【正文】 的模塊化，易于各過程的獨(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。因此，簡單而常用的方法是以過程為目標(biāo)，分析每個(gè)過程的啟動(dòng)條件和限制條件，根據(jù)這些條件編寫該過程的 PLC程序，完成了所有過程的 PLC程序即完成了整個(gè) 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)鍵的問題。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。 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。直流可加續(xù)流二極管，交流可加阻容吸收電路。 （ 5） 輸出端接不同負(fù)載類型時(shí)的保護(hù)電路。 （ 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。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。當(dāng) PLC的掃描周期為 20ms時(shí)，一個(gè)交流輸入信號的處理時(shí)間可達(dá) 60ms左右，這對于一般工業(yè)控制系統(tǒng)來說已足夠靈敏，對某些要求輸入 /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縮短處理時(shí)間。 （ 4） 處理時(shí)間 PLC從處理一個(gè)輸入信號到產(chǎn)生一個(gè)輸出信號所需的時(shí)間稱為處理時(shí)間。 式中 Tm為定時(shí)器總數(shù) ， Ctr為計(jì)數(shù)器總數(shù) 。 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 。 選用時(shí)在滿足需要的前提下注意經(jīng)濟(jì)性 。 （ 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 。 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 。 ? 只有少數(shù)情況下才會(huì)需要選用獨(dú)立型 PLC。 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 。 數(shù)控機(jī)床 PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試 1． 工藝分析 首先對被控機(jī)床設(shè)備的工藝過程 、 工作特點(diǎn) 、 控制系統(tǒng)的控制過程 、 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 PLC提出整體要求 。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。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。 6. 換刀 （ 1） 換刀過程中或換刀失敗 ， 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 ， 在松刀和緊刀的過程中必 須禁止 Z軸的移動(dòng)； （ 3） 自動(dòng)換刀鏜銑床刀庫靠近主軸的過程中要禁止 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 。 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 615(b)所示 。 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) 。 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) 。 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) 。 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) ，則通過限位信號進(jìn)行保護(hù) 。 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)器的使能信號來實(shí)現(xiàn) ， 但如果驅(qū)動(dòng)器失控這種方法則失效 。 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 。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) 。例如輔助電機(jī)的過熱報(bào)警信息、各進(jìn)給軸超程報(bào)警信息等。 （ 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。例如自動(dòng)潤滑時(shí)間、車床刀架反轉(zhuǎn)鎖死時(shí)間等。 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。 （ 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。 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) 。 因此構(gòu)成了常開斷電延時(shí)觸點(diǎn) 。 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)前數(shù)值變?yōu)?0時(shí)進(jìn)行一次輸出 ， 即定時(shí)器常開觸點(diǎn)閉合 。 （ e） 定時(shí)器 （ T） 定時(shí)器 （ TIMER簡寫 T） 的工作時(shí)間即延時(shí)時(shí)間由程序設(shè)定 。 其計(jì)數(shù)值 N=N1*N2。 亦可采用計(jì)數(shù)器的常開觸點(diǎn) C00作為復(fù)位信號 ， 這種復(fù)位稱為自復(fù)位 。 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 ， 在圖 612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 ， 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 ， 它的多對常開觸點(diǎn)閉合 、常閉觸點(diǎn)斷開 ， 可以在 PLC內(nèi)選擇使用 。 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 ， 但可通過輸出寄存器來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載； （ a） 計(jì)數(shù)器 （ C） 計(jì)數(shù)器 （ CONUNTER簡稱 C或 CNT） 的符號如圖 612所示 ，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值根據(jù)程序需要設(shè)定 。 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) 。 PLC要實(shí)現(xiàn)對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關(guān)的內(nèi)部寄存器 。 （ 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 。 對于交流感性負(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 630V的電容組裝；對于直流感性負(fù)載 （ 如繼電器線圈 ）需加續(xù)流二極管 ， 如圖所示 。 另外還可以經(jīng)過繼電器 、 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 。 開關(guān)量輸入接口的導(dǎo)通電流一般為 5~9mA。 這些狀態(tài)信號需經(jīng)上述接口電路處理 ， 才能變成 PLC或 NC能夠接受的信號 。 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 。 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. 電氣接口 電氣接口從信號的流向看包括輸入接口和輸出接口；從信號的幅值特性看包括模擬量接口和開關(guān)量接口 。 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 。 一般來說 ， 機(jī)床結(jié)構(gòu)越復(fù)雜 ，輔助裝置越多 ， 受控對象數(shù)量就越多 。 PLC處于 NC與 MT之間 ， 并對 NC和 MT的輸入 、 輸出信號進(jìn)行處理 。 “ NC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 。 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) ’ 。 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? ? CNC系統(tǒng) （ 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) ） ； ? 機(jī)床電氣； ? 機(jī)床本體 。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。 因此，就需要增加一些具有專門控制功能的指令來解決基本指令無法處理的那些控制問題。例如，由 NC輸出的 M、 S、 T二進(jìn)制代碼信號的譯碼，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、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。功能指令如 DEC、 ROT、 COIN等。 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。 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，因此簡化了電路設(shè)計(jì)。 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。 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；而在梯形圖中，每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)則可無限，因?yàn)樵诖鎯?chǔ)器中的觸發(fā)器狀態(tài)可取任意次。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。 （ b） 工作方式不同。軟繼電器實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器中的每一個(gè)觸發(fā)器。 ( 5） 梯形圖與繼電器控制電路的比較 （ a） 組成器件不同。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。 （ 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。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)。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)。 ? 當(dāng)輸入設(shè)備的觸點(diǎn)斷開時(shí)，對應(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。 （ b） 對電路各元件分配編號。 （ 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。為適應(yīng)整機(jī)控制信號的不同響應(yīng)要求， PLC程序常分為高級順序和低級順序兩部分。 （ 3）高級順序和低級順序 數(shù)控機(jī)床的 PLC處理時(shí)間一般在 1— 100ms之間，對于數(shù)控機(jī)床的絕大多數(shù)信號，這個(gè)速度已足夠了。 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。 梯形圖和語句表 梯形圖和語句表是 PLC中最常用的兩種編程語言， 下面將對這兩種編程語言作一闡述。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，也可以是 PLC內(nèi)部虛擬的輸入 /輸出信號。 ? 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也不同，當(dāng)具體操作時(shí)，可查閱有關(guān)產(chǎn)品說明書。常用的通用語言有 C、 BASIC、 PASCAL、 FORTRAN