【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)、制造的“內(nèi)裝型” PLC，它從屬于 CNC 裝置，與 CNC 共用計(jì)算機(jī)內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)。本文采用的是第一種類(lèi)型， PLC 獨(dú)立于 CNC 裝置， PLC與 CNC 信號(hào)在 CNC裝置內(nèi)部傳送，而 PLC與機(jī)床電氣控制信號(hào)通過(guò) CNC的 I/O接口傳送。 PLC 作為 CNC 的基本功能而統(tǒng)一設(shè)計(jì)和制造，因此結(jié)構(gòu)十分 緊湊； PLC控制程序編程完成后，傳送到CNC裝置中，即可用于數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床功能信號(hào)的控制。數(shù)控機(jī)床 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 圖 數(shù)控機(jī)床軟 PLC 的系統(tǒng)框圖 其中計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（ CNC）根 據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（ 如運(yùn)動(dòng)軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等 ） ，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元，驅(qū)動(dòng)裝置和 PLC 等），所有這些工作是由 CNC 裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個(gè)系統(tǒng)有條有序地進(jìn)行工作。其中 PLC 的作用是接受 CNC的 M、 S、 T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作；同時(shí)接受操作面板和機(jī)床側(cè)的 I/O信號(hào)，送給 CNC 裝置，經(jīng) 11 其處理后，輸出指令控制 CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。 實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制（電氣控制）的常規(guī)方法 實(shí)際控制 系統(tǒng)一般由傳感器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，有開(kāi)環(huán)及閉環(huán)控制系統(tǒng)之分。精密數(shù)控機(jī)床依賴(lài)于電氣與液壓兩部分控制，除了要求合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)外，還必須配備高性能的液壓控制技術(shù)及相應(yīng)的電氣控制技術(shù)，以便對(duì)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速控制、冷卻液和潤(rùn)滑控制、液壓卡盤(pán)和液壓尾座控制、刀具互換控制。因此，目前大多采用電液比例技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足主機(jī)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求，常用電氣控制系統(tǒng)包括： ⑴ 傳統(tǒng)繼電器型 這是一種由傳統(tǒng)的繼電器控制箱再加上數(shù)碼 — 電壓轉(zhuǎn)換器組成的典型控制柜，還包括信號(hào)檢測(cè)及輸出控制電路。其中，由數(shù)碼 — 電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)連接邏輯開(kāi) 關(guān)控制線路與模擬控制閥，將撥盤(pán)數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬電壓，并經(jīng)比例放大器來(lái)控制比例閥。信號(hào)輸入及數(shù)值顯示單元只能是數(shù)碼撥盤(pán)和電位計(jì)。但由于繼電器控制存在著線路復(fù)雜、可靠性低、維修麻煩等缺陷，現(xiàn)在已趨于淘汰。 ⑵ 可編程控制型 可編程控制器最初是從微機(jī)中簡(jiǎn)化出來(lái)的簡(jiǎn)單控制器，包括時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)繼電器、鎖存繼電器、記憶繼電器和通斷繼電器等，由于它能夠完全代替電氣控制系統(tǒng)中的繼電器部分，性能優(yōu)良、價(jià)格低，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單易學(xué)，對(duì)操作、使用、管理要求不高等特點(diǎn)，與模擬電壓輸出裝置（數(shù)碼 — 電壓轉(zhuǎn)換器、電位計(jì)等）結(jié)合，可用于 控制冷卻液和潤(rùn)滑系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著 PLC控制技術(shù)的發(fā)展以及各種智能外圍模塊的使用， PLC 可以對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制過(guò)程進(jìn)行精確、實(shí)時(shí)的控制。 ⑶ 微機(jī)控制型 六十年代后期，美國(guó)費(fèi)洛斯公司（ FELLOWS）首次采用微型計(jì)算機(jī)對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行過(guò)程控制。進(jìn)行微機(jī)控制的第一步，是將主軸的制動(dòng)和沖動(dòng)時(shí)間、冷卻液和潤(rùn)滑開(kāi)啟時(shí)間譯為計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)同預(yù)先設(shè)定值對(duì)比，進(jìn)行決策控制。輸入信號(hào)及數(shù)值顯示單元種類(lèi)較多，有數(shù)碼撥盤(pán)、矩陣插孔板、陣列電位器、發(fā)光二級(jí)管矩陣、標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ面I盤(pán)等輸入方式，以及數(shù)碼管、 LCD、 CRT 等信號(hào)顯示方式。 12 ① Z80— CPU 控制系統(tǒng) 以 TP— 801單板機(jī)為典型代表，結(jié)構(gòu)緊湊，板上安裝有中央處理單元、鍵盤(pán)、顯示器、 CTC、 PIO、 RAM、 ROM，而且還可以擴(kuò)展I/O、 D/A、 A/D等接口。 TP— 801采用匯編語(yǔ)言編程，由于有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，可進(jìn)行 8位數(shù)據(jù)的輸入和輸出，在軟件的支持下，還可以進(jìn)行 8 位以上數(shù)字運(yùn)算、處理，完全能滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床控制的要求。 ② 單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)是比單板機(jī)集成度高的微處理器，在一塊芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM、 I/O、振蕩器和時(shí)鐘線路，幾乎 包含了一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)所需的全部功能，具有處理能力強(qiáng)而靈活、兼容性好、單一正 5伏電源、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，已用來(lái)構(gòu)成各種實(shí)際需要的控制系統(tǒng)。但單片機(jī)控制存在著抗干擾性能差、標(biāo)準(zhǔn)性差、編程復(fù)雜等缺點(diǎn)，限制了其使用。 ③ 專(zhuān)用電腦控制系統(tǒng) 隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展及廣泛運(yùn)用，已有專(zhuān)用電腦用于注塑機(jī)控制，并由簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制過(guò)渡到局部閉環(huán)控制，再發(fā)展到今天的全閉環(huán)控制。系統(tǒng)除了常規(guī)的功能外，還有圖形顯示、故障報(bào)警、自診斷及數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和打印功能。 ④ 多處理機(jī)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是將多任務(wù)進(jìn)行分配，即由若干CPU來(lái)完成，例如，電機(jī)控制就由獨(dú)立的 CPU 來(lái)完成，而別的 CPU 則作程控及過(guò)程參數(shù)控制工作，系統(tǒng)中只有一臺(tái)主機(jī)和若干臺(tái)從機(jī)。 PLC 的選擇 由于數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)要求可靠性高，接線方便，便于維護(hù)而且輸入輸出信號(hào)多，因此 PLC 系統(tǒng)選用西門(mén)子 SIMATICS7— 200 系列 CPU22 EM22 EM222。SIMATICCPC226作為系統(tǒng)運(yùn)算、采集、控制部分本身集成開(kāi)關(guān)量 24入 /16出。 EM221和 EM222 作為數(shù)字量輸入、輸出擴(kuò)展模塊，負(fù)責(zé)控制信號(hào)的采集和輸出，使系統(tǒng)控制規(guī)模得到擴(kuò)展。西門(mén)子 SIMATICS7— 200 系列 PLC具有如下特點(diǎn)： a．小型機(jī)身，占用空間??； b．可靠性高。 PLC 以微處理器為核心，結(jié)構(gòu)緊湊，采用光電隔離措施，抗干擾能力強(qiáng)， 輸入輸出獨(dú)立于控制單元，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性； c．操作簡(jiǎn)單。 S7— 200 軟件 STEP7— MICRO/ 可在普通的 PC 機(jī)上進(jìn)行安裝，該軟件提供了各種邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算指令，對(duì)于習(xí)慣使用電路圖的 13 工程技術(shù)人員用梯形圖編程非常方便； d．便于調(diào)試維護(hù)?？梢栽诰€編程調(diào)試面對(duì)于較復(fù)雜的故障，可以用 PC機(jī)在線檢測(cè) PLC 的運(yùn)行狀態(tài)，從而查出故障 的原因。對(duì)于外部輸入輸出，在 PLC上都有相應(yīng)的顯示，只要觀察 PLC上的對(duì)應(yīng) LED 指示燈，即可知道輸入輸出的狀態(tài)。 設(shè)計(jì)方案 本文基于 S7200PLC，采用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件，對(duì)數(shù)控機(jī)床的功能控制進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，最后把整套軟件傳送到西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。 本套設(shè)計(jì)包括了如下數(shù)控機(jī)床的常規(guī)功能： 1) 數(shù)控機(jī)床控制主軸的啟動(dòng) 、正 /反轉(zhuǎn)、主軸的制動(dòng)和沖動(dòng)等功能； 2) 機(jī)床操作面板的控制功能； 3) 液壓卡盤(pán)的夾緊和松開(kāi)、液壓尾座的伸出和退回等控制功能； 4) 冷卻液和自動(dòng)潤(rùn)滑的啟動(dòng)、停 止的 控制功能； 5) 換刀裝置的控制功能； 6) 遇到緊急情況如： X、 Z軸越限 ，油泵過(guò)載，主軸過(guò)載或者伺服電機(jī)過(guò)熱等處理急停功能。 此外，可以根據(jù)數(shù)控機(jī)床的控制要求，增加或裁減相應(yīng)的功能，采用結(jié)構(gòu)化編制各個(gè)功能的 PLC 子程序，由 PLC 主程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。本套 PLC設(shè)計(jì)包含一個(gè)主程序 ，五個(gè)功能子程序，以下是 PLC 程序設(shè)計(jì)思路。 電路的外部接線和 I/O 地址 分配表 圖 3— 1是設(shè)計(jì)電路的輸入 /輸出接線圖： 14 圖 外路接線圖 根據(jù)控制要求，在數(shù)控機(jī)床控制中，有 25個(gè)輸出控制元件，有 17 個(gè)輸出元件，系 統(tǒng)輸入 /輸出元件的地址分配見(jiàn)表 . 15 表 數(shù)控機(jī)床輸入 /輸出元件的地址分配 輸入繼電器 電路元件 作用 輸出繼電器 電路元件 作用 SB1 手動(dòng)冷卻 KM4 主軸正轉(zhuǎn) SQ1 連續(xù)左 KM5 主軸反轉(zhuǎn) SB2 點(diǎn)動(dòng) KM6 制動(dòng) SQ2 連續(xù)右 KM9 刀具松緊 SB14 主軸沖動(dòng) SB4 冷卻液開(kāi)啟 SB13 主軸停止 SQ11 潤(rùn)滑 SB11 主軸正轉(zhuǎn) KA1 卡盤(pán)夾緊 SB12 主軸反轉(zhuǎn) KA2 卡盤(pán)松開(kāi) SA1 1 號(hào)刀位 KA3 刀架正轉(zhuǎn) 2 號(hào)刀位 KA7 刀架反轉(zhuǎn) 3 號(hào)刀位 HL1 急停報(bào)警指示 4 號(hào)刀位 HL2 夾緊指示 SQ3 X 軸限位 HL3 頂尖指示 SQ4 Z 軸限位 HL4 X 軸限位指示 SA2 腳踏開(kāi)關(guān) HL5 Z 軸限位指示 SQ5 油泵停止 SB5 外部急停 SQ6 伺服準(zhǔn)備 SQ12 解除進(jìn)給 SQ7 伺服不過(guò)熱 SA3 M 功能選通信號(hào) S 功能選通信號(hào) T 功能選通信號(hào) SQ8 油泵急停 SQ9 M NC 急停 SQ10 NC 復(fù)位 16 第四章 功能控制的 PLC 設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床 PLC 主程序 圖 PLC控制主程序梯形圖。在 PLC 主程序中 首先把 CNC 送到 IB3 口的 MST代碼（ BCD 碼）與 63（ 3FH）相連，屏蔽掉 、 ，并在 M選通、 S 選通、 T 選通信號(hào)的作用下，分別將 M 代碼轉(zhuǎn)存到 MB1， S 代碼轉(zhuǎn)存到MB2， T 代碼轉(zhuǎn)存到 MB3；然后，無(wú)條件（ ）調(diào)到主軸控制程序、液壓卡盤(pán)和液壓 尾座控制子程序、冷卻和潤(rùn)滑控制子程序、換刀控制子程序、急停和進(jìn)給保持控制子程序。 17 圖 18 主要子程序 (SBR) 液壓卡盤(pán)和液壓尾座控制子