PLC與數(shù)控機(jī)床的關(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(jī)床的外圍輔助電氣的控制，稱為可編程序機(jī)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(jī)床所起的作用范圍是不相同的�？梢赃@樣來劃分NC和PLC的作用范圍：

1、 實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件各坐標(biāo)軸幾何運(yùn)動規(guī)律的數(shù)字控制。這個任務(wù)是由NC來完成；

2、 機(jī)床輔助設(shè)備的控制是由PLC來完成。它是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，根據(jù)CNC內(nèi)部標(biāo)志以及機(jī)床的各控制開關(guān)、檢測元件、運(yùn)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(yùn)動、換刀機(jī)構(gòu)、冷卻液等的運(yùn)行進(jìn)行控制。

在數(shù)控機(jī)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(jìn)行了分工，同時也按照一定的方式進(jìn)行連接。NC和PLC的接口方式遵循國際標(biāo)準(zhǔn)“ISSO 4336-1981(E)機(jī)床數(shù)字控制－數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)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：

1、與驅(qū)動命令有關(guān)的連接電路；

2、數(shù)控裝置與測量系統(tǒng)和測量傳感器間的連接電路；

3、電源及保護(hù)電路；

4、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(jī)、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(jī)床強(qiáng)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(hù)開關(guān)、繼電器、接觸器等等構(gòu)成。為其他電機(jī)、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(qiáng)電回路。這些強(qiáng)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(qiáng)電線路的信號，再由強(qiáng)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。

二、PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

1、 PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用形式

PLC在數(shù)控機(jī)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(dú)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(jì)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(jìn)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(dú)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(shí)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。

獨(dú)立式PLC也稱外裝式PLC，它獨(dú)立于NC裝置，具有獨(dú)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(diǎn)，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(jìn)行調(diào)整。

2、PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床間的信息交換

相對于PLC，機(jī)床和NC就是外部。PLC與機(jī)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(jī)床側(cè)至PLC：機(jī)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(jī)床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機(jī)床的功能和配置，對PLC程序和地址分配進(jìn)行修改。

（2）、PLC至機(jī)床：PLC的控制信號通過PLC的輸出接口送到機(jī)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）：(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。

3、PLC在數(shù)控機(jī)床中的工作流程

PLC在數(shù)控機(jī)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(yùn)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(jìn)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(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，將運(yùn)算結(jié)果存入輸出映像寄存區(qū)供輸出和下次運(yùn)行使用。

（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(fù)載。

4、 PLC在數(shù)控機(jī)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(jī)床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號先是進(jìn)入NC，然后由NC送到PLC，控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。機(jī)床操作面板控制信號，直接進(jìn)入PLC，控制機(jī)床的運(yùn)行。

（2）、機(jī)床外部開關(guān)輸入信號。將機(jī)床側(cè)的開關(guān)信號輸入到送入PLC，進(jìn)行邏輯運(yùn)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(shí)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(jìn)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(shí)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。

三、PLC與數(shù)控機(jī)床外圍電路的關(guān)系

如前所述，PLC在數(shù)控機(jī)床中用來控制機(jī)床的強(qiáng)電回路（通過一些電器元件）。為了更好了解數(shù)控機(jī)床的PLC的控制功能，就有必要對PLC和外圍電路的關(guān)系進(jìn)行分析。

1、 PLC對外圍電路的控制

數(shù)控機(jī)床通過PLC對機(jī)床的輔助設(shè)備進(jìn)行控制，PLC對對外圍電路的控制來實(shí)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(yùn)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(jī)構(gòu)動作，從而實(shí)現(xiàn)對外圍輔助機(jī)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(jī)床中用于檢測機(jī)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(jī)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(diǎn)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(jī)床生產(chǎn)過程中，編制和該機(jī)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。

（1）PLC與信號輸入回路

如圖2-1所示為一種數(shù)控機(jī)床的電氣手冊的輸入單元電器圖的一部分，從圖上可以看到這是一個插座或者是某一個輸入接口的針腳，對應(yīng)與外外圍電路的某一個元件、開關(guān)、旋鈕同時有對應(yīng)與PLC內(nèi)部的輸入地址。

從第一行開始，一個按鈕開關(guān)或者是搖頭開關(guān)接入線號為191號的回路中.191號線接到C71號插座的16號腳，16號腳對應(yīng)于PLC的輸入地址為X10001.3，該地址被定義為Manual absolute （手動絕對值）。從圖上所描述的，可以知道S27號按鈕適用于控制手動絕對值是否有效的開關(guān)。這個開關(guān)的通斷狀態(tài)，通過191號線接入到插座C71上的16號腳，16號腳再將這個信號輸入到PLC中,這個信號在PLC中的地址為X1001.3。通過這種定義方式，就將PLC中的信號和外圍電路相對應(yīng)起來。就可以通過查看PLC中的X1001.3的狀態(tài)，來確定外部按鈕開關(guān)的狀態(tài)。

我們從圖上可以看到在圖上右側(cè)文字?jǐn)⑹鍪窃撔盘柕囊饬x，隨后在其左邊的是輸入信號地址，更左邊的是插座上的針腳號，再左邊的是外圍電路的線號和開關(guān)器件號。這一幅圖是某機(jī)床電路圖，該圖是遵循通用標(biāo)準(zhǔn)來繪制，因此通過該圖我們可以看到一些具有普遍意義的原則。比如說，編制PLC程序時可能會把相近的開關(guān)（從用途和分布位置上）檢測元件等等的地址設(shè)定在一起。從這一幅圖我們可以看到，C71上的輸入信號基本上都是面板上的按鈕開關(guān)或搖頭開關(guān)。它們的信號類型和位置分布上是非常接近的，因此它們的輸入地址（在PLC輸入端）也是順序分布。在這一幅圖所屬的電氣手冊上可以查到，C71一共有50個針腳，除去用于公共端、24V電源的腳以外，其他針腳的輸入地址是從X1000.0到1004.7順序分布。

通常情況下PLC的地址由3部分組成：1：地址類型；2：地址號；3：位號。每一個地址號下有8個地址位，每一個地址表示不同的信號。下表是中有文字描述的部分是，圖4－1所示的I/O地址。

表4-1輸入信號列表

從圖4-1上可以看到幾個要素：1、元器件號；2、線號；3、插槽或插座號；4、針腳號；

5、PLC輸入地址號。我們可以知道這幾個號碼，在控制邏輯上是有對應(yīng)關(guān)系的。因此不僅僅是在繪制此類圖形時，要考慮他們之間的關(guān)系，而且在設(shè)計(jì)外圍電路，編制PLC程序時也要考慮它們之間的關(guān)系。事實(shí)上，不僅是在設(shè)計(jì)制造機(jī)床時要考慮它們之間的對應(yīng)關(guān)系，在使用機(jī)床、維修、維護(hù)機(jī)床時也要依據(jù)它們之間的對應(yīng)關(guān)系和控制邏輯。

圖4-1上所示的外部按鈕等元件位置可在圖4-4中查找到。

2、PLC輸出信號控制相關(guān)的執(zhí)行元件

前面圖例描述了輸入信號在PLC中的地址分配以及PLC輸入地址與外部開關(guān)、旋鈕和插座、電纜之間的對應(yīng)關(guān)系。

我們知道在數(shù)控機(jī)床中，不僅僅是輸入信號和外部電路涉及到對應(yīng)關(guān)系，輸出信號和外圍控制電路以及要驅(qū)動的設(shè)備之間也存在作相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系。在隨后列出的兩幅圖例，都是PLC輸出信號和外圍電路的連接圖，但是這兩幅圖在所表達(dá)的控制關(guān)系上是不一樣的。第一幅圖所表示的是PLC輸出信號可以直接驅(qū)動外部裝置（這些裝置通常是一些LED、燈），第二幅圖表示的是PLC的輸出信號必須經(jīng)過中間繼電器才能夠控制最終的設(shè)備。這是因?yàn)榈谝环鶊D中所示的外部元件是一些小功率元件（主要是一些表示機(jī)床狀態(tài)的指示燈），而第二幅圖所示的外部設(shè)備是大功率元件。

從這兩幅圖我們可以看到PLC輸出地址和外部電路之間的關(guān)系：1：外部執(zhí)行元件或設(shè)施是受PLC控制的；2：PLC的每一個輸出信號對應(yīng)著一個輸出地址；3：每一個輸出地址對應(yīng)著一個插座或插頭的針腳；4：每一個針腳對應(yīng)著外圍電路的一根線（用線號標(biāo)示）；5：每一個線號對應(yīng)著一個設(shè)備、元件（或者通過一些中間元件）；

在設(shè)計(jì)PLC的程序時，必須要考慮數(shù)控機(jī)床會用到那些設(shè)備，那些設(shè)備是可以有PLC直接驅(qū)動的，那些設(shè)備必須經(jīng)過繼電器、接觸器等中間環(huán)節(jié)才能夠驅(qū)動，以及這些設(shè)備的控制信號通過哪個地址號輸出。在使用數(shù)控機(jī)床過程中，我們可以通過閱讀電氣手冊,熟悉機(jī)床設(shè)施的控制運(yùn)行方式，方便的維護(hù)機(jī)床。

表4-2輸出信號列表

表4-2第二列、第三列，列明了所要控制的外部元件，這些元件可在圖2-4中找到。通過這些圖表，我們可以清楚的看到PLC和外部元件之間的關(guān)系。

表4-3輸出信號列表

表4-3對圖4-3進(jìn)行了描述，從圖4-3和表4-3可以看出這些輸出信號是對繼電器進(jìn)行控制，這些元件可以在圖4-5中查到。

圖4-5所示為該機(jī)床的繼電器板，PLC的一些輸出信號通過繼電器板輸出，進(jìn)一步控制其它元件。