【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、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 所具有的功能針對性強，技術(shù)指標(biāo)亦較合理、實用，尤其適用于單機數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場合。(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，也可以單獨使用一個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，也可以單獨制成一塊附加板，當(dāng)CNC 裝置需要附加PLC 功能時，再將此附加板插裝到CNC 裝置上，內(nèi)裝PLC 一般不單獨配置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。國內(nèi)常見外國公司生產(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) 獨立型PLC獨立型PLC 又稱通用型PLC。獨立型PLC 是獨立于CNC 裝置，具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)的裝置。 所示為具有獨立型PLC 的CNC機床系統(tǒng)框圖。獨立型PLC 有如下特點。(1) 獨立型PLC 具有如下基本的功能結(jié)構(gòu)：CPU 及其控制電路、系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、I/O接口電路、與編程機等外部設(shè)備通信的接口和電源等()。(2) 獨立型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立的模塊或印制電路板，具有安裝方便，功能易于擴展和變更等優(yōu)點。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、下位機等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；采用D/A 模塊可以對外部伺服裝置直接進(jìn)行控制；采用計數(shù)模塊可以對加工工件數(shù)量、刀具使用次數(shù)、回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)分度數(shù)等進(jìn)行檢測和控制，采用定位模塊可以直接對諸如刀庫、轉(zhuǎn)臺、直線運動軸等機械運動部件或裝置進(jìn)行控制。圖 具有獨立型PLC 的CNC 機床系統(tǒng)框圖(3) 獨立型PLC 的輸入/輸出點數(shù)可以通過I/O 模塊或插板的增減靈活配置。有的獨立型PLC 還可通過多個遠(yuǎn)程終端連接器構(gòu)成有大量輸入/輸出點的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)大范圍的集中控制。在獨立型PLC 中，那些專為用于FMS、FA 而開發(fā)的獨立型PLC 具有強大的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，主要用作“單元控制器”，是現(xiàn)代自動化生產(chǎn)制造系統(tǒng)重要的控制裝置。獨立型PLC 也用于單機控制。國外有些數(shù)控機床制造廠家，或是為了展示自己長期形成的技術(shù)特色，或是為了對某些技術(shù)絕竅進(jìn)行保密，或純粹是因管理上的需要，在購進(jìn)的CNC系統(tǒng)中，舍棄了PLC 功能，而采用外購或自行開發(fā)的獨立型PLC 作控制器，這種情況在從日本、歐美引進(jìn)的數(shù)控機床中屢見不鮮。國內(nèi)已引進(jìn)應(yīng)用的獨立型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。 機床控制程序的設(shè)計流程、輸出信號，確定哪些機床信號（如按鈕、行程開關(guān)、繼電器觸點、無觸點開關(guān)的信號等）需要輸入給PLC，哪些信號需要從PLC輸出給數(shù)控機床（如繼電器線圈，指示燈以及其他的執(zhí)行電路），從而計算出對于PLC的輸入、輸出線的數(shù)目。注意：從機床直接送至NC的信號線也應(yīng)包括在從機床到PLC的輸入線的數(shù)目中。 機床控制程序的設(shè)計流程圖，估算出所要求的PLC的存貯器的容量。存儲器容量視機床的復(fù)雜程度而定，一般，數(shù)控車床約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。西門子公司的SINUMERIK 3T/3M要配用西門子公司的S5130W(B)型PLC等等。根據(jù)PLC所給定的地址范圍，對每個與PLC控制有關(guān)的信號賦予專用的信號名和地址。凡是輸入給PLC的信號（如從機床輸入給PLC或從NC輸入給PLC）均稱為PLC的輸入，凡是從PLC輸出的信號（如從PLC輸出給機床或從PLC輸出給NC）均稱為PLC的輸出。根據(jù)這個原則可以制作PLC的輸入和輸出地址表。另外，還控制繼電器地址表、計時器地址表、計數(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)方式和對機床的控制要求，制作順序控制圖（梯形圖）。即用PLC的指令來描述梯形圖的內(nèi)容，以便于把梯形圖上的順序程序?qū)懭氲酱尜A器中。寫入順序程序有好幾種方法，如用編程器鍵盤寫入，用紙帶閱讀機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床，根據(jù)機床的狀態(tài)，用開關(guān)狀態(tài)的“閉合”和“斷開”來模擬機床的輸入信號，用燈的亮或滅來檢查PLC的輸出信號。，如果認(rèn)為程序無誤，則機床的控制程序的設(shè)計就完成了，如果程序有誤，則應(yīng)該修改程序后，再從第7步開始重復(fù)調(diào)試。直到認(rèn)為程序無誤為止。 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)和它的一般工作過程，并主要介紹了其在數(shù)控機床上的應(yīng)用。PLC 在立式車床中的應(yīng)用 立式車床概況立式車床是一種自動化程度要求較高的機電設(shè)備，一般應(yīng)用于冶金行業(yè)，車制各種大型工件。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、時間繼電器，由于控制觸點多，電控系統(tǒng)故障率高，檢修周期長。立式機床使用年月久后，電氣控制系統(tǒng)線路老化，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，壽命長、維修量少、查找外部線路簡單。用PLC 對系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制和變速位置的數(shù)據(jù)處理，較好地實現(xiàn)了原工藝要求，簡化了線路，提高了可靠性和機床的運行率。 PLC應(yīng)用于立式車床的現(xiàn)實意義目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，PLC的應(yīng)用范圍不斷擴大，發(fā)展也十分迅速，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位。其主要優(yōu)點如下所示：（1）可靠性高，抗干擾能力強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平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，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，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(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功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。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。這樣，整個系統(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)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來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通信能力的增強及人機界面技術(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)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（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械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 C5112B立式車床運行機構(gòu)簡介C5112B 立式車床電氣系統(tǒng)采用的是常規(guī)繼電控制系統(tǒng),因而線路復(fù)雜、故障率高、維修困難。針對這些情況,從經(jīng)濟性、可靠性、先進(jìn)性、簡易性等多方面考慮,選用了可編程控制(PLC) 技術(shù)來進(jìn)行電氣系統(tǒng)的技術(shù)改造。 C5112B 立式車床主拖動電動機有7 臺,分別是: a: 液壓泵電動機。該電動機控制工作臺變速與啟動、橫梁升降機構(gòu)放松等,同時給潤滑系統(tǒng)提供潤滑油。b：工作臺(主軸) 電動機。采用Y—△降壓方式啟動及能耗制動。c：垂直刀架快移電動機。d：垂直刀架進(jìn)給電動機。刀架進(jìn)給運動采用雙速電動機。e：側(cè)刀架快移電動機。f：側(cè)刀架進(jìn)給電動機。刀架進(jìn)給運動采用雙速電動機。g：橫梁升降電動機。 相對應(yīng)的控制部分有:a: 電路工作準(zhǔn)備狀態(tài)。b: 工作臺的啟停、制動和點動,以及變速。c: 橫梁上下運動。d: 刀架上下、左右運動(垂直刀架、側(cè)刀架) 。e：照明和工作指示等輔助部分。 C5112B 立式車床的動作流程如圖31 所示:圖 31 立式車床動作流程圖 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 硬件設(shè)計PLC是20世紀(jì)70年代以來以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，因為它具有幾個突出的特點：可靠性高，抗干擾強；編程簡單，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)該立式車床運行控制技術(shù)要求,該系統(tǒng)的I/O點數(shù)有67個，其中輸入信號34 個, 輸出信號33 個。選擇PLC機型時應(yīng)留有一定的余量以便滿足今后生產(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PLC有40個輸入點和40個輸出點，滿足控制要求。其I/ O 分配如表31 所示，PLC 外圍接線圖如圖32 所示。表31 　輸入、輸出信號及其地址編號表輸入信號輸出信號名稱功能編號名稱功能編號SB1總停與油泵停止按鈕X0KM1油泵啟動接觸器Y0SB2油泵啟動按鈕X1KM2主軸工作接觸器Y1SB3主軸（工作臺）停止按鈕X2KM3主軸△運行接觸器Y2SB4主軸（工作臺）啟動按鈕X3KM4主軸Y 運行接觸器Y3SB5主軸（工作臺）點動按鈕X4KM5主軸制動接觸器Y4SB6主軸（工作臺）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垂直刀架向上運動接觸器Y11SB11側(cè)刀架進(jìn)給停止按鈕X12KM11垂直刀架向下運動接觸器Y12SB12側(cè)刀架進(jìn)給啟動按鈕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關(guān)X17KM16側(cè)刀架向上運動接觸器Y17SQ3側(cè)刀架上限位行程開關(guān)X20KM17側(cè)刀架向下運動接觸器Y20SQ4橫梁放松行程開關(guān)X21KM18橫梁向上運動接觸器Y21SQ5橫梁上限位行程開關(guān)X22KM19橫梁向下運動接觸器Y22SQ6橫梁下限位行程開關(guān)X23KA1垂直刀架進(jìn)給離合器Y23SA11垂直刀架一速轉(zhuǎn)換開關(guān)X24KA2垂直刀架垂直運動離合器Y24SA12垂直刀架二速轉(zhuǎn)換開關(guān)X25KA3垂直刀架水平制動離合器Y25SA21垂直刀架向上運動十字開關(guān)X26KA4垂直刀架垂直制動離合器Y26SA22垂直刀架向下運動十字開關(guān)X27KA5垂直刀架水平運動離合器Y27SA23垂直刀架向左運動十字開關(guān)X30KA6側(cè)刀架進(jìn)給離合器Y30SA24垂直刀架向右運動十字開關(guān)X31KA7側(cè)刀架垂直運動離合器Y31SA31側(cè)刀架一速轉(zhuǎn)換開關(guān)X32KA8側(cè)刀架水平制動離合器Y32SA32側(cè)刀架二速轉(zhuǎn)換開關(guān)X33KA9側(cè)刀架垂直制動離合器Y33SA41側(cè)刀架向上運動十字開關(guān)X34KA10側(cè)刀架水平運動離合器Y34SA42側(cè)刀架向下運動十字開關(guān)X35KA11主軸變速鎖桿電磁閥Y35SA43側(cè)刀架