【正文】 出來，這也阻礙國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)向數(shù)字化控制、功能模塊化和開放式結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，國外數(shù)控廠商，如西門子公司推出的數(shù)控系統(tǒng)中，采 用嵌入式 PLC，大大提高系統(tǒng)的集成度，整個數(shù)控系統(tǒng)除一個微機平臺外，剩下的只有驅(qū)動的功率接口和反饋接口，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制，既有效提高系統(tǒng)可靠性，又消除信息傳遞瓶頸，提高了系統(tǒng)性能。 PLC 和 NC 的關(guān)系 PLC 用于通用設(shè)備的自動控制，稱為可編程控制器。 PLC用于數(shù)控機床的外圍輔助電氣的控制，稱為可編程序機床控制器。因此，在很多數(shù)控系統(tǒng)中將其稱之為 PMC（ programmable machine tool controller）。數(shù)控系統(tǒng)有兩大部分，一是 NC、二是 PLC，這兩者在數(shù)控機床所起的作用范圍 是不相同的。可以這樣來劃分 NC 和 PLC 的作用范圍： 實現(xiàn)刀具相對于工件各坐標(biāo)軸幾何運動規(guī)律的數(shù)字控制。這個任務(wù)是由 NC 來完成； 機床輔助設(shè)備的控制是由 PLC 來完成。它是在數(shù)控機床運行過程中，根據(jù) CNC內(nèi)部標(biāo)志以及機床的各控制開關(guān)、檢測元件、運行部件的狀態(tài)，按照程序設(shè)定的控制邏輯對諸如刀庫運動、換刀機構(gòu)、冷卻液等的運行進行控制。 6 在數(shù)控機床中這兩種控制任務(wù)，是密不可分的，它們按照上面的原則進行了分工，同時也按照一定的方式進行連接。 NC 和 PLC 的接口方式遵循國際標(biāo)準(zhǔn)“ISSO 43361981（ E）機床數(shù)字控制－數(shù)控裝置和數(shù)控機床電氣設(shè)備之間的接口規(guī)范 ” 的規(guī)定，接口分為四種類型： 與驅(qū)動命令有關(guān)的連接電路； 數(shù)控裝置與測量系統(tǒng)和測量傳感器間的連接電路； 電源及保護電路； 通斷信號及代碼信號連接電路 。 從接口分類的標(biāo)準(zhǔn)來看，第一類、第二類連接電路傳送的是數(shù)控裝置與伺服單元、伺服電機、位置檢測以及數(shù)據(jù)檢測裝置之間控制信息。第三類是由數(shù)控機床強電電路中的電源控制控制電路構(gòu)成。通常由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護開關(guān)、繼電器、接觸器等等構(gòu)成。為其他電機、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件供電 。這些相對于數(shù)控系統(tǒng)來講，屬于強電回路。這些強電回路是不能夠和控制系統(tǒng)的弱電回路，直接相連接的，只能夠通過中間繼電器等電子元器件轉(zhuǎn)換成直流低壓下工作的開關(guān)信號，才能夠成為 PLC 或繼電器邏輯控制電路的可接受的電信號。反之， PLC 或繼電器邏輯控制來的控制信號，也必須經(jīng)過中間繼電器或轉(zhuǎn)換電路變成能連接到強電線路的信號，再由強電回路驅(qū)動執(zhí)行元件工作。第四類信號是數(shù)控裝置向外部傳送的輸入輸出控制信號。 PLC在數(shù)控機床中的應(yīng)用形式 PLC 在數(shù)控機床中應(yīng)用，通常有兩種形式：一種稱為內(nèi)裝式；一種稱為獨立式。 內(nèi)裝 式 PLC也稱集成式 PLC，采用這種方式的數(shù)控系統(tǒng)，在設(shè)計之初就將 NC和 PLC 結(jié)合起來考慮， NC 和 PLC 之間的信號傳遞是在內(nèi)部總線的基礎(chǔ)上進行的，因而有較高的較高交換速度和較寬的信息通道。它們可以共用一個 CPU 也可以是單獨的 CPU 這種結(jié)構(gòu)從軟硬件整體上考慮 , PLC 和 NC 之間沒有多余的導(dǎo)線連接 , 增加了系統(tǒng)的可靠性 , 而且 NC 和 PLC 之間易實現(xiàn)許多高級功能。PLC 中的信息也能通過 CNC 的顯示器顯示 , 這種方式對于系統(tǒng)的使用具有較大的優(yōu)勢。高檔次的數(shù)控系統(tǒng)一般都采用這種形式的 PLC。 7 獨立式 PLC 也稱外裝式 PLC，它獨立于 NC裝置，具有獨立完成控制功能的 PLC。在采用這種應(yīng)用方式式，可根據(jù)用戶自己的的特點，選用不同專業(yè) PLC廠商的產(chǎn)品，并且可以更為方便的對控制規(guī)模進行調(diào)整。 PLC 與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床間的信息交換 相對于 PLC，機床和 NC就是外部。 PLC 與機床以及 NC 之間的信息交換，對于 PLC 的功能發(fā)揮，是非常重要的。 PLC 與外部的信息交換，通常有四個部分： （ 1） 機床側(cè)至 PLC：機床側(cè)的開關(guān)量信號通過 I/O單元接口輸入到 PLC 中，除極少數(shù)信號外，絕大多數(shù)信號的含義及所配置的輸入地址，均可 由 PLC 程序編制者或者是程序使用者自行定義。數(shù)控機床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機床的功能和配置，對 PLC程序和地址分配進行修改。 （ 2） PLC至機床： PLC的控制信號通過 PLC的輸出接口送到機床側(cè)，所有輸出信號的含義和輸出地址也是由 PLC 程序編制者或者是使用者自行定義。 （ 3） NC至 PLC： CNC 至 PLC:CNC 送至 PLC的信息可由 CNC 直接送入 PLC的寄存器中 ,所有 CNC 送至 PLC 的信號含義和地址（開關(guān)量地址或寄存器地址） 均由 CNC 廠家確定 ,PLC 編程者只可使用不可改變和增刪。如數(shù)控指令的M、 S、 T 功能 ,通過 CNC 譯碼后直接送入 PLC 相應(yīng)的寄存器中。 （ 4） PLC至 CNC : PLC 送至 CNC 的信息也由開關(guān)量信號或寄存器完成 ,所有 PLC 送至 CNC 的信號地址與含義由 CNC 廠家確定 ,PLC 編程者只可使用 ,不可改變和增刪。 PLC 在數(shù)控機床中的工作流程 PLC 在數(shù)控機床中的工作流程，和通常的 PLC 工作流程基本上是一致的，分為以下幾個步驟： （ 1） 輸入采樣：輸入采樣，就是 PLC 以順序掃描的方式讀入所有輸入端口的信號狀態(tài)，并將此狀態(tài)，讀入到輸入映象寄存器中。當(dāng)然，在程序運行周期中這些 信號狀態(tài)是不會變化的，除非一個新的掃描周期的到來，并且原來端口信號狀態(tài)已經(jīng)改變，讀到輸入映象寄存器的信號狀態(tài)才會發(fā)生變化。 （ 2） 程序執(zhí)行：程序執(zhí)行階段系統(tǒng)會對程序進行特定順序的掃描，并且同時讀入輸入映像寄存區(qū)、輸出映像寄存區(qū)的讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，在進行相關(guān)運算后，將運算結(jié)果存入輸出映像寄存區(qū)供輸出和下次運行使用。 8 （ 3） 出刷新階段：在所指令執(zhí)行完成后，輸出映像寄存區(qū)的所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通 /斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅(qū)動外部負載。 PLC在數(shù)控機床 中的控制功能 （ 1） 操作面板的控制。操作面板分為系統(tǒng)操作面板和機床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號先是進入 NC，然后由 NC 送到 PLC，控制數(shù)控機床的運行。機床操作面板控制信號，直接進入 PLC，控制機床的運行。 （ 2） 機床外部開關(guān)輸入信號。將機床側(cè)的開關(guān)信號輸入到送入 PLC，進行邏輯運算。這些開關(guān)信號，包括很多檢測元件信號（如：行程開關(guān)、接近開關(guān)、模式選擇開關(guān)等等） 。 （ 3） 輸出信號控制： PLC輸出信號經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。 （ 4） 功能實現(xiàn)。 系統(tǒng)送出 T 指令給 PLC，經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到 T代碼指定的刀號，并與主軸刀號進行比較。如果不符，發(fā)出換刀指令，刀具換刀，換刀完成后，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。 （ 5） M功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出 M指令給 PLC，經(jīng)過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動停止等等。 M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。 PLC 與數(shù)控機床外圍電路的關(guān)系 如前所述， PLC 在數(shù)控機床中用來控制機床的強電回路（通過一些電器元件）。為了更好了解數(shù)控機床的 PLC 的控制功能，就有必要對 PLC和外圍電路的關(guān)系進行分析。 數(shù)控機床通 過 PLC 對機床的輔助設(shè)備進行控制， PLC對對外圍電路的控制來實現(xiàn)對輔助設(shè)備的控制的。 PLC接受 NC 的控制信號以及外部反饋信號，經(jīng)過邏輯運算、處理將結(jié)果以信號的形式輸出。輸出信號從 PLC的輸出模塊輸出，有些信號經(jīng)過中間繼電器控制接觸器然后控制具體的執(zhí)行機構(gòu)動作，從而實現(xiàn)對外圍輔助機構(gòu)的控制。有些信號不需要通過中間環(huán)節(jié)的處理直接用于控制外部設(shè)施，比如說，有些直接用低壓電源驅(qū)動的設(shè)備（如：面板上的指示燈）。也就是說每一個外部設(shè)備（使用 PLC控制的）都是由 PLC 的一路控制信號來控制的，也 9 就是說每一個外部設(shè)備（使用 PLC控制的）都在 PLC 中和一個 PLC 輸出地址相對應(yīng)。 PLC 對外圍設(shè)備的控制，不僅僅是要輸出信號控制設(shè)備、設(shè)施的動作，還要接受外部反饋信號，以監(jiān)控這些設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)。在數(shù)控機床中用于檢測機床狀態(tài)的設(shè)備或元件主要有，溫度傳感器、震動傳感器、行程開關(guān)、接近開關(guān)等等。這些檢測信號有些是可以直接輸入到 PLC的端口，有些必須要經(jīng)過一些中間環(huán)節(jié)才能夠輸入到 PLC 的輸入端口。 無論是輸入還是輸出， PLC 都必須要通過外圍電路才能夠控制機床的輔助設(shè)施的動作。在 PLC 和外圍電路的關(guān)系中，最重要的一點就是外部信號和 PLC內(nèi)部信號 處理的對應(yīng)。這種對應(yīng)關(guān)系就是前面所說的地址分配，就是將每一個 PLC中地址和外圍電路每一路信號相對應(yīng)。這個工作是在機床生產(chǎn)過程中，編制和該機床相對應(yīng)的 PLC 程序時，由 PLC 程序編制工程師定義。當(dāng)然做這樣的定義必須遵循必要的規(guī)則，以使 PLC 程序符合系統(tǒng)的要求。 10 第三章 硬件 分析 數(shù)控機床與 PLC 的連接方式 數(shù)控機床所用 PLC可分為兩種類型。一種是 PLC 獨立于 CNC 裝置， 有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務(wù)，以滿足數(shù)控機床或其他順序控制領(lǐng)域要求的“通用型” PLC；另一個是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制面