為電力軌，用以模擬繼電器電路的電源（有些PLC的梯形圖只有左側(cè)的豎線）。梯形圖和語(yǔ)句表梯形圖和語(yǔ)句表是PLC中最常用的兩種編程語(yǔ)言，下面將對(duì)這兩種編程語(yǔ)言作一闡述。

1.梯形圖(2）

梯形圖與繼電器邏輯電路（RLC）在操作上的差別

梯形圖與繼電器電路的控制邏輯相似，但其工作順序與繼電器電路不同。

在RLC中，邏輯控制的結(jié)果取決于繼電器線圈、觸點(diǎn)和其它機(jī)電器件的動(dòng)作時(shí)間。

而梯形圖則是沿從上到下，從左到右，一個(gè)梯級(jí)一個(gè)梯級(jí)順序地進(jìn)行工作；當(dāng)執(zhí)行至順序程序結(jié)束時(shí)，又返回開頭重復(fù)執(zhí)行。（3）高級(jí)順序和低級(jí)順序數(shù)控機(jī)床的PLC處理時(shí)間一般在1—100ms之間，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的絕大多數(shù)信號(hào)，這個(gè)速度已足夠了。但有些信號(hào)（尤其是脈沖信號(hào)）要求響應(yīng)時(shí)間約20ms。為適應(yīng)整機(jī)控制信號(hào)的不同響應(yīng)要求，PLC程序常分為高級(jí)順序和低級(jí)順序兩部分。只應(yīng)把需要迅速處理的信號(hào)及快速響應(yīng)的順序編在高級(jí)順序中，如急停、坐標(biāo)軸極限超程等邏輯，其它信號(hào)則編在低級(jí)順序中。（4）

梯形圖的繪制原則繪制梯形圖的原則如下：（a）梯形圖按從上到下，從左到右的順序繪制。繼電器線圈在最右側(cè)，若存在左右的電力軌線，則整個(gè)邏輯圖形似梯形。（b）對(duì)電路各元件分配編號(hào)。

（c）

在梯形圖中輸入觸點(diǎn)用以表示用戶輸入設(shè)備的輸入信號(hào)：用常開觸點(diǎn)還是常閉觸點(diǎn)，與輸入設(shè)備用的是常開觸點(diǎn)還是常閉觸點(diǎn)有關(guān)，還與控制電路的控制要求有關(guān)，PLC無(wú)法識(shí)別輸入設(shè)備接的是常開還是常閉觸點(diǎn)，只能識(shí)別輸入設(shè)備的觸點(diǎn)是接通還是斷開，當(dāng)輸入設(shè)備的觸點(diǎn)接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入繼電器動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。當(dāng)輸入設(shè)備的觸點(diǎn)斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入繼電器不動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)恢復(fù)斷開，常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合。用PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟/?？刂茣r(shí)，啟動(dòng)按鈕和停止按鈕可用常開觸點(diǎn)，也可用常閉觸點(diǎn)。啟動(dòng)按鈕用常開觸點(diǎn)時(shí)，梯形圖中輸入觸點(diǎn)用常開觸點(diǎn)。啟動(dòng)按鈕用常閉觸點(diǎn)時(shí)，在梯形圖中輸入觸點(diǎn)用常閉觸點(diǎn)。停止按鈕用常開觸點(diǎn)時(shí)，梯形圖中輸入觸點(diǎn)用常閉觸點(diǎn)。停止按鈕用常閉觸點(diǎn)時(shí)，在梯形圖中輸入觸點(diǎn)用常開觸點(diǎn)。（d）在梯形圖中，同一繼電器的常開、常閉觸點(diǎn)可以多次被使用，不受限制。因此，不存在繼電器接觸器電路中觸點(diǎn)數(shù)量不夠而需要另外增加中間繼電器的問(wèn)題。但是，在梯形圖中，同一繼電器的線圈只能使用一次，否則僅最后一次操作有效。相同之處：

（a）

電路結(jié)構(gòu)形式大致相同；（b）

梯形圖大都沿用繼電器控制電路元件符號(hào)，但也有的有些不同；（c）

信號(hào)輸入、信號(hào)處理以及輸出控制的功能均相同。(5）

梯形圖與繼電器控制電路的比較（a）

組成器件不同。

繼電器控制電路是由許多真正的繼電器組成，而梯形圖則由許多所謂軟繼電器組成。軟繼電器實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器中的每一個(gè)觸發(fā)器。硬繼電器觸點(diǎn)易磨損，而軟繼電器則無(wú)此現(xiàn)象。（b）

工作方式不同。

當(dāng)電源接通時(shí)，繼電器控制電路中各繼電器都處于該吸合的繼電器都應(yīng)吸合，不應(yīng)吸合的繼電器都因條件限制不能吸合。而梯形圖中，各繼電器的狀態(tài)都由周期性循環(huán)掃描時(shí)的外部信息決定。不同之處：（c）

觸點(diǎn)數(shù)量不同。

繼電器控制電路中的繼電器觸點(diǎn)數(shù)量有限，一般作中間控制用，每只繼電器的觸點(diǎn)數(shù)只有4—8對(duì)；而在梯形圖中，每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)則可無(wú)限，因?yàn)樵诖鎯?chǔ)器中的觸發(fā)器狀態(tài)可取任意次。（d)編程方式不同。在繼電器控制電路中，其程序已包含在固定的電路之中，因此它功能專一，不靈活；而梯形圖的設(shè)計(jì)和編程，則可靈活多變。（e）聯(lián)鎖方式不同。

在繼電器控制電路中，為了達(dá)到某種控制目的，而又安全可靠，因此設(shè)置了許多制約關(guān)系的聯(lián)鎖的電路；而在梯形圖中，因它是掃描工作方式，不存在幾個(gè)并列支路同時(shí)動(dòng)作的因素，因此簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

采用語(yǔ)句表編程的PLC的指令各有不同，一般包括兩種指令：基本指令；功能指令。在設(shè)計(jì)順序程序時(shí)，使用得最多的是基本指令，如RD、AND、OR等。數(shù)控機(jī)床執(zhí)行的順序邏輯往往比較復(fù)雜，僅使用基本指令編程十分困難，即使可以實(shí)現(xiàn)，程序規(guī)模往往很龐大，因此，必須借助功能指令以簡(jiǎn)化程序。功能指令如DEC、ROT、COIN等。2．語(yǔ)句表(1)基本指令(2）功能指令數(shù)控機(jī)床用PLC的指令必須滿足數(shù)控機(jī)床信息處理和動(dòng)作控制的特殊要求。例如，由NC輸出的M、S、T二進(jìn)制代碼信號(hào)的譯碼，機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或液壓系統(tǒng)動(dòng)作狀態(tài)的延時(shí)確認(rèn)，加工零件計(jì)數(shù)，刀庫(kù)、分度工作臺(tái)沿最短路徑旋轉(zhuǎn)和現(xiàn)在位置至目標(biāo)位置步數(shù)的計(jì)算等。

在為數(shù)控機(jī)床編輯順序程序時(shí)，對(duì)于上述譯碼、定時(shí)、計(jì)數(shù)、最短路徑選擇，以及比較、檢索、轉(zhuǎn)移、代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)四則運(yùn)算、信息顯示等控制功能，僅用執(zhí)行一位操作的基本指令編程，實(shí)現(xiàn)起來(lái)將會(huì)十分困難。因此，就需要增加一些具有專門控制功能的指令來(lái)解決基本指令無(wú)法處理的那些控制問(wèn)題。這些專門指令就是“功能指令”。功能指令一般包括，定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、順序結(jié)束指令、譯碼指令、旋轉(zhuǎn)指令及乘除運(yùn)算等。數(shù)控機(jī)床所受控制可分為兩類：一類是“數(shù)字控制”，數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的移動(dòng)距離，各軸運(yùn)行的插補(bǔ)、補(bǔ)償控制等；另一類是“順序控制”，根據(jù)機(jī)床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等的開關(guān)量信號(hào)，并根據(jù)預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的啟/停、換向、刀具的更換、工件的夾緊/松開、液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行的控制。PLC應(yīng)用的基本電氣知識(shí)1

.NC側(cè)與MT側(cè)的概念

數(shù)控機(jī)床從結(jié)構(gòu)上看通?？煞譃槿糠郑篊NC系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)）；機(jī)床電氣；機(jī)床本體。對(duì)內(nèi)裝式PLC，它包含在CNC系統(tǒng)內(nèi)部；對(duì)于獨(dú)立式PLC則一般在機(jī)床電氣內(nèi)。從機(jī)電的角度看，CNC系統(tǒng)和機(jī)床電氣為‘電’，機(jī)床本體則為‘機(jī)’。 常以PLC為界把數(shù)控機(jī)床分為“NC側(cè)”和“MT側(cè)”（即機(jī)床側(cè)）兩大部分?！癗C側(cè)”包括CNC系統(tǒng)的硬件軟件以及CNC系統(tǒng)的外部設(shè)備。“MT側(cè)”則包括機(jī)床的機(jī)械部分、液壓、氣壓、冷卻、潤(rùn)滑、排屑等輔助裝置，以及機(jī)床操作面板、繼電器線路、機(jī)床強(qiáng)電線路等。PLC處于NC與MT之間，并對(duì)NC和MT的輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行處理。

MT側(cè)順序控制的最終對(duì)象的數(shù)量隨數(shù)控機(jī)床的類型、結(jié)構(gòu)、輔助裝置等的不同而有很大的差別。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，輔助裝置越多，受控對(duì)象數(shù)量就越多。相比而言柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）的受控對(duì)象數(shù)量多，而數(shù)控車床、數(shù)控銑床的受控對(duì)象數(shù)量較少。

2.接口信息數(shù)控機(jī)床PLC主要包括兩類接口信息：硬件電氣接口信息PLC與數(shù)控裝置、機(jī)床及機(jī)床電氣設(shè)備之間的電氣連接部分；軟件寄存器接口信息。PLC為了運(yùn)算和實(shí)現(xiàn)某些特殊功能的需要，以及內(nèi)裝式PLC與NC間數(shù)據(jù)交換的需要設(shè)置的寄存器變量或功能函數(shù)。1.

電氣接口電氣接口從信號(hào)的流向看包括輸入接口和輸出接口；從信號(hào)的幅值特性看包括模擬量接口和開關(guān)量接口。對(duì)PLC而言，由機(jī)床或NC等外部設(shè)備向PLC傳送的信號(hào)稱為輸入信號(hào)，由PLC向機(jī)床或NC等外部設(shè)備傳送的信號(hào)稱為輸出信號(hào)；若信號(hào)的幅值是連續(xù)變化的稱為模擬量信號(hào)，若只有導(dǎo)通和斷開兩種狀態(tài)則稱為開關(guān)量信號(hào)；開關(guān)量接口一般采用直流24V供電，低電平有效，即NPN型開關(guān)量接口，也有些采用或同時(shí)具備高電平有效的接口，即PNP型開關(guān)量接口。PLC常用的電氣接口一般有開關(guān)量輸入接口、開關(guān)量輸出接口和模擬量輸出接口等三種。（1）

開關(guān)量輸入接口典型的開關(guān)量輸入接口電路如圖所示。輸入接口圖輸入接口圖外部觸點(diǎn)閉合時(shí)，+24V電壓加到接收器電路上，經(jīng)濾波和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸出至NC內(nèi)部，成為內(nèi)部電子電路可以接受和處理的信號(hào)。圖中接收電路采用光電耦合轉(zhuǎn)換電路（虛線框內(nèi)），開關(guān)量輸入信號(hào)是機(jī)床側(cè)的開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)、檢測(cè)傳感器等采集的閉合/斷開狀態(tài)信號(hào)。這些狀態(tài)信號(hào)需經(jīng)上述接口電路處理，才能變成PLC或NC能夠接受的信號(hào)。當(dāng)采用有源開關(guān)器件（如無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)、霍爾開關(guān)等）時(shí)，必須采用DC24V規(guī)格，檢測(cè)元件的NPN/PNP型號(hào)必須與PLC接口的型號(hào)一致。開關(guān)量輸入接口的導(dǎo)通電流一般為5~9mA。（2）

開關(guān)量輸出接口PLC輸出電路一般為晶體管輸出，如圖所示，最大輸出電流一般為100mA左右，可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管、繼電器線圈等。另外還可以經(jīng)過(guò)繼電器、晶閘管等放大后再輸出到外部接口，繼電器和晶閘管輸出的負(fù)載能力較大，可以達(dá)到2A以上，能夠驅(qū)動(dòng)電磁閥和交流接觸器線圈等。晶體管輸出為直流輸出，雙向晶閘管輸出為交流輸出，繼電器輸出則交直流負(fù)載都可以。對(duì)于交流感性負(fù)載（如交流接觸器線圈）必須在負(fù)載兩端加阻容吸收電路，可以選用成品也可自行用100—200歐姆/1W的電阻和0.1μF630V的電容組裝；對(duì)于直流感性負(fù)載（如繼電器線圈）需加續(xù)流二極管，如圖所示。有些繼電器自帶續(xù)流二極管；在公共輸出端必須串接短路保護(hù)器件（熔斷器或空開）

當(dāng)負(fù)載的工作電壓或工作電流超過(guò)輸出信號(hào)的工作范圍時(shí)，應(yīng)先用PLC輸出接口驅(qū)動(dòng)小型繼電器（一般工作電壓DC24V），然后再用它們的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電線路的繼電器、接觸器或直接驅(qū)動(dòng)這些負(fù)載。（3）模擬量輸出接口模擬量輸出接口有電壓和電流輸出兩種。模擬指令輸出范圍典型值：-20mA～+20mA（電流型）；-10V～+10V（電壓型），負(fù)載電流：10mA；0～+10V（電壓型），負(fù)載電流：10mA。

PLC要實(shí)現(xiàn)對(duì)各接口的通斷和電平狀態(tài)信息進(jìn)行識(shí)別和處理，必須把它們轉(zhuǎn)換成內(nèi)部計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的變量，這些變量稱之為寄存器，為了運(yùn)算和控制的方便，PLC還需要一些和硬件接口無(wú)關(guān)的內(nèi)部寄存器。由于寄存器的值在PLC處理中和繼電器的使用非常類似，例如讀取寄存器的值相當(dāng)于引用繼電器的常開點(diǎn)；對(duì)讀取的值取反相當(dāng)于引用繼電器的常閉點(diǎn)；對(duì)寄存器賦值相當(dāng)于接通繼電器的控制線圈，因此PLC的寄存器也稱為PLC的軟繼電器。根據(jù)不同機(jī)型的PLC，常用的寄存器有以下幾種：（a）輸入寄存器（X/I）--保存各輸入接口的狀態(tài)；（b）輔助寄存器（R/M）2.

寄存器接口上述寄存器又稱中間寄存器，用于保存運(yùn)算中所需要的中間變量的狀態(tài)。輔助寄存器由PLC中各種寄存器（軟繼電器）的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，如同中間繼電器一樣，在PLC內(nèi)起傳遞信號(hào)的作用。輔助寄存器的觸點(diǎn)不可直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，但可通過(guò)輸出寄存器來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載；（a）

計(jì)數(shù)器（C）計(jì)數(shù)器（CONUNTER簡(jiǎn)稱C或CNT）的符號(hào)如圖6-12所示，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值根據(jù)程序需要設(shè)定。（b）

輸出寄存器（Y/O）—保存各輸出接口的狀態(tài)；（c）

輔助寄存器（R/M）上述寄存器又稱中間寄存器，用于保存運(yùn)算中所需要的中間變量的狀態(tài)。輔助寄存器由PLC中各種寄存器（軟繼電器）的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，如同中間繼電器一樣，在PLC內(nèi)起傳遞信號(hào)的作用。輔助寄存器的觸點(diǎn)不可直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，但可通過(guò)輸出寄存器來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載

（d）

計(jì)數(shù)器（C）計(jì)數(shù)器（CONUNTER簡(jiǎn)稱C或CNT）的符號(hào)如圖6-12所示，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值根據(jù)程序需要設(shè)定。

計(jì)數(shù)器有一個(gè)時(shí)鐘脈沖端（CP），它接受PLC內(nèi)各種軟繼電器送入的脈沖信號(hào)，在圖6-12中為輸入繼電器觸點(diǎn)X00，當(dāng)X00由斷開到閉合，每變換一次輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值減1，直到計(jì)數(shù)器當(dāng)前值為0時(shí)，計(jì)數(shù)器線圈通電，它的多對(duì)常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開，可以在PLC內(nèi)選擇使用。圖6-12中計(jì)數(shù)器C00的計(jì)數(shù)值為3，X00經(jīng)過(guò)斷--通三次變化后，計(jì)數(shù)器常開觸點(diǎn)C00閉合，輸出Y00。此后，即使X00再進(jìn)行斷一通變化，計(jì)數(shù)器線圈仍維持通電。計(jì)數(shù)器還有一個(gè)復(fù)位端（RESET簡(jiǎn)寫R），當(dāng)接到R端上的觸點(diǎn)接通時(shí)，輸入復(fù)位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器線圈斷電，其常開觸點(diǎn)恢復(fù)斷開，常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前的值回到設(shè)定值，可以重新接收計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。亦可采用計(jì)數(shù)器的常開觸點(diǎn)C00作為復(fù)位信號(hào)，這種復(fù)位稱為自復(fù)位。若計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值不能滿足要求時(shí)，可以若干個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)使用，用以擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍。其計(jì)數(shù)值N=N1*N2。計(jì)數(shù)器與定時(shí)器級(jí)聯(lián)時(shí)，也可擴(kuò)大定時(shí)范圍。（e）

定時(shí)器（T）定時(shí)器（TIMER簡(jiǎn)寫T）的工作時(shí)間即延時(shí)時(shí)間由程序設(shè)定。定時(shí)器線圈接受到輸入信號(hào)后，按數(shù)值遞減的方式進(jìn)行。當(dāng)前數(shù)值變?yōu)?時(shí)進(jìn)行一次輸出，即定時(shí)器常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)輸入繼電器X00接受到輸入信號(hào)后，觸點(diǎn)X00接通，即為邏輯1狀態(tài)，定時(shí)器線圈通電開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間（圖中為10s）后，其常開觸點(diǎn)T00閉合，輸出繼電器Y00線圈通電即為1態(tài)。為定時(shí)器應(yīng)用于常開斷電延時(shí)的梯形圖，當(dāng)輸入端有X00信號(hào)輸入時(shí)，Y00通電并經(jīng)其常開觸點(diǎn)自保，因此為常開瞬時(shí)接通觸點(diǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)X00消失時(shí)，定時(shí)器線圈T00通電，到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，T00常閉觸點(diǎn)斷開，Y00線圈斷電。因此構(gòu)成了常開斷電延時(shí)觸點(diǎn)。

在對(duì)某觸點(diǎn)即需要通電延時(shí)，又需要斷電延時(shí)，則可采用圖6-14（b）由兩個(gè)定時(shí)器組成的電路。此電路相當(dāng)于常開通電延時(shí)閉合、斷電延時(shí)斷開觸點(diǎn)。由此可見，利用PLC內(nèi)部繼電器組成的延時(shí)電路在選型、工藝、改裝等各方面都要比普通時(shí)間繼電器靈活方便得多。（f）

斷電保存寄存器（B/M）PLC上電工作時(shí)，除去已閉合的輸入條件，其它寄存器的值都為0。但是，有一些被控對(duì)象需要存儲(chǔ)停電前的條件，例如加工中心的刀具位置信息，以便在PLC恢復(fù)工作時(shí)重新被使用。斷電保存寄存器除具有輔助寄存器功能外，還具有斷電保存的功能，即PLC上電時(shí)保持上次斷電時(shí)的狀態(tài)（g）

用戶指令寄存器（P）一般在內(nèi)裝式PLC中提供，各寄存器的含義由PLC定義。使用者可以通過(guò)用戶指令寄存器在不修改PLC程序的情況下在一定的范圍內(nèi)調(diào)整PLC的工作狀態(tài)。例如自動(dòng)潤(rùn)滑時(shí)間、車床刀架反轉(zhuǎn)鎖死時(shí)間等。（h）

NC狀態(tài)寄存器（F）一般在內(nèi)裝式PLC中提供，各寄存器的含義由數(shù)控系統(tǒng)軟件定義。PLC可以通過(guò)讀取NC狀態(tài)寄存器的內(nèi)容獲得NC當(dāng)前工作狀態(tài)信息。例如NC的報(bào)警信息、M、S、T指令代碼、各進(jìn)給軸的位置和速度、主軸的轉(zhuǎn)速等。（a）

NC控制寄存器（G）一般在內(nèi)裝式PLC中提供，各寄存器的含義由數(shù)控系統(tǒng)軟件定義。PLC可以通過(guò)修改NC控制寄存器的內(nèi)容向NC發(fā)布指令及報(bào)告當(dāng)前機(jī)床電氣部分的工作狀態(tài)信息。例如輔助電機(jī)的過(guò)熱報(bào)警信息、各進(jìn)給軸超程報(bào)警信息等。

PLC以及RLC除了完成必須功能外，還要求在異常的情況下通過(guò)安全互鎖能夠?qū)Σ僮髡吆驮O(shè)備進(jìn)行緊急保護(hù)，然后通過(guò)報(bào)警功能通知操作者，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須詳細(xì)了解設(shè)備的工作過(guò)程及原理，分析容易發(fā)生事故的環(huán)節(jié)，以便在程序和電氣設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。另外考慮到PLC程序可能不完善或發(fā)生軟件故障，有些重要的保護(hù)功能必須由硬件即RLC實(shí)現(xiàn)。通常我們把RLC的設(shè)計(jì)稱為電氣設(shè)計(jì)，把PLC的設(shè)計(jì)成為軟件設(shè)計(jì)。下面是在軟硬件設(shè)計(jì)中一般需要注意的安全互鎖功能。

若目前有A、B兩個(gè)過(guò)程，出于安全的目的，當(dāng)A動(dòng)作后將限制B的動(dòng)作，稱A對(duì)B有安全互鎖；若B對(duì)A也有安全互鎖，稱A、B之間為雙向安全互鎖，簡(jiǎn)稱A、B之間安全互鎖。

安全互鎖1.

急停當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可以按下急停按鈕以避免故障和事故進(jìn)一步擴(kuò)大，因此，急停按鈕必須能停止各運(yùn)動(dòng)部件，如進(jìn)給軸、主軸、刀架等，常用的方法是，通過(guò)急停按鈕關(guān)閉所有的動(dòng)力電源，只保留控制電源；也可以用急停按鈕關(guān)閉各運(yùn)動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但如果驅(qū)動(dòng)器失控這種方法則失效。急停的安全互鎖必須在電氣設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。2.

限位當(dāng)進(jìn)給軸或其他有位置要求的移動(dòng)部件超出設(shè)計(jì)的行程時(shí)，則通過(guò)限位信號(hào)進(jìn)行保護(hù)。限位信號(hào)一方面需要在出現(xiàn)限位的時(shí)刻禁止移動(dòng)部件的移動(dòng)；另一方面，還要通知NC限位的方向，這樣當(dāng)用超程解除等方式脫離限位狀態(tài)時(shí)，不會(huì)因?yàn)檎`操作而進(jìn)一步擴(kuò)大超行程的程度，即只允許移動(dòng)部件向與限位方向相反的方向移動(dòng)。限位的安全互鎖一般在電氣設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。3.進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)加工中通常進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)以上的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置同時(shí)完成的，因此，當(dāng)某個(gè)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，必須停止自動(dòng)加工狀態(tài)。上面進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的安全互鎖一般在軟件中實(shí)現(xiàn)4.

主軸單元數(shù)控機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)刀具或工件產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)。（1）

當(dāng)主軸報(bào)警時(shí)必須禁止自動(dòng)加工，以防止損壞刀具或主軸；（2）當(dāng)主軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須禁止刀具松/緊禁止和自動(dòng)換刀等需要主軸靜止的過(guò)程；（3）

若主軸有多個(gè)擋位，則主軸換擋未成功時(shí)必須禁止主軸的連續(xù)運(yùn)動(dòng)和機(jī)床的自動(dòng)加工。上述（1）與（3）一般在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)；而（2）一般在電氣設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。

5.

三相異步電動(dòng)機(jī)換向三相異步電機(jī)通過(guò)掉換任意兩相電源，來(lái)改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，如圖6-15(a)所示。如果控制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的兩個(gè)交流接觸器同時(shí)閉合，則三相電源中的兩相會(huì)發(fā)生短路，因此這兩個(gè)交流接觸器的控制必須進(jìn)行雙向安全互鎖如圖6-15(b)所示。(b)(a)另外交流接觸器的釋放有一定的滯后，若兩個(gè)交流接觸器的控制線圈同時(shí)得電，仍然會(huì)有一個(gè)瞬時(shí)同時(shí)接通的過(guò)程使得電源瞬時(shí)短路，因此在軟件設(shè)計(jì)中也要設(shè)計(jì)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的安全互鎖。6.

換刀（1）換刀過(guò)程中或換刀失敗，特別是銑床要禁止主軸的運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的也要禁止系統(tǒng)程序的自動(dòng)加工進(jìn)給；（2）

自動(dòng)換刀鏜銑床若采用機(jī)械手或盤式刀庫(kù)，在松刀和緊刀的過(guò)程中必須禁止Z軸的移動(dòng)；（3）自動(dòng)換刀鏜銑床刀庫(kù)靠近主軸的過(guò)程中要禁止Z軸的移動(dòng)；刀具未夾緊時(shí)禁止主軸旋轉(zhuǎn)，通常也應(yīng)該禁止機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給。數(shù)控機(jī)床PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是密不可分的，目前機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)一般都自帶或提供PLC的功能，這其中既有內(nèi)裝型PLC，也有獨(dú)立型PLC。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床PLC時(shí)通常都選擇與數(shù)控系統(tǒng)相同品牌的PLC。由數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商提供的PLC在硬件上無(wú)論是接口類型還是I/O點(diǎn)的規(guī)模都為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的要求進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)或給出了典型推薦配置；軟件上則一般根據(jù)數(shù)控機(jī)床的控制要求固化了PLC程序或提供標(biāo)準(zhǔn)PLC例程供用戶參考選用。用戶在使用中只需要根據(jù)具體機(jī)床的特點(diǎn)設(shè)置少量的參數(shù)或?qū)?biāo)準(zhǔn)例程作部分修改即可滿足一般的要求。對(duì)于復(fù)雜的控制要求也可以通過(guò)參考例程比較容易的實(shí)現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試

1．

工藝分析首先對(duì)被控機(jī)床設(shè)備的工藝過(guò)程、工作特點(diǎn)、控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性進(jìn)行分析，估算I/O開關(guān)量的點(diǎn)數(shù)，I/O模擬量的接口數(shù)量和精度要求，從而對(duì)PLC提出整體要求。2．

系統(tǒng)調(diào)研對(duì)根據(jù)設(shè)備的要求初步選定的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，了解其所提供的PLC系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)，包括PLC的類型，接口種類和數(shù)量，接口性能，擴(kuò)展性，PLC程序的編制方法。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟根據(jù)前兩步的工作，綜合考慮數(shù)控系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的功能、性能、特點(diǎn)，本單位的需要和使用習(xí)慣以及整機(jī)性價(jià)比確定PLC系統(tǒng)的方案。實(shí)際上這里主要是從PLC的角度對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出要求，從而確定數(shù)控系統(tǒng)的方案。只有少數(shù)情況下才會(huì)需要選用獨(dú)立型PLC。例如，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，選用了簡(jiǎn)易型數(shù)控系統(tǒng)，但設(shè)備需要較多的模擬量接口或大量的開關(guān)量接口，而數(shù)控系統(tǒng)提供的PLC不能滿足要求，則需要選用獨(dú)立型PLC。3．

確定方案在選擇獨(dú)立型PLC時(shí)主要考慮四個(gè)因素：（1）

功能范圍PLC功能有強(qiáng)弱之分，價(jià)格差別很大，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要選用。功能方面主要考慮有無(wú)擴(kuò)展能力，有無(wú)模擬量輸入輸出，指令系統(tǒng)是否完善，有沒(méi)有中斷能力和聯(lián)網(wǎng)能力等。（2）

I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中輸入/輸出的種類及數(shù)量，確定選用I/O模塊的種類及數(shù)量。一般都有一定數(shù)量的擴(kuò)展單元供用戶配置。選用時(shí)在滿足需要的前提下注意經(jīng)濟(jì)性。（3）

存儲(chǔ)器容量根據(jù)系統(tǒng)大小不同，選擇用戶存儲(chǔ)器容量不同的PLC，一般廠商提供1K，2K，4K，8K，16K程序步等容量的存儲(chǔ)器。選擇方法主要憑經(jīng)驗(yàn)估算，其估算法有下列兩種：（a）PLC內(nèi)存容量（指令條數(shù)）約等于I/O總點(diǎn)數(shù)的10—15倍。(b)指令條數(shù)=6（I/O）+2（Tm+Ctr）。式中Tm為定時(shí)器總數(shù)，Ctr為計(jì)數(shù)器總數(shù)。有時(shí)可在其基礎(chǔ)上增加20%的裕量。（4）

處理時(shí)間PLC從處理一個(gè)輸入信號(hào)到產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)所需的時(shí)間稱為處理時(shí)間。處理時(shí)間的長(zhǎng)短不僅決定于CPU的循環(huán)掃描周期，還與輸出繼電器的機(jī)械滯后、輸入信號(hào)的到來(lái)時(shí)刻在掃描周期中的時(shí)機(jī)、以及程序語(yǔ)句的安排有密切的關(guān)系。當(dāng)PLC的掃描周期為20ms時(shí)，一個(gè)交流輸入信號(hào)的處理時(shí)間可達(dá)60ms左右，這對(duì)于一般工業(yè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)已足夠靈敏，對(duì)某些要求輸入/輸出作出快速響應(yīng)的設(shè)備，可采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊及中斷處理等措施來(lái)縮短處理時(shí)間。

4．電氣設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：原理圖、元器件清單、電柜布置圖、接線圖與互連圖，如果是定型設(shè)備還應(yīng)包括工藝圖，這在其它章節(jié)有詳細(xì)介紹。電氣設(shè)計(jì)時(shí)特別要注意以下幾點(diǎn)：（1）

PLC輸出接口的類型，是繼電器輸出還是光電隔離輸出等。（2）

PLC輸出接口的驅(qū)動(dòng)能力，一般繼電器輸出為2A，光隔輸出為500mA。（3）

模擬量接口的類型和極性要求，一般有電流型輸出（-20mA～+20mA）和電壓型輸出（-10V～—+10V）兩種可選。（4）

采用多直流電源時(shí)的共地要求。（5）

輸出端接不同負(fù)載類型時(shí)的保護(hù)電路。執(zhí)行電器若為感性負(fù)載，需接保護(hù)電路。直流可加續(xù)流二極管，交流可加阻容吸收電路。（6）

若電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大或附近有大的電磁干擾源，應(yīng)在電源與PLC間加設(shè)隔離變壓器、穩(wěn)壓電源或電源濾波器。注意:PLC的散熱條件，當(dāng)PLC的環(huán)境溫度大于55oC時(shí)，要用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻。

目前數(shù)控機(jī)床特別是通用數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)功能，例如主軸控制、車床刀架轉(zhuǎn)位、加工中心刀庫(kù)的換刀、潤(rùn)滑、冷卻的啟/停等已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，各種數(shù)控系統(tǒng)一般都內(nèi)置或提供滿足這些功能的PLC程序。采用獨(dú)立型PLC時(shí)，一般廠家也會(huì)提供滿足通用數(shù)控機(jī)床要求的標(biāo)準(zhǔn)PLC程序。因此，設(shè)計(jì)PLC程序最重要的方法就是詳細(xì)了解并參考系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)PLC程序。

PLC程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用中最關(guān)鍵的問(wèn)題。PLC程序設(shè)計(jì)的基本思路是按照設(shè)備的要求設(shè)計(jì)輸入和輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系，在輸入某些信號(hào)時(shí)得到預(yù)期的輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作過(guò)程。因此，簡(jiǎn)單而常用的方法是以過(guò)程為目標(biāo)，分析每個(gè)過(guò)程的啟動(dòng)條件和限制條件，根據(jù)這些條件編寫該過(guò)程的PLC程序，完成了所有過(guò)程的PLC程序即完成了整個(gè)PLC程序。其中某個(gè)過(guò)程可以僅涉及一個(gè)輸出接口，例如冷卻電機(jī)的啟動(dòng)/停止；也可以涉及多個(gè)輸出接口，例如加工中心換刀的過(guò)程。這種方法比較容易實(shí)現(xiàn)PLC程序的模塊化，易于各過(guò)程的獨(dú)立調(diào)試，缺點(diǎn)是往往不能保證最小的存儲(chǔ)器占有量。目前隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量方面的限制已經(jīng)越來(lái)越小。1.

PLC程序設(shè)計(jì)的常用方法程序設(shè)計(jì)的方法有很多，如狀態(tài)表法、功能圖法、流程圖法及現(xiàn)代Petri網(wǎng)法等。狀態(tài)表法是從傳統(tǒng)繼電器邏輯設(shè)計(jì)方法繼承而來(lái)的，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改進(jìn)，適合于可編程控制器梯形圖設(shè)計(jì)的一種方法。但狀態(tài)表法僅適合于單一順序問(wèn)題的程序設(shè)計(jì)，而對(duì)于具有并行順序和選擇順序的問(wèn)題就顯得無(wú)能為力了。功能圖法是先將控制要求表達(dá)為功能圖，用功能圖來(lái)說(shuō)明可編程控制器所要完成的控制功能，然后由功能圖寫出邏輯方程，再畫出梯形圖或?qū)懗鲋噶?。狀態(tài)表法、功能圖法可以解決順序、隨機(jī)等類型問(wèn)題的程序設(shè)計(jì)。但是，這些方法不適用于具有協(xié)調(diào)、競(jìng)爭(zhēng)等性質(zhì)系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)。Petri網(wǎng)方法是解決并行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的一種方法。對(duì)于采用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)的PLC程序，可以采用數(shù)據(jù)處理指令來(lái)解決邏輯問(wèn)題，比單純用邏輯指令要簡(jiǎn)單的多。可以方便的處理順序、隨機(jī)、協(xié)調(diào)、競(jìng)爭(zhēng)等控制功能。流程圖是熟悉計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)人員常用的程序設(shè)計(jì)方法。（1）

將繼電器控制電路，改畫成梯形圖對(duì)于采用梯形圖編程的PLC，正如前述由于繼電器控制電路與梯形圖有很多相似處，因此可以將成熟的繼電器控制系統(tǒng)直接改畫成PLC梯形圖，這種方法適用于較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程。（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)于較復(fù)雜的控制過(guò)程，可以根據(jù)被控對(duì)象控制的要求，初步設(shè)計(jì)出繼電器控制電路，或直接設(shè)計(jì)出梯形圖，再進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化和校驗(yàn)，有時(shí)在調(diào)試過(guò)程中還需要進(jìn)行必要的修改。這種設(shè)計(jì)方法靈活性大，其結(jié)果一般不是唯一的。一般與第一種方法配合使用。（3）流程圖流程圖是采用高級(jí)語(yǔ)言編寫程序的PLC所用的方法，與一般軟件設(shè)計(jì)的流程圖相同，由有向線段、處理塊、判斷塊等元素組成，對(duì)數(shù)控機(jī)床上的各種過(guò)程都能非常方便的描述。在分析機(jī)床的工藝和控制過(guò)程時(shí)可以直接采用流程圖進(jìn)行描述，這樣完成了機(jī)床所有的控制過(guò)程的分析也就基本上完成了程序設(shè)計(jì)，然后在通過(guò)流程圖完成程序的編寫。這種方法也適用于采用語(yǔ)句表編程語(yǔ)言的PLC。程序設(shè)計(jì)的狀態(tài)表法、功能圖法等讀者可以參考相關(guān)書籍。2.PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟（1）若所采用的PLC自帶有程序，應(yīng)該詳細(xì)了解程序已有的功能，對(duì)現(xiàn)有需求的滿足程度和可修改性，盡量采用PLC自帶的程序。（2）將所有與PLC相關(guān)的輸入信號(hào)（按鈕、行程開關(guān)、速度及時(shí)間等傳感器），輸出信號(hào)（接觸器、電磁閥、信號(hào)燈等）分別列表，并按PLC內(nèi)部接口范圍，給每個(gè)信號(hào)分配一個(gè)確定的編號(hào)。（3）詳細(xì)了解生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)控制系統(tǒng)的要求。畫出系統(tǒng)各個(gè)功能過(guò)程的工作循環(huán)圖或流程圖、功能圖及有關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖。（4）按照PLC程序語(yǔ)言的要求設(shè)計(jì)梯形圖或編寫程序清單。梯形圖上的文字符號(hào)應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC內(nèi)部接口對(duì)照表的規(guī)定標(biāo)注。3.

PLC程序設(shè)計(jì)的一般原則（1）保證人身與設(shè)備安全的設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)都不是多余的。PLC的設(shè)計(jì)應(yīng)該是在保證操作者和設(shè)備安全的前提下完成其功能，沒(méi)有安全保證的設(shè)備是沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。（2）PLC程序的安全設(shè)計(jì)，并不代表硬件的安全保護(hù)可以省略。PLC程序的安全設(shè)計(jì)，僅是在軟件上提供保護(hù)功能，為了避免軟件工作異常和調(diào)試中程序編寫錯(cuò)誤或操作不當(dāng)引起的事故，還要在硬件上設(shè)計(jì)保護(hù)功能。例如，電機(jī)正/反轉(zhuǎn)接觸器的互鎖設(shè)計(jì)，進(jìn)給電機(jī)的限位保護(hù)開關(guān)，這些均在硬件上實(shí)現(xiàn)，不需要通過(guò)PLC控制。（3）

了解PLC自身的特點(diǎn)不同的廠家的PLC都各有特點(diǎn)，在應(yīng)用中也會(huì)不同，因此要了解PLC自身的特點(diǎn)才能正確使用并發(fā)揮PLC應(yīng)有的能力。如：初始狀態(tài)、工作方式（循環(huán)掃描/周期掃描）、掃描周期（4）

設(shè)計(jì)調(diào)試點(diǎn)易于調(diào)試PLC程序的設(shè)計(jì)往往不是一次可以完成，常常需要分步反復(fù)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，因此，在PLC設(shè)計(jì)中，與一般的軟件設(shè)計(jì)類似，需要利用中間寄存器設(shè)計(jì)跟蹤標(biāo)記和斷點(diǎn)，以方便調(diào)試。例如:在自動(dòng)換刀控制程序中設(shè)計(jì)臨時(shí)外部控制指令，使連續(xù)的換刀過(guò)程變?yōu)榉植綀?zhí)行，分步檢查換刀的控制過(guò)程是否滿足實(shí)際要求，待調(diào)試成功再取消該臨時(shí)外部控制指令，使換刀過(guò)程連續(xù)執(zhí)行。(5）

模塊化設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的PLC一般要完成許多功能，模塊化設(shè)計(jì)便于我們對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，當(dāng)改變某一功能的控制程序時(shí)，也不會(huì)對(duì)PLC的其它功能產(chǎn)生影響。（6）

盡量減少程序量減少程序量可以減少程序運(yùn)行的時(shí)間，提高PLC的響應(yīng)速度，這對(duì)于循環(huán)掃描的PLC尤為重要。另外某些內(nèi)裝式PLC與數(shù)控系統(tǒng)共用處理器，存儲(chǔ)器等資源，減少PLC的程序量對(duì)于節(jié)省系統(tǒng)資源也是非常必要的。（7）全面的注釋，便于維修PLC所服務(wù)的數(shù)控機(jī)床要求長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，PLC出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要能立刻排除，詳細(xì)的注釋有利于維修人員維修、日常維護(hù)以及系統(tǒng)擴(kuò)展新的功能。1．輸入程序根據(jù)型號(hào)的不同，PLC有多種程序輸入方法，例如，在PLC上本地輸入;通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)輸入;通過(guò)外部專用編程器輸入;通過(guò)PLC提供的基于PC的軟件在外部PC上輸入。多數(shù)PLC都提供PC機(jī)編程輸入功能。2．檢查電氣線路如果電氣線路安裝有誤，不僅會(huì)嚴(yán)重影響PLC程序的調(diào)試進(jìn)度，而且有可能損壞元器件。因此，調(diào)試前應(yīng)該仔細(xì)檢查整個(gè)系統(tǒng)的電氣線路，特別是電源部分。若系統(tǒng)是分模塊設(shè)計(jì)調(diào)試的，也可以只檢查準(zhǔn)備調(diào)試的模塊部分的電氣線路。3．模擬調(diào)試。正如前述，PLC處在數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床電氣之間，起著承上啟下的作用，如果PLC指令有誤，即使電氣線路沒(méi)有錯(cuò)誤，也有可能引起事故，損壞設(shè)備。例如，主軸采用齒輪傳動(dòng)時(shí)，若齒輪嚙合未到位，強(qiáng)行長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行主軸有可能損壞傳動(dòng)齒輪。因此，在PLC實(shí)際應(yīng)用調(diào)試前應(yīng)先進(jìn)行模擬調(diào)試。

PLC調(diào)試4．運(yùn)行調(diào)試接通功率器件的動(dòng)力，如電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)電、氣壓、液壓等，按照實(shí)際運(yùn)行的需要調(diào)試，在運(yùn)行調(diào)試中要注意電氣與機(jī)械的配合。5．非常規(guī)調(diào)試，驗(yàn)證安全保護(hù)和報(bào)警的功能。按照與設(shè)計(jì)功能不同的順序輸入或輸出信號(hào)，例如刀具松的狀態(tài)下，按主軸啟動(dòng)按鈕，或在主軸運(yùn)行中，按下刀具松按鈕。觀察PLC設(shè)計(jì)的保護(hù)功能是否有效。運(yùn)行中接入各單元的報(bào)警信號(hào)，觀察PLC程序是否能正確的報(bào)警并保護(hù)相應(yīng)的單元。例如主軸運(yùn)行中，接入主軸過(guò)熱信號(hào)，觀察PLC是否能報(bào)警，并同時(shí)停止主軸和刀具進(jìn)給。這部分工作一般也分為模擬調(diào)試和運(yùn)行中調(diào)試，兩步以防如果保護(hù)功能失效損壞器件和設(shè)備。6．安全檢查并投入考驗(yàn)性試運(yùn)行待一切正常后可將程序固化到PLC存儲(chǔ)器中，并作備份和詳細(xì)文檔說(shuō)明程序的功能和使用方法等信息。

前面已經(jīng)提到，在PLC設(shè)計(jì)方面需要詳細(xì)了解被控過(guò)程的工作過(guò)程和工作原理；在編程方面可以學(xué)習(xí)和參考系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)例程和編程說(shuō)明書以及其它專門介紹PLC編程語(yǔ)言的參考書。因此本節(jié)對(duì)具體的編程方法未作詳細(xì)的介紹，只針對(duì)數(shù)控機(jī)床PLC控制中比較典型的三個(gè)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行過(guò)程和安全互鎖分析，每個(gè)應(yīng)用實(shí)例提供一種不同編程語(yǔ)言的PLC程序。 應(yīng)用實(shí)例中的PLC均采用DC24VNPN型晶體管接口電路，即低電平有效。

數(shù)控機(jī)床PLC控制應(yīng)用實(shí)例1．過(guò)程分析 主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動(dòng)和沖動(dòng)等。要求按正轉(zhuǎn)按鈕是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；按反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；按停止按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)停止，并控制制動(dòng)器制動(dòng)2秒；按下沖動(dòng)按鈕電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)0.5秒，然后停止；電動(dòng)機(jī)過(guò)載報(bào)警后正/反轉(zhuǎn)和沖動(dòng)按鈕無(wú)效。2．安全互鎖

主軸系統(tǒng)3．程序設(shè)計(jì) 電氣部分的設(shè)計(jì)如圖6-17所示，主軸為普通三相異步電動(dòng)機(jī)，由交流接觸器控制正反轉(zhuǎn)；繼電器采用直流24V供電，自帶續(xù)流二極管；交流接觸器采用交流110V供電。

與主軸控制相關(guān)的輸入/輸出寄存器包括：輸入寄存器：X1.4—正轉(zhuǎn)，X1.5—反轉(zhuǎn)，X1.6—停止，X1.7—沖動(dòng)，X8.5—報(bào)警；輸出寄存器：Y5.0—正轉(zhuǎn)，Y5.1—反轉(zhuǎn)，Y5.2制動(dòng)，Y5.3—松刀。 在電氣安全互鎖設(shè)計(jì)方面，主軸正/反轉(zhuǎn)在接觸器和繼電器分別進(jìn)行了安全互鎖；主軸正/反轉(zhuǎn)對(duì)刀具松進(jìn)行了安全互鎖；急停對(duì)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行了安全互鎖。

序號(hào)名稱含義4序號(hào)名稱含義1QF3主軸帶過(guò)載保護(hù)電源空開2KM3主軸正轉(zhuǎn)交流接觸器3KM4主軸反轉(zhuǎn)交流接觸器4KA1由急?？刂频闹虚g繼電器5KA4主軸正轉(zhuǎn)中間繼電器6KA5主軸反轉(zhuǎn)中間繼電器7KA6主軸制動(dòng)中間繼電器8KA9刀具松間繼電器9SB11主軸正轉(zhuǎn)按鈕10SB12主軸反轉(zhuǎn)按鈕11SB13主軸停止按鈕12SB14主軸沖動(dòng)按鈕13RC2三相滅弧器14RC7,RC8單相滅弧器指令語(yǔ)句表程序如下：1.

LD X1.4 -- 讀取主軸正轉(zhuǎn)按鈕2.

OR R0.0 -- R0.0自鎖3.

AND X8.5 -- 無(wú)報(bào)警4.

ANI Y5.3 -- 刀具未松開5.

AND X1.6 -- 停止按鈕未按下（停止按鈕硬件上是常閉連接）6.

ANI Y5.1 -- 反轉(zhuǎn)無(wú)輸出7.

ANI Y5.2 -- 主軸未制動(dòng)8.

OUT R0.0 -- 則輸出中間變量R0.0，并自鎖-------主軸正轉(zhuǎn)條件都滿足，則按下正轉(zhuǎn)按鈕后，輸出R0.0并自鎖-------9.

LD X1.7 -- 讀取主軸沖動(dòng)按鈕10.

OR R0.1 -- R0.1互鎖11.

ANI T1 -- 若T1計(jì)時(shí)未完成12.

OUT R0.1 -- 則輸出R0.113.

OUT T1 K5 -- T1計(jì)時(shí)0.5秒----按下主軸沖動(dòng)按鈕后，R0.1輸出0.5秒后關(guān)閉14.

LD R0.0 -- 讀取R0.0。15.

OR R0.1 -- 或R0.0。16.

AND X8.5 -- 無(wú)報(bào)警。17.

ANI Y5.3 -- 刀具未松開。18.

AND X1.6 -- 停止按鈕未按下。19.

ANI Y5.1 -- 反轉(zhuǎn)無(wú)輸出。20.

ANI Y5.2 -- 主軸未制動(dòng)。21.

OUT Y5.0 -- 則輸出Y5.0控制主軸正轉(zhuǎn)。-------主軸正轉(zhuǎn)條件滿足后，R0.0和R0.1任意一個(gè)有輸出則輸出Y5.0控制主軸正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了主軸連續(xù)正轉(zhuǎn)和每次按下主軸沖動(dòng)按鈕，主軸正向沖動(dòng)0.5秒的功能。22.

LD X1.6 -- 讀取主軸停止按鈕。23.

OR Y5.2 -- 主軸制動(dòng)自鎖。24.

ANI T2 -- 若T2計(jì)時(shí)未完成。25.

OUT Y5.2 -- 則輸出主軸制動(dòng)。26.

OUT T2 K20 -- T2計(jì)時(shí)2秒。-按下主軸停止按鈕后，Y5.2輸出制動(dòng)主軸2秒后斷開27.

LD X1.5 -- 讀取主軸反轉(zhuǎn)按鈕。28.

OR Y5.1 -- 主軸反轉(zhuǎn)自鎖。29.

AND X8.5 -- 無(wú)報(bào)警。30.

ANI Y5.3 -- 刀具未松開。31.

AND X1.6 -- 停止按鈕未按下。32.

ANI Y5.0 -- 正轉(zhuǎn)無(wú)輸出。33.

ANI Y5.2 -- 主軸未制動(dòng)。34.

OUT Y5.1 -- 則輸出Y5.1控制主軸反轉(zhuǎn)。35.

END主軸反轉(zhuǎn)條件都滿足，則按下反轉(zhuǎn)按鈕后，輸出Y5.1并自鎖-------1.

過(guò)程分析 由PLC控制潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤(rùn)滑功能，代替自動(dòng)潤(rùn)滑站。數(shù)控機(jī)床通電工作后，定時(shí)潤(rùn)滑即開始自動(dòng)執(zhí)行，不受外部按鈕或M指令控制。2．安全互鎖 檢測(cè)到?jīng)]有潤(rùn)滑液或潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警后向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息，并停止定時(shí)潤(rùn)滑的工作。急停對(duì)潤(rùn)滑運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行了安全互鎖。3.程序設(shè)計(jì)定時(shí)潤(rùn)滑

電氣部分的設(shè)計(jì)如圖6-18，圖中各器件的含義如下：

序號(hào)名稱含義1

M4潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)2

QF6潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)帶過(guò)載保護(hù)的電源空開3

KM7潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)交流接觸器4

KA1由急?？刂频闹虚g繼電器5

KA10潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中間繼電器6

HL1潤(rùn)滑報(bào)警指示燈7

RC5三相滅弧器8

RC11單相滅弧器定時(shí)潤(rùn)滑涉及到的寄存器如下： X1.5：潤(rùn)滑液位低報(bào)警檢測(cè)； X2.7：潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警檢測(cè)； Y0.7：潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)控制； Y1.6：潤(rùn)滑系統(tǒng)報(bào)警指示燈；

數(shù)控機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)一般要求每間隔數(shù)十分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)工作幾秒鐘，而一般PLC的定時(shí)器沒(méi)有這么大的定時(shí)范圍，因此采用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器相結(jié)合的方法來(lái)擴(kuò)大定時(shí)范圍，下面以每隔一小時(shí)潤(rùn)滑10秒為例設(shè)計(jì)定時(shí)潤(rùn)滑系統(tǒng)的PLC梯形圖程序如圖6-19。X1.5和X2.7硬件上均按常閉點(diǎn)連接，PLC再按常閉點(diǎn)判斷，則正常時(shí)都是斷開的，Y1.6（報(bào)警指示燈）沒(méi)有輸出。一旦出現(xiàn)了一個(gè)或兩個(gè)報(bào)警則硬件上為斷開狀態(tài)，PLC內(nèi)部因取常閉點(diǎn)而閉合，Y1.6有輸出提示報(bào)警。 開始上電時(shí)R0.0為0，C0、T1以及T2都處于復(fù)位狀態(tài)，T0處于定時(shí)狀態(tài)，時(shí)間為10秒，定時(shí)完成后R0.0自鎖保持1狀態(tài)，則對(duì)C0、T1、Y0.7沒(méi)有影響。若X1.5或X2.7任意一個(gè)出現(xiàn)了故障報(bào)警，則R0.0變?yōu)?，重新復(fù)位C0、T1以及T2，故障消除后，T0又開始計(jì)時(shí)，R0.0延時(shí)10秒后再變?yōu)?。因此，用R0.0的常閉點(diǎn)可以保證每次開機(jī)和故障消除后Y0.7能馬上輸出，控制潤(rùn)滑10秒。

R0.0變?yōu)?后，T0一直被復(fù)位，T1開始工作，定時(shí)時(shí)間是60秒，因此每隔60秒C0計(jì)數(shù)一次，C0的設(shè)定值是60，因此，1小時(shí)后C0計(jì)數(shù)完成，這期間T2一直處于復(fù)位狀態(tài)。C0計(jì)數(shù)完成后，常開點(diǎn)閉合，復(fù)位T1，而T2開始計(jì)時(shí)，T2的設(shè)定時(shí)間是10秒，10秒鐘后T2的常開點(diǎn)閉合復(fù)位C0，因此，C0的1狀態(tài)只維持10秒即變?yōu)?，同時(shí)把T2復(fù)位，由于T2、C0、T1都處于復(fù)位狀態(tài)，R0.0為1，T1又開始計(jì)時(shí)，每隔60秒向C0發(fā)送一個(gè)脈沖，進(jìn)入新一輪循環(huán)。 可見每隔1小時(shí)，C0即輸出10秒鐘，用C0的常開點(diǎn)控制Y0.7即實(shí)現(xiàn)了控制的要求。

1.

過(guò)程分析 以四工位自動(dòng)刀架為例，刀架電動(dòng)機(jī)采用三相交流380V供電，正轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)刀架正向旋轉(zhuǎn)，各刀具按順序依次經(jīng)過(guò)加工位置（如圖6-20所示），刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，刀架自動(dòng)鎖死，保證刀具能夠承受切削力。每把刀具各有一個(gè)霍爾位置檢測(cè)開關(guān)。車床刀架換刀動(dòng)作由T指令或手動(dòng)換刀按鈕起動(dòng)，換刀過(guò)程如下：（a）

刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；（b）

檢測(cè)到所選刀位的有效信號(hào)后，停止刀架電動(dòng)機(jī)，并延時(shí)（100ms）；(c)延時(shí)結(jié)束后刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖死刀架，并延時(shí)（500ms）；(d)延時(shí)結(jié)束后停止刀架電動(dòng)機(jī)，換刀完成。

車床刀架不存在刀具交換的問(wèn)題，刀具選好后即可以開始加工，因此，車床的換刀由T指令（選刀指令）完成，而不需要換刀指令（M06指令）的參與。

2.

安全互鎖（a）

刀架電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)（如20秒），而檢測(cè)不到刀位信號(hào)，則認(rèn)為刀架出現(xiàn)故障，立即停止刀架電動(dòng)機(jī)，以防止將其損壞并報(bào)警提示；（b）

刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警時(shí)，停止換刀過(guò)程，并禁止自動(dòng)加工；（c）

其余參考本章第二節(jié)。3.

程序設(shè)計(jì) 電氣部分的設(shè)計(jì)如圖6-21所示。圖中各器件的含義如下：序號(hào)名稱含義1

M2刀架電動(dòng)機(jī)2

QF3刀架電動(dòng)機(jī)帶過(guò)載保護(hù)的電源空開3

KM5、KM6刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器4

KA1由急?？刂频闹虚g繼電器5

KA6、KA7刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器6

S1~S4刀位檢測(cè)霍爾開關(guān)7

SB11手動(dòng)刀位選擇按鈕8

SB12手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕9

RC3三相滅弧器10

RC9、RC10單相滅弧器自動(dòng)刀架控制涉及到的輸入/輸出寄存器如下：X2.7：刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警輸入；X3.0~X3.3：1~4號(hào)刀到位信號(hào)輸入；X30.6：手動(dòng)刀位選擇按鈕信號(hào)輸入；X30.7：手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕信號(hào)輸入；Y0.6：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出；Y0.7：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。PLC程序按定時(shí)循環(huán)掃描的方式執(zhí)行，與換刀相關(guān)的的程序掃描周期為16mS，用plc1_time表示。程序中利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定時(shí)（延時(shí)）功能。程序中用到的變量說(shuō)明如下：*sys_ext_alm()：用于設(shè)定外部報(bào)警，為一16位二進(jìn)制數(shù)，每一位代表一個(gè)報(bào)警，可設(shè)定0~15共16個(gè)外部報(bào)警。某位為1時(shí)，相對(duì)應(yīng)的外部報(bào)警顯示，為0時(shí)則清除相對(duì)應(yīng)的報(bào)警。mod_T_code(0)：T指令代碼，一般為三位十進(jìn)制數(shù)，百位表示刀號(hào)，個(gè)位十位表示刀偏號(hào)。置“-1”時(shí)T指令完成。

T_stage ：定義換刀順序標(biāo)記的局部變量（字符型）。T_stage_dwell ：定義換刀延時(shí)時(shí)間的局部變量（無(wú)符號(hào)整型）。T_NO ：定義所選刀號(hào)的局部變量（字符型）。車床刀架用T指令換刀的C語(yǔ)言PLC處理程序如下：if((X[2]&0x80)==0) //若電機(jī)過(guò)熱（X2.7為0）{ *sys_ext_alm()|=4; //則顯示2號(hào)外部報(bào)警：刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。mod_T_code(0)=-1; //強(qiáng)制T指令完成。return；//從T指令處理程序返回到PLC主程序（以下簡(jiǎn)稱