數控機床典型控制功能PLC 編制模板研究

孔德紅

(青海一機數控機床有限責任公司，青海 西寧 810018)

數控系統的PLC(program logic control)可編程邏輯控制，是連接數控系統與數控機床的紐帶，外圍的機床輸入信號以X 地址的形式通過PLC 輸入到系統側，經系統處理后以Y 地址的形式輸出到機床側，再通過相關元器件(如繼電器等)的硬件連接來進行對外圍動作的控制。對數控機床而言，PLC 的編制尤為重要，關系到機床整體動作的安全性、可靠性。所以對機床調試人員而言，必須要熟練掌握機床各個功能的PLC編制。從簡易機床到各種高端機床雖說功能有差異，但是基本的控制功能大同小異，例如按鍵通斷、潤滑、換檔等的控制，機床調試人員熟練掌握這幾種機床典型控制功能PLC 編制，可以觸類旁通地進行其它功能PLC 編制，從而大大提高工作效率，提升機床PLC 整體安全性、可靠性。筆者本人通過多年來對數控機床的現場調試和驗證，研究出了3 種數控機床典型控制功能PLC 編制模板，供廣大調試人員參考。

1 按鍵通斷控制功能PLC 編制模板

按鍵通斷控制功能即按下按鍵(X 地址輸入)相應指示燈(Y 地址輸出)點亮，松開按鍵指示燈狀態不變，再次按下按鍵，相應指示燈滅，松開按鍵指示燈狀態不變，此功能為數控機床最典型的控制功能，如機床照明、冷卻、松拉刀、刀庫腳踏卸刀等都是以此方式進行控制的按鍵通斷控制功能PLC 編制是整個機床PLC 編制過程中最基礎的部分。因此數控機床PLC編制人員必須要熟練掌握其編制。不同數控廠家對其控制功能PLC 編制方法各異，筆者在多年的數控機床調試過程中，總結了幾種簡單實用的按鍵通斷型PLC編制模板。圖1～3 分別是3 種不同的模板，在數控機床上已廣泛使用，且運行十分可靠。圖1a 中X0.0 為系統操作面板上照明按鍵，Y0.0 為機床照明輸出地址，按下照明按鍵時系統產生一個上升沿信號R52.5，此時由于Y0.0 輸出為低電平，上升沿信號觸發Y0.0接通且自鎖，再次按下照明按鍵時，系統產生一個上升沿信號R52.5，此時由于Y0.0 輸出為高電平，上升沿信號觸發打斷Y0.0 自鎖，Y0.0 輸出被關斷，從而實現了按鍵通斷控制功能。圖1b 中按下照明按鍵，Y0.0輸出接通。松開按鍵，此時狀態通過R52.6 保持，再次按下照明按鍵R52.7 通過R52.6 保持接通，由于R52.7 此時為高電平，故Y0.0 輸出被打斷。圖c 中按下照明按鍵，Y0.0 輸出，松開按鍵后狀態由R52.5 保持，再次按下按鍵由于R52.5 為高電平，Y0.0 輸出被打斷。以上是非常典型的按鍵通斷控制功能PLC 模板，調試人員應該熟悉其中一種以供自己調試使用，從而可以節約機床PLC 編制時間，且增加機床PLC 可靠性。

2 潤滑控制功能PLC 編制模板

潤滑是所有數控機床中都要用到的功能，但是因編制人員的不同，潤滑控制功能的PLC 編制模板也是五花八門。數控機床潤滑間隔一般在30 s 左右，在FANUC 0i C 系列中定時器的單位只有ms 級，容量有限，因此編制PLC 時增加了計數器C，通常定時器中設60000 ms，定時1 min 計數啟動1 次，計數器C 中設的值單位為min，如圖2a 所示。但是在FANUC 0i D 系列中定時器的單位不只是ms 級，通過定時器精度設置，單位可以變更為min，PLC 編制中計數器C 部分可以不用，這樣圖2a 中PLC 編制模板就顯得比較繁瑣。圖2b 所示床身潤滑控制功能PLC 編制模板中，定時器TMR1 單位為min，在此定時器中設置潤滑間隔時間，定時器TMR2 單位為ms，在此定時器中設置潤滑打油時間，此PLC 編制模板簡單直觀，調試人員使用非常方便。以上是潤滑控制功能PLC 編制的兩種模板，調試人員可根據自己實際需要任選其一。且圖2b控制模板也可以用于主軸換檔過程主軸左右擺動的控制，定時器TMR1 中設置400 ms，定時器TMR2 中設置200 ms，R4.1 每隔200 ms 通200 ms，如此周而復始即可實現主軸左右各200 ms 的擺動。

3 主軸換檔PLC 編制模板

為了擴大機床的加工范圍越來越多的數控機床采用兩檔變速。主軸既能實現高速大功率切削，也能滿足低速大扭矩加工，因此主軸換檔控制功能PLC 的編制對機床PLC 編制人員而言也是基本要掌握的功能。主軸換檔機構目前主要有自制齒輪箱及德國ZF 箱兩種。但是此兩種機構的工作原理是一樣的，即主軸換檔過程中必須先確保主軸低速左右擺動，而后換檔電磁閥得電進行換檔，目標檔位信號到達后主軸擺動停止，延時一段時間后主軸換檔電磁閥斷電，換檔過程結束。主軸換檔過程中左右來回擺動可以由NC 系統進行控制，也可以由PLC 來進行控制。筆者在調試過程中分別總結了兩種不同控制方式的主軸換檔控制功能PLC 編制模板，分別如圖3、圖4 所示。

圖3 中控制方式采取了PLC 控制方式，主軸換檔過程中，主軸左右擺動及主軸換檔速度是由PLC 進行控制的，這與以往的機床主軸控制方式不同。以往主軸速度及控制都在NC 系統中進行處理，PLC 中只處理主軸勵磁輸入信號(G70.4，G70.5)。圖3 所示PLC編制模板中，如要從一檔換到二檔，在手動方式下，按下面板二檔按鍵，此時必須確保主軸在停止狀態，且無二檔到位信號，R600.1(二檔過程)接通且自鎖，R600.2 接通主軸進入換檔過程。圖4 中主軸換檔過程中接通R600.4 來切換主軸控制方式，控制方式由NC 系統控制轉換為PLC 控制方式。R600.4 接通G33.7(SIND)，表示主軸控制速度由PLC 進行控制。G32 中寫入的數為主軸電機速度，調試人員可根據自己的實際需要寫入此速度。R600.4 接通G33.6(SSIN)，表示主軸旋轉方向由PLC 進行控制，G33.5(SGN)控制主軸方向。R600.4 接通G70.4 或者G70.5，表示主軸勵磁輸入信號接通，主軸可以擺動。圖4PLC 模板中，R640.1 控制方式采取了圖2b 床身潤滑控制功能PLC 編制模板，實現了主軸換檔過程中主軸左右來回擺動，定時器TMRB3、TMRB4 中的時間設置調試人員可根據實際需要進行改動，R600.1(二檔過程)接通后延時200 ms，等待主軸左右擺動起來接通Y4.3(二檔電磁閥)，電磁閥得電進行換檔。此PLC編制模板適用于所有換檔控制，已在數控機床上使用多年，安全可靠，調試人員如有其它特殊控制，只需在其上進行相應修改即可。

圖5 中主軸控制方式由NC 系統進行控制，主軸換檔速度在參數3732(主軸齒輪位移時的主軸電動機速度)里設置即可，同時需設置參數3702#1(GST 為1，根據SOR 信號進行齒輪位移)。如圖5 所示，主軸換檔過程中接通G29.5(SOR)信號，R640.1 控制主軸正反轉輸入信號，進行主軸左右擺動換檔。機床PLC 編制人員可根據自己實際情況選擇相應PLC 編制模板。值得注意的是不管采取那種主軸控制方式，都必須激活主軸勵磁輸入信號(G70.4、G70.5)。機床PLC 編制人員在熟練掌握這兩種編制模塊后，可以對任何牽涉到換檔的控制功能進行編制，不僅可以提高編制人員的工作效率，而且可靠性也大大提高。

4 結束語

數控機床在國內的發展已越來越普遍，有很多的廠家開始生產數控機床，交貨期要求偏短，結構復雜、功能多樣、精度指標提高、安全性提升，對數控機床PLC 控制的要求也越來越嚴格，而且對機床PLC 調試人員而言編制PLC 的周期越來越短，在追求高效且安全性的要求下，機床PLC 調試人員迫切需要整理出簡單實用的數控機床各種功能PLC 模板以供自己調試使用，這樣可以大大節約PLC 編制周期提高機床整體可靠性。本文基于此種要求，研究出了3 種機床典型控制功能的PLC 編制模板，以供大家參考使用。