数控机床PLC控制 PLCPLC的分类、组成及其工作方式；的分类、组成及其工作方式；常用的编程语言；常用的编程语言；应用应用PLCPLC时需要掌握的电气基本知识；时需要掌握的电气基本知识；数控机床数控机床PLCPLC系统设计及调试；系统设计及调试；机床数控中机床数控中PLCPLC控制应用实例。控制应用实例。主要内容主要内容 可编程控制器是计算机技术与自动控制技术有机结合的一种通用工业控制器。 在此之前，机床的顺序控制是以机床当前运行状态为依据，使机床按预先规定好的动作依次地工作，这种控 制 方 式 的 实 现 ， 是 由 传 统 的 继 电 器 逻 辑 电 路RLC（Relay Logic Circuit）完成的。RLC是将继电器、接触器、按钮、开关等机电式控制器件用导线、端子等连接起来的电路，以实现规定的顺序控制功能。 可编程控制器概述（1）PLC是一种专用于工业顺序控制的微机系统。为了适应顺序控制的要求，PLC省去了微机的一些数字运算功能，而强化了逻辑运算控制功能，是一种介于继电器控制和微机控制之间的自动控制装置；（2）PLC是专为在恶劣的工业环境下使用而设计的，所以具有很强的抗干扰能力。除输入/输出部分采用光电隔离的措施外，对电源、运算器、控制器、存储器等也设置了多种保护和屏蔽。 PLC没有继电器那种机械触点，因此，不存在触点的接触不良、熔焊、磨损和线圈损坏等故障；可编程控制器的特点与分类：l可编程控制器（PLC）具有如下特点：l（3）相对于RLC，PLC采用软件实现用户控制逻辑，结构紧凑、体积小，很容易装入机床内部或电气箱内，便于实现动作复杂的控制逻辑和数控机床的机电一体化；l（4）目前大多数的PLC，均采用梯形图编程方式。梯形图与继电器逻辑控制电路图十分相似，图形符号形象直观、工作原理易于理解和掌握、编程简单、操作方便、改变程序灵活；l（5）PLC可与编程器、个人计算机等联接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。lPLC的产品很多，型号规格也不统一，可以从结构、原理、规模等方面分类。l从数控机床应用的角度可编程控制器可分为两类： l 一类是CNC的生产厂家专为数控机床顺序控制而将数控装置（CNC）和PLC综合起来而设计制造的“内装型”（Build-in Type）PLC。l另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入/输出信号接口技术规范，输入/输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求，称为“独立型”（Sdand-alone Type）PLC。 l可编程控制器的分类： 内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送：1.内装型PLCl（1）内装型PLC实际是CNC装置带有的PLC功能。一般作为CNC装 l 置的基本功能提供给用户；l（2）内装型PLC的性能指标是根据从属的CNC系统的规格、性能、l 适用机床的类型等确定的。其硬件和软件部分是被作为 l CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统其他功能统一设l 计、制造的。因此，系统的硬件和软件整体结构十分紧凑，l 且PLC所具有的功能针对性强，技术指标合理、实用，尤l 其适用于单机数控设备的应用场合；l内装型PLC具有如下特点：l(3）在系统的具体结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU；硬件控制电路可与CNC装置其它电路制作在同一块印刷电路板上，也可以单独制成一块附加电路板，当CNC装置需要附加PLC功能时，再将此附加电路板安装到CNC装置上；内装型PLC一般不单独配置输入/输出接口电路，而是使用CNC系统本身的输入/输出电路；PLC所用电源由CNC装置提供，不需另备电源；l（4）采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级控制功能。如梯形图编辑和传送功能，在CNC内部直接处理大量信息等。 独立型PLC又称外装型或通用型PLC。对数控机床而言，独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。l2. 独立型PLCl独立型独立型PLCPLC具有如下特点：具有如下特点：l（1)1)独立型独立型PLCPLC具有如下基本的功能结构：具有如下基本的功能结构：l CPUCPU及其控制电路；及其控制电路；l 系统程序存储器；系统程序存储器；l 用户程序存储器；用户程序存储器；l 输入输入/ /输出接口电路；输出接口电路；l 与编程机等外部设备通讯的接口和电源与编程机等外部设备通讯的接口和电源（3 3）性价比不如内装型）性价比不如内装型PLCPLC。 目前，提供独立型目前，提供独立型PLCPLC厂商主要有：德国西门子、厂商主要有：德国西门子、美国罗克韦尔、日本三菱等公司。美国罗克韦尔、日本三菱等公司。 PLCPLC实实质质是是一一种种专专用用计计算算机机，它它的的组组成成形形式式基基本上与微机相同，主要包括：本上与微机相同，主要包括： 微微处处理理器器（CPUCPU）、存存储储器器、用用户户输输入入/ /输输出出部部分分、输输入入/ /输输出出扩扩展展接接口口、外外围围设设备备以以及及电电源源等等。对对于于内内装装型型PLCPLC，CPUCPU、存存储储器器、外外围围设设备备、电电源源等部分一般与等部分一般与CNCCNC装置共用。装置共用。 1.PLC1.PLC各个组成部分的功能如下：各个组成部分的功能如下： （1 1） CPU CPU 可编程控制器的组成及工作方式可编程控制器的组成及工作方式(2(2）存储器）存储器 PLCPLC一一般般配配有有系系统统存存储储器器和和用用户户存存储储器器，前前者者用用作作存存储储监监控控程程序序、模模块块化化应应用用子子程程序序和和各各种种系系统统参参数数等等。后后者者用用作作存存放放用用户户程程序序。系系统统存存储储器器用用户户通通常常不不能能直直接接存存取取，因因此此，存存储储器器的的容容量量是是指指用用户户存存储储器器的的容量。容量。（3 3） 用户输入用户输入/ /输出部分输出部分（4 4） I/OI/O扩展模块扩展模块 （5 5） 外围设备外围设备 PLC PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信号有足够时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信号有足够的执行速度，从宏观上看是实时响应的。对用户程序的执行速度，从宏观上看是实时响应的。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分的执行一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，刷新阶段，2. PLC2. PLC的基本工作方式的基本工作方式（1 1）输入采样阶段）输入采样阶段 （2 2）程序执行阶段）程序执行阶段 （3 3）输出刷新阶段）输出刷新阶段 PLCPLC执执行行完完上上述述的的三三个个阶阶段段称称为为一一个个扫扫描描周周期期，扫扫描描周周期期因因PLCPLC的的机机型型和和程程序序中中采采用用各各类类指指令令的的组组成成比比例例而而异异，一般执行一般执行10001000条指令时间约为条指令时间约为1ms1ms到到20ms20ms之间之间. . PLC PLC执行完一个工作周期后，在第二个工作周期输入执行完一个工作周期后，在第二个工作周期输入采样阶段进行输入刷新，因而输入寄存器的数据，由上采样阶段进行输入刷新，因而输入寄存器的数据，由上一个刷新时间一个刷新时间PLCPLC输入端子的状态决定。输入端子的状态决定。 1.1.梯形逻辑图（梯形逻辑图（LADLAD） 梯梯形形逻逻辑辑图图简简称称梯梯形形图图（ladder ladder diagram diagram 简简写写为为LADLAD）, ,它它是是从从继继电电器器- -接接触触器器控控制制系系统统的的电电气气原原理理图图演演化化而而来来的的，是是一一种种图图形形语语言言，它它沿沿用用了了常常开开触触点点、常常闭闭触触点点、继继电电器器线线圈圈、接接触触器器线线圈圈、定定时时器器和和计计数数器器等等等等术术语语和和图图形形符符号号，也也增增加加了了一一些些简简单单的的计计算算机机符符号号，来来完完成成时时间间上上的的顺顺序序控控制制操操作作。触触点点和和线线圈圈等等的的图图形符号就是编程语言的指令符号。形符号就是编程语言的指令符号。 这这种种编编程程语语言言与与电电路路图图相相呼呼应应，简简单单、形形象象、直直观观、易易编编程程、容易掌握，是目前应用最广泛的编程语言之一。容易掌握，是目前应用最广泛的编程语言之一。 常见的编程语言常见的编程语言2.指令语句表（STL） 指令语句表简称语句表（statement list 简写为STL），类似于计算机的汇编语言，它是用语句助记符来编程的。不同的机型有不同的语句助记符，但都要比汇编语言简单得多，很容易掌握，也是目前用得最多的编程方法。 命令语句主要使用逻辑语言建立PLC 输入和输出的关系，其中包括逻辑AND、OR、NOT及定时器、计数器、移位寄存器、算术运算和PID控制功能等。中小型PLC一般用语句表编程。 每条命令语句包括命令部分和数据部分。其命令部分要指定逻辑功能；其数据部分要指定功能存储器的地址号或直接数值。 语句表编程简单明了，语句少，其结构类似于电路的串并联方式，容易掌握。 计算机通用语言可以实现梯形图法和指令语句表法计算机通用语言可以实现梯形图法和指令语句表法难以实现的复杂逻辑控制功能，但它没有梯形图法形象，难以实现的复杂逻辑控制功能，但它没有梯形图法形象，比指令语句表编程复杂，因此较难掌握。常用的通用语言比指令语句表编程复杂，因此较难掌握。常用的通用语言有有C C、BASICBASIC、PASCALPASCAL、FORTRANFORTRAN等，其中采用等，其中采用C C语言较多。语言较多。 另外，还有控制系统流程图（另外，还有控制系统流程图（CSFCSF）、逻辑方程式）、逻辑方程式（布尔代数式）等方法，使用较少，而且工程技术人员对（布尔代数式）等方法，使用较少，而且工程技术人员对于计算机通用语言又比较难掌握，因此，大部分编程方法于计算机通用语言又比较难掌握，因此，大部分编程方法都采用梯形图法和指令语句表。都采用梯形图法和指令语句表。 目前常用的目前常用的PLCPLC产品很多，不同厂家的产品很多，不同厂家的PLCPLC各种指标各种指标和性能不同，其编程方法、具体的指令格式以及继电器编和性能不同，其编程方法、具体的指令格式以及继电器编号也不同，当具体操作时，可查阅有关产品说明书。号也不同，当具体操作时，可查阅有关产品说明书。 3.计算机的通用语言（1 1）梯形图结构）梯形图结构 梯形图的控制逻辑结构及工作原理与继电器逻辑控制电路十分相梯形图的控制逻辑结构及工作原理与继电器逻辑控制电路十分相似。它采用似。它采用“触点触点”、“线圈线圈”（或称继电器线圈）、（或称继电器线圈）、“功能图功能图”（功（功能指令，图中未画）等图形符号表达输出与输入的逻辑关系，这些输入能指令，图中未画）等图形符号表达输出与输入的逻辑关系，这些输入/ /输出可以是硬件上实际的输入输出可以是硬件上实际的输入/ /输出信号，也可以是输出信号，也可以是PLCPLC内部虚拟的输内部虚拟的输入入/ /输出信号。输出信号。 两侧的竖线称为电力轨，用以模拟继电器电路的电源（有些两侧的竖线称为电力轨，用以模拟继电器电路的电源（有些PLCPLC的的梯形图只有左侧的竖线）。梯形图只有左侧的竖线）。 梯形图和语句表梯形图和语句表 梯形图和语句表是PLC中最常用的两种编程语言，下面将对这两种两种编程语言作一阐述。1. 梯形图(2(2）梯形图与继电器逻辑电路（梯形图与继电器逻辑电路（RLCRLC）在操作上的差别）在操作上的差别 梯形图与继电器电路的控制逻辑相似，但其工作梯形图与继电器电路的控制逻辑相似，但其工作顺序与继电器电路不同。顺序与继电器电路不同。在在RLCRLC中，逻辑控制的结果取决于继电器线圈、触中，逻辑控制的结果取决于继电器线圈、触点和其它机电器件的动作时间。点和其它机电器件的动作时间。 而梯形图则是沿从上到下，从左到右，一个梯级而梯形图则是沿从上到下，从左到右，一个梯级一个梯级顺序地进行工作；当执行至顺序程序结束时，一个梯级顺序地进行工作；当执行至顺序程序结束时，又返回开头重复执行。又返回开头重复执行。（3 3）高级顺序和低级顺序）高级顺序和低级顺序 数控机床的数控机床的PLCPLC处理时间一般在处理时间一般在1 1100ms100ms之间，对之间，对于数控机床的绝大多数信号，这个速度已足够了。但有于数控机床的绝大多数信号，这个速度已足够了。但有些信号（尤其是脉冲信号）要求响应时间约些信号（尤其是脉冲信号）要求响应时间约20ms20ms。为适。为适应整机控制信号的不同响应要求，应整机控制信号的不同响应要求，PLCPLC程序常分为高级程序常分为高级顺序和低级顺序两部分。顺序和低级顺序两部分。 只应把需要迅速处理的信号及快速响应的顺序编只应把需要迅速处理的信号及快速响应的顺序编在高级顺序中，如急停、坐标轴极限超程等逻辑，其它在高级顺序中，如急停、坐标轴极限超程等逻辑，其它信号则编在低级顺序中。信号则编在低级顺序中。 采用语句表编程的PLC的指令各有不同，一般包括两种指令： 基本指令； 功能指令。 在设计顺序程序时，使用得最多的是基本指令，如RD、AND、OR等。数控机床执行的顺序逻辑往往比较复杂，仅使用基本指令编程十分困难，即使可以实现，程序规模往往很庞大，因此，必须借助功能指令以简化程序。功能指令如DEC、ROT、COIN等。2 语句表(1) 基本指令(2）功能指令 数控机床用PLC的指令必须满足数控机床信息处理和动作控制的特殊要求。例如，由NC输出的M、S、T二进制代码信号的译码，机械部件运动状态或液压系统动作状态的延时确认，加工零件计数，刀库、分度工作台沿最短路径旋转和现在位置至目标位置步数的计算等。 FANUC 0 FANUC 0系统的系统的PMCPMC只有只有4747条指令（基本指令有条指令（基本指令有1212条条, ,功能指功能指令有令有3535条）。基本指令为条）。基本指令为2 2进制位的逻辑运算，功能指令主要有进制位的逻辑运算，功能指令主要有数据定义、数据变换、译码和代数运算。数据定义、数据变换、译码和代数运算。 在为数控机床编辑顺序程序时，对于上述译码、定时、计数、最短路径选择，以及比较、检索、转移、代码转换、数据四则运算、信息显示等控制功能，仅用执行一位操作的基本指令编程，实现起来将会十分困难。 因此，就需要增加一些具有专门控制功能的指令来解决基本指令无法处理的那些控制问题。这些专门指令就是“功能指令”。功能指令一般包括，定时器指令、计数器指令、顺序结束指令、译码指令、旋转指令及乘除运算等。数控机床所受控制可分为两类： 一类是“数字控制”，数控机床各坐标轴的移动距离，各轴运行的插补、补偿控制等； 另一类是“顺序控制”，根据机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号，并根据预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的启/停、换向、刀具的更换、工件的夹紧/松开、液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。 PLC应用的基本电气知识1.NC侧与MT侧的概念 数控机床从结构上看通常可分为三部分：l CNC系统（计算机数控系统）；（CNC侧）l 机床电气；（PLC侧）l 机床本体。（MT侧） MT侧顺序控制的最终对象的数量随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。一般来说，机床结构越复杂，辅助装置越多，受控对象数量就越多。相比而言柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）的受控对象数量多，而数控车床、数控铣床的受控对象数量较少。2.接口信息数控机床PLC主要包括两类接口信息：l 硬件电气接口信息 PLC与数控装置、机床及机床电气设备之间的电气连接部分；l 软件寄存器接口信息。 PLC为了运算和实现某些特殊功能的需要，以及内装式PLC与NC间数据交换的需要设置的寄存器变量或功能函数。1.电气接口 电气接口从信号的流向看包括输入接口和输出接口；从信号的幅值特性看包括模拟量接口和开关量接口。 对PLC而言，由机床或NC等外部设备向PLC传送的信号称为输入信号，由PLC向机床或NC等外部设备传送的信号称为输出信号；若信号的幅值是连续变化的称为模拟量信号，若只有导通和断开两种状态则称为开关量信号；开关量接口一般采用直流24V供电，低电平有效，即NPN型开关量接口，也有些采用或同时具备高电平有效的接口，即PNP型开关量接口。PLC以及RLC除了完成必须功能外，还要求在异常的情况下通过安全互锁能够对操作者和设备进行紧急保护，然后通过报警功能通知操作者，因此，在设计时必须详细了解设备的工作过程及原理，分析容易发生事故的环节，以便在程序和电气设计中实现。另外考虑到PLC程序可能不完善或发生软件故障，有些重要的保护功能必须由硬件即RLC实现。通常我们把RLC的设计称为电气设计，把PLC的设计成为软件设计。下面是在软硬件设计中一般需要注意的安全互锁功能。若目前有A、B两个过程，出于安全的目的，当A动作后将限制B的动作，称A对B有安全互锁；若B对A也有安全互锁，称A、B之间为双向安全互锁，简称A、B之间安全互锁。安全互锁 1. 急停 当出现紧急情况时，可以按下急停按钮以避免故障和事故进一步扩大，因此，急停按钮必须能停止各运动部件，如进给轴、主轴、刀架等，常用的方法是，通过急停按钮关闭所有的动力电源，只保留控制电源；也可以用急停按钮关闭各运动部件驱动器的使能信号来实现，但如果驱动器失控这种方法则失效。 急停的安全互锁必须在电气设计中实现。 2. 限位 当进给轴或其他有位置要求的移动部件超出设计的行程时，则通过限位信号进行保护。限位信号一方面需要在出现限位的时刻禁止移动部件的移动；另一方面，还要通知NC限位的方向，这样当用超程解除等方式脱离限位状态时，不会因为误操作而进一步扩大超行程的程度，即只允许移动部件向与限位方向相反的方向移动。 限位的安全互锁一般在电气设计和软件设计两个方面实现。 3. 进给驱动装置 数控机床在自动加工中通常进给运动是由一个以上的进给驱动装置同时完成的，因此，当某个进给驱动装置出现报警时，必须停止自动加工状态。 上面进给驱动装置的安全互锁一般在软件中实现 数控机床PLC系统的设计与数控系统的设计是密不可分的，目前机床数控系统一般都自带或提供PLC的功能，这其中既有内装型PLC，也有独立型PLC。数控机床PLC系统的设计及调试1 工艺分析 首先对被控机床设备的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、功能和特性进行分析，估算I/O开关量的点数，I/O模拟量的接口数量和精度要求，从而对PLC提出整体要求。2 系统调研 对根据设备的要求初步选定的数控系统进行调研，了解其所提供的PLC系统的功能和特点，包括PLC的类型，接口种类和数量，接口性能，扩展性，PLC程序的编制方法。PLC系统设计步骤系统设计步骤 根据前两步的工作，综合考虑数控系统和PLC系统的功能、性能、特点，本单位的需要和使用习惯以及整机性价比确定PLC系统的方案。 实际上这里主要是从PLC的角度对数控系统提出要求，从而确定数控系统的方案。 只有少数情况下才会需要选用独立型PLC。例如，从经济的角度考虑，选用了简易型数控系统，但设备需要较多的模拟量接口或大量的开关量接口，而数控系统提供的PLC不能满足要求，则需要选用独立型PLC。 3 确定方案 在选择独立型在选择独立型PLCPLC时主要考虑四个因素：时主要考虑四个因素：（1） 功能范围（2） I/O点数 （3） 存储器容量 根据系统大小不同，选择用户存储器容量不同的PLC，一般厂商提供1K，2K，4K，8K，16K程序步等容量的存储器。选择方法主要凭经验估算，其估算法有下列两种： （a）PLC内存容量（指令条数）约等于I/O总点数的1015倍。 (b)指令条数=6（I/O）+2（Tm+Ctr）。式中Tm为定时器总数，Ctr为计数器总数。有时可在其基础上增加20%的裕量。（4）处理时间4电气设计电气设计PLC控制系统的电气设计包括以下内容：控制系统的电气设计包括以下内容：原理图、元器件清单、电柜布置图、接线图与互原理图、元器件清单、电柜布置图、接线图与互连图，如果是定型设备还应包括工艺图，这在其它章连图，如果是定型设备还应包括工艺图，这在其它章节有详细介绍。电气设计时特别要注意以下几点：节有详细介绍。电气设计时特别要注意以下几点：（1）PLC输出接口的类型，是继电器输出还是输出接口的类型，是继电器输出还是光电隔离输出等。光电隔离输出等。（2）PLC输出接口的驱动能力，一般继电器输出接口的驱动能力，一般继电器输出为输出为2A，光隔输出为，光隔输出为500mA。（3）模拟量接口的类型和极性要求，一般有电流型输模拟量接口的类型和极性要求，一般有电流型输出（出（-20mA+20mA）和电压型输出（）和电压型输出（-10V+10V）两种可选。）两种可选。（4）采用多直流电源时的共地要求。采用多直流电源时的共地要求。（5）输出端接不同负载类型时的保护电路。输出端接不同负载类型时的保护电路。执行电器若为感性负载，需接保护电路。直流可执行电器若为感性负载，需接保护电路。直流可加续流二极管，交流可加阻容吸收电路。加续流二极管，交流可加阻容吸收电路。（6）若电网电压波动较大或附近有大的电磁干扰源，若电网电压波动较大或附近有大的电磁干扰源，应在电源与应在电源与PLC间加设隔离变压器、稳压电源或电间加设隔离变压器、稳压电源或电源滤波器。源滤波器。 目前数控机床特别是通用数控机床的各项功能，例目前数控机床特别是通用数控机床的各项功能，例如主轴控制、车床刀架转位、加工中心刀库的换刀、如主轴控制、车床刀架转位、加工中心刀库的换刀、润滑、冷却的启润滑、冷却的启/ /停等已经停等已经标准化，标准化，各种数控系统各种数控系统一般都内置或提供满足这些功能的一般都内置或提供满足这些功能的PLCPLC程序。采用独立程序。采用独立型型PLCPLC时，一般厂家也会提供满足通用数控机床要求的时，一般厂家也会提供满足通用数控机床要求的标准标准PLCPLC程序。因此，设计程序。因此，设计PLCPLC程序最重要的方法就是程序最重要的方法就是详细了解并参考系统提供的标准详细了解并参考系统提供的标准PLCPLC程序。程序。 PLC程序设计程序设计 程序设计是程序设计是PLCPLC应用中最关键的问题。应用中最关键的问题。PLCPLC程序设计的基本程序设计的基本思路是按照设备的要求设计思路是按照设备的要求设计输入和输出信号的逻辑关系，输入和输出信号的逻辑关系，在输在输入某些信号时得到预期的输出信号，从而实现预期的工作过程。入某些信号时得到预期的输出信号，从而实现预期的工作过程。因此，因此，简单而常用的方法是简单而常用的方法是以过程为目标以过程为目标，分析每个过程分析每个过程的启动条件和限制条件，根据这些条件编写该过程的的启动条件和限制条件，根据这些条件编写该过程的PLCPLC程序，程序，完成了所有过程的完成了所有过程的PLCPLC程序即完成了整个程序即完成了整个PLCPLC程序。程序。 其中某个过程可以仅涉及一个输出接口，例如冷却电机的其中某个过程可以仅涉及一个输出接口，例如冷却电机的启动启动/ /停止；也可以涉及多个输出接口，例如加工中心换刀的过停止；也可以涉及多个输出接口，例如加工中心换刀的过程。这种方法比较容易实现程。这种方法比较容易实现PLCPLC程序的模块化，易于各过程的独程序的模块化，易于各过程的独立调试。立调试。（1 1）若若所所采采用用的的PLCPLC自自带带有有程程序序，应应该该详详细细了了解解程程序序已已有有的的功功能能，对对现现有有需需求求的的满满足足程程度度和和可可修修改改性性，尽尽量量采用采用PLCPLC自带的程序。自带的程序。（2 2）将将所所有有与与PLCPLC相相关关的的输输入入信信号号（按按钮钮、行行程程开开关关、速速度度及及时时间间等等传传感感器器），输输出出信信号号（接接触触器器、电电磁磁阀阀、信信号号灯灯等等）分分别别列列表表，并并按按PLCPLC内内部部接接口口范范围围，给给每每个个信号分配一个确定的编号。信号分配一个确定的编号。（3 3）详详细细了了解解生生产产工工艺艺和和设设备备对对控控制制系系统统的的要要求求。画画出出系系统统各各个个功功能能过过程程的的工工作作循循环环图图或或流流程程图图、功功能能图图及及有关信号的时序图。有关信号的时序图。（4 4）按按照照PLCPLC程程序序语语言言的的要要求求设设计计梯梯形形图图或或编编写写程程序序清清单单。梯梯形形图图上上的的文文字字符符号号应应按按现现场场信信号号与与PLCPLC内内部部接接口口对照表的规定标注。对照表的规定标注。1. PLC1. PLC程序设计的一般步骤程序设计的一般步骤（1 1）保证人身与设备安全的设计永远都不是多余的。）保证人身与设备安全的设计永远都不是多余的。 PLCPLC的的设设计计应应该该是是在在保保证证操操作作者者和和设设备备安安全全的的前前提提下下完完成其功能，没有安全保证的设备是没有实际应用价值的。成其功能，没有安全保证的设备是没有实际应用价值的。（2 2）PLCPLC程程序序的的安安全全设设计计，并并不不代代表表硬硬件件的的安安全全保保护护可可以以省省略略。PLCPLC程程序序的的安安全全设设计计，仅仅是是在在软软件件上上提提供供保保护护功功能能，为为了了避避免免软软件件工工作作异异常常和和调调试试中中程程序序编编写写错错误误或或操操作作不不当当引引起起的的事事故故，还还要要在在硬硬件件上上设设计计保保护护功功能能。例例如如，电电机机正正/ /反反转转接接触触器器的的互互锁锁设设计计，进进给给电电机机的的限限位位保保护护开开关关，这些均在硬件上实现，不需要通过这些均在硬件上实现，不需要通过PLCPLC控制。控制。 2.2.PLCPLC程序设计的一般原则程序设计的一般原则（3 3）了解了解PLCPLC自身的特点自身的特点 不不同同的的厂厂家家的的PLCPLC都都各各有有特特点点，在在应应用用中中也也会会不不同同，因因此此要要了了解解PLCPLC自自身身的的特特点点才才能能正正确确使使用用并并发发挥挥PLCPLC应应有有的能力。的能力。 如如：初初始始状状态态、工工作作方方式式（循循环环扫扫描描/ /周周期期扫扫描描）、扫描周期扫描周期（4 4）设计调试点易于调试设计调试点易于调试 PLCPLC程程序序的的设设计计往往往往不不是是一一次次可可以以完完成成，常常常常需需要要分分步步反反复复调调试试和和实实验验，因因此此，在在PLCPLC设设计计中中，与与一一般般的的软软件件设设计计类类似似，需需要要利利用用中中间间寄寄存存器器设设计计跟跟踪踪标标记记和和断断点，以方便调试。点，以方便调试。 (5(5） 模块化设计模块化设计 数数控控机机床床的的PLCPLC一一般般要要完完成成许许多多功功能能，模模块块化化设设计计便便于于我我们们对对各各个个功功能能进进行行单单独独调调试试，当当改改变变某某一一功功能能的的控控制制程序时，也不会对程序时，也不会对PLCPLC的其它功能产生影响。的其它功能产生影响。（6 6）尽量减少程序量尽量减少程序量 减减少少程程序序量量可可以以减减少少程程序序运运行行的的时时间间，提提高高PLCPLC的的响响应应速速度度，这这对对于于循循环环扫扫描描的的PLCPLC尤尤为为重重要要。另另外外某某些些内内装装式式PLCPLC与与数数控控系系统统共共用用处处理理器器，存存储储器器等等资资源源，减减少少PLCPLC的的程序量对于节省系统资源也是非常必要的。程序量对于节省系统资源也是非常必要的。（7 7） 全面的注释，便于维修全面的注释，便于维修 PLCPLC所所服服务务的的数数控控机机床床要要求求长长时时间间的的稳稳定定运运行行，因因此此，PLCPLC出出现现问问题题时时要要能能立立刻刻排排除除，详详细细的的注注释释有有利利于于维维修修人人员维修、日常维护以及系统扩展新的功能。员维修、日常维护以及系统扩展新的功能。1 1输入程序输入程序 根据型号的不同，根据型号的不同，PLCPLC有多种程序输入方法有多种程序输入方法. .2 2检查电气线路检查电气线路 3 3模拟调试。模拟调试。4 4运行调试运行调试 5 5非常规调试，验证安全保护和报警的功能。非常规调试，验证安全保护和报警的功能。6 6安全检查并投入考验性试运行安全检查并投入考验性试运行 3 3、PLCPLC调试调试 本本节节只只针针对对数数控控机机床床PLCPLC控控制制中中比比较较典典型型的的三三个个应应用用实实例例进进行行过过程程和和安安全全互互锁锁分分析析，每每个个应应用用实实例例提提供供一一种种不不同同编编程程语语言言的的PLCPLC程序。程序。 应用实例中的应用实例中的PLCPLC均采用均采用DC24V NPNDC24V NPN型型晶体管接口电路，即低电平有效。晶体管接口电路，即低电平有效。 数控机床数控机床PLCPLC控制应用实例控制应用实例1 1过程分析过程分析 主主轴轴的的控控制制包包括括正正转转、反反转转、停停止止、制制动动和和冲冲动动等等。要要求求按按正正转转按按钮钮是是电电动动机机正正转转；按按反反转转按按钮钮时时电电动动机机反反转转；按按停停止止按按钮钮时时电电动动机机停停止止，并并控控制制制制动动器器制制动动2 2秒秒；按按下下冲冲动动按按钮钮电电动动机机正正转转0.50.5秒秒，然然后后停停止止；电电动动机机过过载载报警后正报警后正/ /反转和冲动按钮无效。反转和冲动按钮无效。2 2安全互锁安全互锁 主轴系统主轴系统 3 3程序设计程序设计 电电气气部部分分的的设设计计如如图图6-176-17所所示示，主主轴轴为为普普通通三三相相异异步步电电动动机机，由由交交流流接接触触器器控控制制正正反反转转；继继电电器器采采用用直直流流24V24V供供电电，自自带带续续流流二二极管；交流接触器采用交流极管；交流接触器采用交流110V110V供电。供电。 与主轴控制相关的输入与主轴控制相关的输入/ /输出寄存器包括：输出寄存器包括： 输输入入寄寄存存器器：X1.4X1.4正正转转，X1.5X1.5反反转转，X1.6X1.6停停止止，X1.7X1.7冲动，冲动，X8.5X8.5报警；报警； 输输出出寄寄存存器器：Y5.0Y5.0正正转转，Y5.1Y5.1反反转转，Y5.2Y5.2制制动动，Y5.3Y5.3松刀。松刀。 在在电电气气安安全全互互锁锁设设计计方方面面，主主轴轴正正/ /反反转转在在接接触触器器和和继继电电器器分分别别进进行行了了安安全全互互锁锁；主主轴轴正正/ /反反转转对对刀刀具具松松进进行行了了安安全全互互锁锁；急急停停对主轴运转进行了安全互锁。对主轴运转进行了安全互锁。 序号名称含义4序号名称含义1QF3主轴带过载保护电源空开2KM3主轴正转交流接触器3KM4主轴反转交流接触器4KA1由急停控制的中间继电器5KA4主轴正转中间继电器6KA5主轴反转中间继电器7KA6主轴制动中间继电器8KA9刀具松间继电器9SB11主轴正转按钮10SB12主轴反转按钮11SB13主轴停止按钮12SB14主轴冲动按钮13RC2三相灭弧器14RC7,RC8单相灭弧器指令语句表程序如下：1. LDX1.4-读取主轴正转按钮2. ORR0.0-R0.0自锁3. ANDX8.5-无报警4. ANIY5.3-刀具未松开5. ANDX1.6-停止按钮未按下6. ANIY5.1-反转无输出7. ANIY5.2-主轴未制动8. OUTR0.0-输出中间变量R0.0，并自锁-主轴正转条件都满足，则按下正转按钮后，输出R0.0并自锁-9. LDX1.7-读取主轴冲动按钮10. ORR0.1-R0.1互锁11. ANIT1-若T1计时未完成12. OUTR0.1-则输出R0.113. OUTT1K5T1计时0.5秒-按下主轴冲动按钮后，按下主轴冲动按钮后，R0.1R0.1输出输出0.50.5秒后关闭秒后关闭-14. LDR0.0-读取R0.0。15. ORR0.1-或R0.0。16. ANDX8.5-无报警。17. ANIY5.3-刀具未松开。18. ANDX1.6-停止按钮未按下。19. ANIY5.1-反转无输出。20. ANIY5.2-主轴未制动。21. OUTY5.0-则输出Y5.0控制主轴正转。-主主轴轴正正转转条条件件满满足足后后，R0.0R0.0和和R0.1R0.1任任意意一一个个有有输输出出则则输输出出Y5.0Y5.0控控制制主主轴轴正正转转，实实现现了了主主轴轴连连续续正正转转和和每每次次按按下下主主轴轴冲冲动动按按钮钮，主主轴正向冲动轴正向冲动0.50.5秒的功能。秒的功能。22.22. LD LDX1.6X1.6-读取主轴停止按钮。读取主轴停止按钮。23.23. OR ORY5.2Y5.2-主轴制动自锁。主轴制动自锁。24.24. ANI ANIT2T2-若若T2T2计时未完成。计时未完成。25.25. OUT OUTY5.2Y5.2-则输出主轴制动。则输出主轴制动。26.26. OUT OUTT2T2K20K20-T2-T2计时计时2 2秒。秒。- -按下主轴停止按钮后，按下主轴停止按钮后，Y5.2Y5.2输出制动主轴输出制动主轴2 2秒后断开秒后断开27.27. LD LDX1.5X1.5-读取主轴反转按钮。读取主轴反转按钮。28.28. OR ORY5.1Y5.1-主轴反转自锁。主轴反转自锁。29.29. AND ANDX8.5X8.5-无报警。无报警。30.30. ANI ANIY5.3Y5.3-刀具未松开。刀具未松开。31.31. AND ANDX1.6X1.6-停止按钮未按下。停止按钮未按下。32.32. ANI ANIY5.0Y5.0-正转无输出。正转无输出。33.33. ANI ANIY5.2Y5.2-主轴未制动。主轴未制动。34.34. OUT OUTY5.1Y5.1-则输出则输出Y5.1Y5.1控制主轴反转。控制主轴反转。35.35. END END-主轴反转条件都满足，则按下反转按钮后，输出主轴反转条件都满足，则按下反转按钮后，输出Y5.1Y5.1并自锁并自锁-1.过程分析由PLC控制润滑电动机实现自动润滑功能，代替自动润滑站。数控机床通电工作后，定时润滑即开始自动执行，不受外部按钮或M指令控制。2安全互锁检测到没有润滑液或润滑电动机过热报警后向系统发出报警信息，并停止定时润滑的工作。急停对润滑运转进行了安全互锁。3.程序设计 定时润滑 电气部分的设计如图,序号名称含义1M4润滑电动机2QF6润滑电动机带过载保护的电源空开3KM7润滑电动机启动交流接触器4KA1由急停控制的中间继电器5KA10润滑电动机启动中间继电器6HL1润滑报警指示灯7RC5三相灭弧器8RC11单相灭弧器定时润滑涉及到的寄存器如下：X1.5：润滑液位低报警检测； X2.7：润滑电动机过热报警检测；Y0.7：润滑电动机控制； Y1.6：润滑系统报警指示灯； 数控机床的润滑系统一般要求每间隔数十分钟甚至几个小时工作几秒钟，而一般PLC的定时器没有这么大的定时范围，因此采用定时器和计数器相结合的方法来扩大定时范围，下面以每隔一小时润滑10秒为例设计定时润滑系统的PLC梯形图程序如图 X1.5和X2.7硬件上均按常闭点连接，PLC再按常闭点判断，则正常时都是断开的，Y1.6（报警指示灯）没有输出。一旦出现了一个或两个报警则硬件上为断开状态，PLC内部因取常闭点而闭合，Y1.6有输出提示报警。开始上电时R0.0为0，C0、T1以及T2都处于复位状态，T0处于定时状态，时间为10秒，定时完成后R0.0自锁保持1状态，则对C0、T1、Y0.7没有影响。若X1.5或X2.7任意一个出现了故障报警，则R0.0变为0，重新复位C0、T1以及T2，故障消除后，T0又开始计时，R0.0延时10秒后再变为1。因此，用R0.0的常闭点可以保证每次开机和故障消除后Y0.7能马上输出，控制润滑10秒。 R0.0变为1后，T0一直被复位，T1开始工作，定时时间是60秒，因此每隔60秒C0计数一次，C0的设定值是60，因此，1小时后C0计数完成，这期间T2一直处于复位状态。C0计数完成后，常开点闭合，复位T1，而T2开始计时，T2的设定时间是10秒，10秒钟后T2的常开点闭合复位C0，因此，C0的1状态只维持10秒即变为0，同时把T2复位，由于T2、C0、T1都处于复位状态，R0.0为1，T1又开始计时，每隔60秒向C0发送一个脉冲，进入新一轮循环。 可见每隔1小时，C0即输出10秒钟 ，用C0的常开点控制Y0.7即实现了控制的要求。1. 过程分析以四工位自动刀架为例，刀架电动机采用三相交流380V供电，正转时驱动刀架正向旋转，各刀具按顺序依次经过加工位置（如图6-20所示），刀架电动机反转时，刀架自动锁死，保证刀具能够承受切削力。每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。车床刀架换刀动作由T指令或手动换刀按钮起动，换刀过程如下：（a）刀架电动机正转；（b）检测到所选刀位的有效信号后，停止刀架电动机，并延时（100ms）；(c)延时结束后刀架电动机反转锁死刀架，并延时（500ms）； (d)延时结束后停止刀架电动机，换刀完成。 车床刀架不存在刀具交换的问题，刀具选好后即可以开始加工，因此，车床的换刀由T指令（选刀指令）完成，而不需要换刀指令（M06指令）的参与。 2.安全互锁（a）刀架电动机长时间旋转（如20秒），而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电动机，以防止将其损坏并报警提示；（b）刀架电动机过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工；（c）其余参考本章第二节。3.程序设计电气部分的设计如图6-21所示。图中各器件的含义如下：序号名称含义1M2刀架电动机2QF3刀架电动机带过载保护的电源空开3KM5、KM6刀架电动机正、反转控制交流接触器4KA1由急停控制的中间继电器5KA6、KA7刀架电动机正、反转控制中间继电器6S1S4刀位检测霍尔开关7SB11手动刀位选择按钮8SB12手动换刀启动按钮9RC3三相灭弧器10RC9、RC10单相灭弧器自动刀架控制涉及到的输入/输出寄存器如下：X2.7：刀架电动机过热报警输入；X3.0X3.3：14号刀到位信号输入；X30.6：手动刀位选择按钮信号输入；X30.7：手动换刀启动按钮信号输入；Y0.6：刀架正转继电器控制输出；Y0.7：刀架反转继电器控制输出。PLC程序按定时循环扫描的方式执行，与换刀相关的的程序扫描周期为16mS，用plc1_time表示。程序中利用这一点实现定时（延时）功能。程序中用到的变量说明如下：*sys_ext_alm()：用于设定外部报警，为一16位二进制数，每一位代表一个报警，可设定015共16个外部报警。某位为1时，相对应的外部报警显示，为0时则清除相对应的报警。mod_T_code(0)：T指令代码，一般为三位十进制数，百位表示刀号，个位十位表示刀偏号。置“-1”时T指令完成。T_stage：定义换刀顺序标记的局部变量（字符型）。T_stage_dwell：定义换刀延时时间的局部变量（无符号整型）。T_NO：定义所选刀号的局部变量（字符型）。车床刀架用T指令换刀的C语言PLC处理程序如下： if (X2&0x80)=0) /若电机过热（X2.7为0）*sys_ext_alm()|=4;/则显示2号外部报警：刀架电动机过热。mod_T_code(0)=-1;/强制T指令完成。return；/从T指令处理程序返回到PLC主程序（以下简称“返回”）。else/否则*sys_ext_alm()&=4;/清除2号外部报警。T_NO=mod_T_code(0)/100;/由T指令获得所要选的刀号，/例如T121，指选1号刀，刀偏值取21号。if(T_stage_dwellplc1_time)/若设定的换刀延时时间未完成T_stage_dwell-=plc1_time;/则延时时间减去本程序执行周期的扫描时间。return;/并且返回。else/否则T_stage_dwell=0;/清零为下次延时准备，/进入switch结构，执行换刀顺序的下一步。switch(T_stage)/读取换刀顺序标记case0:/换刀第0步Y0|=0x40;/输出Y0.6，刀架正转。break;/退出switch结构（以下简称“退出”）。case1:/换刀第1步 if(X3&0xF)!=(18000)/若超过8秒没有找到目标刀位*sys_ext_alm()|=8;/则显示3号外部报警：换刀超时。Y0&=0x40;/停止电动机。mod_T_code(0)=-1； /T指令强制完成。break;/退出。else*sys_ext_alm()&=8;/否则清除3号外部报警。break;/退出。Y0&=0x40;/否则，表示以到达所选刀位，Y0.6置零，停止刀架正转。T_stage_dwell=100;/设定停止延时=100毫秒。break;case 2: /换刀第2步。Y0|=0x80; /Y0.7置1刀架电动机反转锁死刀架。T_stage_dwell=500; /反转时间为500毫秒。break; /退出。case 3: /换刀第3步Y0&=0x80; /Y0.7置0，刀架电动机停止旋转。mod_T_code(0)=-1;/置T指令完成标记。break;/退出。T_stage+；/换刀顺序标记加1。 /若顺利，下面的程序扫描周期中， /待延时时间完成后自动进入换刀顺序过程的下一步。 换刀可以用手动按钮实现，PLC处理程序与上面相似，只是换刀号“T_NO” 的获取方法不是靠T指令，而是靠选刀按钮设定，读者可尝试自己编写车床自动刀架手动换刀的PLC程序。