PLC在FIDIA系统刀库中的应用研究

0 引言

　　在机械制造行业日趋发展的今天，各种规模的数控加工厂越来越多。对于一个负载沉重的数控加工厂来说，数控设备的完好率已经成为影响生产的重要因素。而影响数控设备完好率的主要因素出现在一些外围设备上，如液压机构，气压机构，刀库机构等，通过这些外围设备的控制环节PLC为入口来分析和处理这些故障问题，是保证整个数控设备精确高效加工的重要手段。

　　PLC控制是数控系统控制中的重要环节。做为设备保障的技术人员，要清楚了解PLC所控制的外围设备的工作流程，以及外围设备之间的关系等，就必须对机床PLC的逻辑有个清楚的认识，本文以外设计的手动换刀为例，介绍了PLC在FIDIA系统数控加工中心刀库中的一些应用。

1 PLC 概述

　　可编程控制器（PLC）是伴随计算机技术而迅速发展、广泛普及和应用的新型工业自动控制装置。它以微型计算机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，在现代工业生产中具有极大的重要性，是当今工业自动控制的标准设备。PLC采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC的逻辑控制已经逐步取代了传统的继电器逻辑控制装置，应用于单机或者多机控制系统以及自动化生产线上。PLC的种类很多，根据数控设备PLC的运用情况，大致可以将其分为两类：

　　整体式PLC，如OMRON公司的CPM2A,CPM1A,C40P等，其特点是结构简单、体积小，实现功能和控制规模较为固定（主要用在立体库，回转库等）；

　　组合式，采用总线结构，即在一块总线底板上有若干个总线槽、每个总线槽上可安装一个PLC模块，不同模块实现不同功能。PLC的CPU和存储器模块在总线上的安装位置一般是固定的。其他模块可根据PLC的控制规模、实现的功能等选择安装在总线线路上的其他地方，这种结构的PLC特点是系统构成的灵活性比较高。大量的数控机床就是这种。

2 PLC 在数控机床中的作用

　　数控系统是现代数字控制技术的典型产品，是现代机械制造系统的重要基础设备。随着生产的发展，数控技术已不仅用于切削机床，同时还用于其他机械设备，如三坐标测量机、立体库、工业机器人等。

　　数控机床除了要控制机床实现表面加工外，还要对机床实施如主轴起停、刀具更换、冷却液开关等控制功能，这类控制都应该遵循一定的逻辑和顺序关系，通常称为顺序控制。由早期的数控机床大多采用继电器控制线路来实现到现在的PLC控制，顺序控制方法逐渐走向成熟。PLC的顺序控制和NC控制构成了现代大多数高档数控机床的主要控制方式（如图1），在控制的过程中，两者之间既有联系又有区别:

图1 NC\PLC对数控机床的控制 

　　（1）NC实现坐标轴几何运动控制；包括全闭环，半闭环系统控制，坐标轴仅给控制等；

　　（2）操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC，控制数控机床的运行,如机床人机界面。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行,如排屑槽上的正反转控制。

　　（3）机床外围设备开关量输入输出信号控制。将机床的开关信号输入到PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号(如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等),输入信号经过逻辑转换后, 输出PLC输出信号,这些信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给要控制的外围设备。

　　（4）换刀功能实现。系统送出T指令(换刀指令)给PLC，经过转换后，在PLC程序中找到T代码所指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀。

　　（5）M功能实现。NC系统送出M指令给PLC，经过转换后，输出控制信号，控制主轴松拉刀,正反转等等。

　　由此可见,在数控机床中的两种控制:NC控制和PLC顺序控制，两者相辅相成，不可或缺。

3 PLC 在FIDIA系统中的应用特点

　　FIDIA系统，以较好的稳定性和较优的性价比，在我国的数控机床行业广泛应用。FIDIA系统所使用的编程语言AUCOL，作为意大利FIDIA公司的PLC内置语言，编程灵活，语句量大。同时它是一种操作二进制变量的FIDIA专门产品。相对于西门子，法拉克等系统的PLC程序编制方法的种类多样，FIDIA系统只有语句表方式的编程方法（梯形图方法厂家正在开发中），因此AUCOL语言分析研究具有一定的独特性。

　　3.1 FIDIA 系统PLC 程序的结构

　　对于FIDIA系统机床，一般而言，主要的PLC程序有：

　　（1）自动换刀程序；

　　（2）机床辅助设备控制，如润滑、刀库等；

　　（3）电主轴的控制程序，如电主轴的油雾润滑，制冷等（机械主轴无此程序）。

　　每个PLC程序都是由进程单元组成（急停检测，液压系统管理，刀具搜索的管理等），所谓进程，是指由PLC程序员编写的不同时单独运行而又相互关联的程序。各个进程是按顺序从进程1到进程2依序执行下去，如果某一个进程无效，这个进程会被跳过直接执行它后面的进程。

　　 进程由变操作码和指操作数组成。操作码表示的是指令要完成的操作功能，操作数指变量和常量，AUCOL中的变量，以不同类型存在：

　　 （1）只有CNC 用到的输入输出位（定义在PLCXXX.DEF中）；

　　（2）只有AUCOL用到的输入输出位（定义在PLCXXX.AUC中，格式：.OBIT BIT_NAME;.IBIT BIT_NAME）；

　　（3）AUCOL用到的CNC输入输出位；

　　（4）标准内存位（CNC 和AUCOL 公用的，定义在PLCXXX.DEF，格式：.CNCBIT中）；

　　 （5）AUCOL内部的局部变量(格式：.MBIT BIT_NAME)，AU⁃COL 用到的全局变量（定义在PLCXXX.GBL 中，格式：.GMBITBIT_NAME）。

　　其中输入信号做为反馈信息回CNC和PLC，而输出信号被CNC和PLC用来管理特定的操作。

　　3.2 AUCOL 语言的应用

　　这里以北京第一机床厂的XHAD7310机床外围辅助设备程序为例，其中包含了24个进程块，各个进程实现的功能如下表；

　　3.2.1 进程的运行和调用

　　在整个程序中，每个进程都可以单独运行和结束，但是P0（急停检测进程）做为整个程序的入口初始化进程，具有重要的地位，因此最好不要停止。当所有的软件都进行加载后开电运行，CNC会将标签PINI做为初始标签分配到P0中，然后AUCOL程序以转换初始标签的方式依次往后运行。例如：XHAD7310机床辅助设备控制程序中，先运行急停检测主进程P0的初始加载标签PINI，然后初始化各个AUCOL和CNC位，接着，此进程块结束加载MAN.WT标签进入手动程序块，依次调入并检查累加器电源模块充电启动控制位DUSMO，电源模块驱动使能控制位DUPCE，电源模块脉冲使能控制位DUPPE，DRTXW2,3,4使能位DUENT等AUCOL内存位是否为1，若为1则将其置0，然后检查机床手动状态监控位，若ID24C为1（即手动监控）则继续检查限位开关监控，并在限位开关监控为1 时调用自动程序块标签AUT.WT，依次调用并运行P2,P3等除了P1外的所有进程（见表1），最后检查CNC内存位。P1进程不参与调用，其内容为编程人员编写的M指令，如M08,M09等。

　　 由此可见，P0进程调用了此程序中几乎所有的子进程和子程序，在它之后，依次是各个被调用子程序以及的进程。