面向数控机床的PLC技术研究与应用

0 引言

　　数控技术作为机电一体化技术中的一个重要分支。它的发展水平直接决定着一个国家装备造业的水平，同时也影响着其它众多领域的技术发展水平，因此是国家发展中具有战略地位的技术。从微观层面上讲，数控机床本身就是集机械、电子、液压和气压等关键技术为一体的自动化应用设备，要让机床准确按照操作人员的指令完成工件加工，除了准确的零件加上程序外，控制机床各个动作的PLC程序也至关重要。目前国内市场上普遍使用的FANUC 0i系统是面向机床控制的专用PLC装置，与传统PLC既有相同的地方．也有很多特殊的控FANUCPMC的控制原理和普通PLC相同的是，采用循环扫描工作方式对输入点进行采样，经过程序逻辑处理后，输出给外围电气执行动作。而它们的区别是，对于PMC在数控车床的应用来说信号地址可以分成大类：机床与PMC间的信号(X、Y)和数控系统与PMC间的信号(G、F)。

　　FANUC PMC的信号种类如图1所示。G、F地址由系统厂家确定，编程人员只可使用，不可改变或增删。机床操作面板上的按键信号和状态信号(如机床工作模式的设定、进给倍率的设定、主轴倍率的设定和进给轴的选择等信号)都是通过PMC的x地址输入到PMC。而机床的工作状态和某些控制信号(如机床操作面板上的指示灯、刀架的换刀与锁紧、主轴的正反转等信号)都是通过PMC的Y地址输出到机床的。由程序设计员编写的PMC程序，对机床输入信号进行运算后通过G地址由PMC输入到系统，数控系统的状态信号通过F地址由系统输出到PMC。只有少数高速信号(如机床回零减速信号、机床急停信号等)是通过x地址直接输入到数控系统，而不通过PMC，以此来提高响应速度。PMC扫描过程如图2所示。在PMC执行扫描过程中第1级程序每8 ms执行1次，而第2级程序在向CNC的调试RAM中传送时，第2级程序根据程序的长短被自动分剖成n等分，每8ms中扫描完第1级程序后，再依次扫描第2级程序，所以整个PMC的执行周期是n×8ms。

图1 FANUC PMC的信号种类
 

2 典型控制程序设计

　　实践过程中，发现PMC对通用型卧式数控车床的控制一般都包含这些方面：机床工作方式、急停、切削倍率、主轴倍率、主轴电机、辅助功能、冷却电机、刀架电机和润滑电机等。通过以下几项功能的设计，可发现FANUC系统的PMC控制原理。

　　2.1 机床工作方式的控制

　　数控车床工作方式包括编辑方式、自动方式、手动数据输入方式(MDI)、手轮方式和回零方式。为了准确地切换方式，采用数字式波段开关作为信号输入点来设计。机床工作状态由系统的PMC信号G信号通过组合来确定，机床工作方式梯形图如图3所示。系统工作状态与信号的组合按表l进行控制。表1中的“1”为信号接通，“0”为信号断开。图3中X0.0，X0．1，X0.2，X0.3四个输入信号代表面板波段开关的输入信号。G43.0，G43.1，G43.2，G43.5，G43.7分别对应于MD1，MD2，MD4，ZRN，DNCI信号。程序设计的原理是通过将波段开关转换过程中的输入信号进行逻辑处理，然后输出对应的G信号给数控系统，最终实现工作方式叨换。

图3机床工作方式梯形图