【正文】 本功能或附加功能與CNC 系統(tǒng)其他功能一起統(tǒng)一設(shè)計(jì)、制造的。因此，系統(tǒng)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)亦較合理、實(shí)用，尤其適用于單機(jī)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。(3) 在系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型PLC 可與CNC 系統(tǒng)共用CPU，也可以單獨(dú)使用一個(gè)CPU；硬件控制電路可與CNC 系統(tǒng)其他電路制作在同一塊印制電路板上，也可以單獨(dú)制成一塊附加板，當(dāng)CNC 裝置需要附加PLC 功能時(shí)，再將此附加板插裝到CNC 裝置上，內(nèi)裝PLC 一般不單獨(dú)配置I/O 接口電路，而是使用CNC 系統(tǒng)本身的I/O電路。PLC控制電路及部分I/O 電路(一般為輸入電路)所用電源由CNC 裝置提供，不需另備電源。圖 具有內(nèi)裝型PLC 的CNC 機(jī)床系統(tǒng)框圖(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)的控制功能。如：梯形圖編輯和傳送功能，在CNC 系統(tǒng)內(nèi)部直接處理NC 窗口的大量信息等。國(guó)內(nèi)常見(jiàn)外國(guó)公司生產(chǎn)的帶有內(nèi)裝型PLC 的系統(tǒng)有：FANUC 公司的FS—0(PMC—L/M)、FS—0 Mate(PMC—L/M)、FS—3(PLC—D)、FS—6(PLC—A、PLC—B)、FS—10/11(PMC—1)、FS—15(PMC—N)，SIEMENS 公司的SINUMERIK 8SINUMERIK 820，AB公司的8200、8400、8600 等。2) 獨(dú)立型PLC獨(dú)立型PLC 又稱(chēng)通用型PLC。獨(dú)立型PLC 是獨(dú)立于CNC 裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。 所示為具有獨(dú)立型PLC 的CNC機(jī)床系統(tǒng)框圖。獨(dú)立型PLC 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(hù)程序存儲(chǔ)器、I/O接口電路、與編程機(jī)等外部設(shè)備通信的接口和電源等()。(2) 獨(dú)立型PLC 一般采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)或籠式插板式結(jié)構(gòu)，各功能電路多做成獨(dú)立的模塊或印制電路板，具有安裝方便，功能易于擴(kuò)展和變更等優(yōu)點(diǎn)。例如，可采用通信模塊與外部I/O 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)加工工件數(shù)量、刀具使用次數(shù)、回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)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)、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件或裝置進(jìn)行控制。圖 具有獨(dú)立型PLC 的CNC 機(jī)床系統(tǒng)框圖(3) 獨(dú)立型PLC 的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可以通過(guò)I/O 模塊或插板的增減靈活配置。有的獨(dú)立型PLC 還可通過(guò)多個(gè)遠(yuǎn)程終端連接器構(gòu)成有大量輸入/輸出點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)大范圍的集中控制。在獨(dú)立型PLC 中，那些專(zhuān)為用于FMS、FA 而開(kāi)發(fā)的獨(dú)立型PLC 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，主要用作“單元控制器”，是現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)制造系統(tǒng)重要的控制裝置。獨(dú)立型PLC 也用于單機(jī)控制。國(guó)外有些數(shù)控機(jī)床制造廠(chǎng)家，或是為了展示自己長(zhǎng)期形成的技術(shù)特色，或是為了對(duì)某些技術(shù)絕竅進(jìn)行保密，或純粹是因管理上的需要，在購(gòu)進(jìn)的CNC系統(tǒng)中，舍棄了PLC 功能，而采用外購(gòu)或自行開(kāi)發(fā)的獨(dú)立型PLC 作控制器，這種情況在從日本、歐美引進(jìn)的數(shù)控機(jī)床中屢見(jiàn)不鮮。國(guó)內(nèi)已引進(jìn)應(yīng)用的獨(dú)立型PLC 有：SIEMENS 公司的SIMATI C S5 系列產(chǎn)品，AB公司的PLC 系列產(chǎn)品，F(xiàn)ANUC公司的PMC—J 等。 機(jī)床控制程序的設(shè)計(jì)流程、輸出信號(hào)，確定哪些機(jī)床信號(hào)（如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的信號(hào)等）需要輸入給PLC，哪些信號(hào)需要從PLC輸出給數(shù)控機(jī)床（如繼電器線(xiàn)圈，指示燈以及其他的執(zhí)行電路），從而計(jì)算出對(duì)于PLC的輸入、輸出線(xiàn)的數(shù)目。注意：從機(jī)床直接送至NC的信號(hào)線(xiàn)也應(yīng)包括在從機(jī)床到PLC的輸入線(xiàn)的數(shù)目中。 機(jī)床控制程序的設(shè)計(jì)流程圖，估算出所要求的PLC的存貯器的容量。存儲(chǔ)器容量視機(jī)床的復(fù)雜程度而定，一般，數(shù)控車(chē)床約1000步，小型加工中心約1500步，復(fù)雜、型的加工中心約5000步。、輸出線(xiàn)的數(shù)目和所估算的PLC存貯器量，以及所選用的數(shù)控系統(tǒng)，選用適配的PLC。不同的數(shù)控系統(tǒng)，與之配用的PLC也不同。如發(fā)那科的6T/6M數(shù)控系統(tǒng)要配用發(fā)那科的PCB，而發(fā)那科的3T/3M數(shù)控系統(tǒng)則要配用發(fā)那科的PCD。西門(mén)子公司的SINUMERIK 3T/3M要配用西門(mén)子公司的S5130W(B)型PLC等等。根據(jù)PLC所給定的地址范圍，對(duì)每個(gè)與PLC控制有關(guān)的信號(hào)賦予專(zhuān)用的信號(hào)名和地址。凡是輸入給PLC的信號(hào)（如從機(jī)床輸入給PLC或從NC輸入給PLC）均稱(chēng)為PLC的輸入，凡是從PLC輸出的信號(hào)（如從PLC輸出給機(jī)床或從PLC輸出給NC）均稱(chēng)為PLC的輸出。根據(jù)這個(gè)原則可以制作PLC的輸入和輸出地址表。另外，還控制繼電器地址表、計(jì)時(shí)器地址表、計(jì)數(shù)器地址表、數(shù)據(jù)地址表以及保持繼電器地址表等。根據(jù)PLC所指定的表達(dá)方式和對(duì)機(jī)床的控制要求，制作順序控制圖（梯形圖）。即用PLC的指令來(lái)描述梯形圖的內(nèi)容，以便于把梯形圖上的順序程序?qū)懭氲酱尜A器中。寫(xiě)入順序程序有好幾種方法，如用編程器鍵盤(pán)寫(xiě)入，用紙帶閱讀機(jī)讀入穿有順序程序的紙帶內(nèi)容等。，把順序程序?qū)懭氲紼PROM中。可以用模擬裝置代替機(jī)床，根據(jù)機(jī)床的狀態(tài)，用開(kāi)關(guān)狀態(tài)的“閉合”和“斷開(kāi)”來(lái)模擬機(jī)床的輸入信號(hào)，用燈的亮或滅來(lái)檢查PLC的輸出信號(hào)。，如果認(rèn)為程序無(wú)誤，則機(jī)床的控制程序的設(shè)計(jì)就完成了，如果程序有誤，則應(yīng)該修改程序后，再?gòu)牡?步開(kāi)始重復(fù)調(diào)試。直到認(rèn)為程序無(wú)誤為止。 小結(jié)本章關(guān)于CNC系統(tǒng)主要介紹了它的軟硬件結(jié)構(gòu)組成和CNC系統(tǒng)的功能與一般的工作過(guò)程；可編程控制器（PLC）是現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，本章主要介紹了它的基本功能、基本結(jié)構(gòu)和它的一般工作過(guò)程，并主要介紹了其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。PLC 在立式車(chē)床中的應(yīng)用 立式車(chē)床概況立式車(chē)床是一種自動(dòng)化程度要求較高的機(jī)電設(shè)備，一般應(yīng)用于冶金行業(yè)，車(chē)制各種大型工件。它通常采用繼電器邏輯控制方式，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，由于控制觸點(diǎn)多，電控系統(tǒng)故障率高，檢修周期長(zhǎng)。立式機(jī)床使用年月久后，電氣控制系統(tǒng)線(xiàn)路老化，繼電器故障頻繁，檢修困難。用PLC 改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是很好的方法。它可以充分發(fā)揮PLC 高可靠性、高抗干擾的特點(diǎn)，壽命長(zhǎng)、維修量少、查找外部線(xiàn)路簡(jiǎn)單。用PLC 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制和變速位置的數(shù)據(jù)處理，較好地實(shí)現(xiàn)了原工藝要求，簡(jiǎn)化了線(xiàn)路，提高了可靠性和機(jī)床的運(yùn)行率。 PLC應(yīng)用于立式車(chē)床的現(xiàn)實(shí)意義目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門(mén)，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，PLC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，發(fā)展也十分迅速，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位。其主要優(yōu)點(diǎn)如下所示：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 C5112B立式車(chē)床運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介C5112B 立式車(chē)床電氣系統(tǒng)采用的是常規(guī)繼電控制系統(tǒng),因而線(xiàn)路復(fù)雜、故障率高、維修困難。針對(duì)這些情況,從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、先進(jìn)性、簡(jiǎn)易性等多方面考慮,選用了可編程控制(PLC) 技術(shù)來(lái)進(jìn)行電氣系統(tǒng)的技術(shù)改造。 C5112B 立式車(chē)床主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)有7 臺(tái),分別是: a: 液壓泵電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)控制工作臺(tái)變速與啟動(dòng)、橫梁升降機(jī)構(gòu)放松等,同時(shí)給潤(rùn)滑系統(tǒng)提供潤(rùn)滑油。b：工作臺(tái)(主軸) 電動(dòng)機(jī)。采用Y—△降壓方式啟動(dòng)及能耗制動(dòng)。c：垂直刀架快移電動(dòng)機(jī)。d：垂直刀架進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。刀架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用雙速電動(dòng)機(jī)。e：側(cè)刀架快移電動(dòng)機(jī)。f：側(cè)刀架進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。刀架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用雙速電動(dòng)機(jī)。g：橫梁升降電動(dòng)機(jī)。 相對(duì)應(yīng)的控制部分有:a: 電路工作準(zhǔn)備狀態(tài)。b: 工作臺(tái)的啟停、制動(dòng)和點(diǎn)動(dòng),以及變速。c: 橫梁上下運(yùn)動(dòng)。d: 刀架上下、左右運(yùn)動(dòng)(垂直刀架、側(cè)刀架) 。e：照明和工作指示等輔助部分。 C5112B 立式車(chē)床的動(dòng)作流程如圖31 所示:圖 31 立式車(chē)床動(dòng)作流程圖 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)PLC是20世紀(jì)70年代以來(lái)以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)樗哂袔讉€(gè)突出的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單，易于掌握；功能完善，靈活方便；體積小，質(zhì)量輕，功耗低。根據(jù)該立式車(chē)床運(yùn)行控制技術(shù)要求,該系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)有67個(gè)，其中輸入信號(hào)34 個(gè), 輸出信號(hào)33 個(gè)。選擇PLC機(jī)型時(shí)應(yīng)留有一定的余量以便滿(mǎn)足今后生產(chǎn)的發(fā)展或工藝的改進(jìn)。因此該設(shè)備可選用三菱FX2N 80MR 001 可編程控制器。該P(yáng)LC有40個(gè)輸入點(diǎn)和40個(gè)輸出點(diǎn)，滿(mǎn)足控制要求。其I/ O 分配如表31 所示，PLC 外圍接線(xiàn)圖如圖32 所示。表31 　輸入、輸出信號(hào)及其地址編號(hào)表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱(chēng)功能編號(hào)名稱(chēng)功能編號(hào)SB1總停與油泵停止按鈕X0KM1油泵啟動(dòng)接觸器Y0SB2油泵啟動(dòng)按鈕X1KM2主軸工作接觸器Y1SB3主軸（工作臺(tái)）停止按鈕X2KM3主軸△運(yùn)行接觸器Y2SB4主軸（工作臺(tái)）啟動(dòng)按鈕X3KM4主軸Y 運(yùn)行接觸器Y3SB5主軸（工作臺(tái)）點(diǎn)動(dòng)按鈕X4KM5主軸制動(dòng)接觸器Y4SB6主軸（工作臺(tái)）變速按鈕X5KM6垂直刀架快移接觸器Y5SB7垂直刀架快移按鈕X6KM7垂直刀架進(jìn)給一速接觸器Y6SB8垂直刀架進(jìn)給停止按鈕X7KM8垂直刀架進(jìn)給二速接觸器Y7SB9垂直刀架進(jìn)給啟動(dòng)按鈕X10KM9垂直刀架進(jìn)給二速接觸器Y10SB10側(cè)刀架快移按鈕X11KM10垂直刀架向上運(yùn)動(dòng)接觸器Y11SB11側(cè)刀架進(jìn)給停止按鈕X12KM11垂直刀架向下運(yùn)動(dòng)接觸器Y12SB12側(cè)刀架進(jìn)給啟動(dòng)按鈕X13KM12側(cè)刀架快移接觸器Y13SB13橫梁上升按鈕X14KM13側(cè)刀架進(jìn)給一速接觸器Y14SB14橫梁下降按鈕X15KM14側(cè)刀架進(jìn)給二速接觸器Y15SQ1主軸變速行程開(kāi)關(guān)X16KM15側(cè)刀架進(jìn)給二速接觸器Y16SQ2垂直刀架左限位行程開(kāi)關(guān)X17KM16側(cè)刀架向上運(yùn)動(dòng)接觸器Y17SQ3側(cè)刀架上限位行程開(kāi)關(guān)X20KM17側(cè)刀架向下運(yùn)動(dòng)接觸器Y20SQ4橫梁放松行程開(kāi)關(guān)X21KM18橫梁向上運(yùn)動(dòng)接觸器Y21SQ5橫梁上限位行程開(kāi)關(guān)X22KM19橫梁向下運(yùn)動(dòng)接觸器Y22SQ6橫梁下限位行程開(kāi)關(guān)X23KA1垂直刀架進(jìn)給離合器Y23SA11垂直刀架一速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X24KA2垂直刀架垂直運(yùn)動(dòng)離合器Y24SA12垂直刀架二速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X25KA3垂直刀架水平制動(dòng)離合器Y25SA21垂直刀架向上運(yùn)動(dòng)十字開(kāi)關(guān)X26KA4垂直刀架垂直制動(dòng)離合器Y26SA22垂直刀架向下運(yùn)動(dòng)十字開(kāi)關(guān)X27KA5垂直刀架水平運(yùn)動(dòng)離合器Y27SA23垂直刀架向左運(yùn)動(dòng)十字開(kāi)關(guān)X30KA6側(cè)刀架進(jìn)給離合器Y30SA24垂直刀架向右運(yùn)動(dòng)十字開(kāi)關(guān)X31KA7側(cè)刀架垂直運(yùn)動(dòng)離合器Y31SA31側(cè)刀架一速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X32KA8側(cè)刀架水平制動(dòng)離合器Y32SA32側(cè)刀架二速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X33KA9側(cè)刀架垂直制動(dòng)離合器Y33SA41側(cè)刀架向上運(yùn)動(dòng)十字開(kāi)關(guān)X34KA10側(cè)刀架水平運(yùn)動(dòng)離合器Y34SA42側(cè)刀架向下運(yùn)動(dòng)十字開(kāi)關(guān)X35KA11主軸變速鎖桿電磁閥Y35SA43側(cè)刀架