由數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商提供的PLC在硬件上無論是接口類型還是I／O點(diǎn)的規(guī)模都為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的要求進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)或給出了典型推薦配置；軟件上則一般根據(jù)數(shù)控機(jī)床的摔制要求吲化了PLC程序或提供標(biāo)準(zhǔn)PLC例程供用戶參考選用。用戶在使用中需要根據(jù)具體機(jī)床的特點(diǎn)設(shè)置少量的參數(shù)或?qū)?biāo)準(zhǔn)例程作部分修改即可滿足一般的要求。對(duì)于復(fù)雜的控制要求也可以通過參考例程比較容易地實(shí)現(xiàn)。

一 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

　　1 工藝分析

　　首先對(duì)被控機(jī)床設(shè)備的工藝過程、工作特點(diǎn)、控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性進(jìn)行分析，估算I／O模擬量的接口數(shù) 和精度要求， 從而對(duì)PLC提出整體要求。

　　2 系統(tǒng)調(diào)研

　　對(duì)根據(jù)設(shè)備的要求初步選定的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研， 了解其所提供的PLC系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)，包括PLC的類型、接口種類和數(shù)量、接口性能、擴(kuò)展性、PLC程序的編制方法、售后服務(wù)等內(nèi)容，必要時(shí)應(yīng)該和供應(yīng)商直接聯(lián)系。

　　3 確定方案

　　根據(jù)前兩步的工作，綜合考慮數(shù)控系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的功能、性能、特點(diǎn)， 本單位的需要和使用習(xí)慣以及整機(jī)性價(jià)比確定PLC系統(tǒng)的方案。

　　實(shí)際上，這里主要是從PLC的角度對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出要求，從而確定數(shù)控系統(tǒng)的方案。

　　只有少數(shù)情況才會(huì)需要選用獨(dú)立型PLC。例如，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，選用了簡易型數(shù)控系統(tǒng)，但設(shè)備需要較多的模擬量接口或大量的開關(guān)接口，而數(shù)控系統(tǒng)提供的PLC不能滿足要求，則需要選用獨(dú)立型的PLC。

　　在選擇獨(dú)立型PLC時(shí)，主要考慮四個(gè)因素：

　　(1)功能范圍。PLC功能有強(qiáng)弱之分，價(jià)格差別很大。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要選用。功能方面主要考慮有無擴(kuò)展能力，有無模擬量輸入輸出，指令系統(tǒng)是否完善，有沒有中斷能力和聯(lián)網(wǎng)能力等。

　　(2)I／O點(diǎn)數(shù)。統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中輸入／輸出的種類及數(shù)量，確定選用I／O模塊的種類及數(shù)量。一般都有一定數(shù)量的擴(kuò)展單位供用戶配置。選用時(shí)要在滿足需要的前提下注意經(jīng)濟(jì)性。

　　(3)存儲(chǔ)器容量。根據(jù)系統(tǒng)大小的不同，選擇用戶存儲(chǔ)器容量不同的PLC，一般廠商提供1kB、2kB、4kB、8kB、16kB等容量的存儲(chǔ)器。選擇方法主要憑經(jīng)驗(yàn)估算， 其估算方法有下列兩種：

　　第一，PLC內(nèi)存容量(指令條數(shù))約等于I／0總點(diǎn)數(shù)的10～ 15倍。

　　第二，指令條數(shù)：6(I／O)+2(Tm+Ctr)。式中Tm為定時(shí)器總數(shù)，Ctr為計(jì)數(shù)器總數(shù)。有時(shí)可以在其基礎(chǔ)上增加20％的裕量。

　　(4)處理時(shí)間。PLC從處理一個(gè)輸入信號(hào)到產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)所需的時(shí)間稱為處理時(shí)間。處理時(shí)間的長短不僅決定于CPU的循環(huán)掃描周期，還與輸出繼電器的機(jī)械滯后、輸入信號(hào)的到來時(shí)刻在掃描周期中的時(shí)機(jī)以及程序語句的安排有密切的關(guān)系。當(dāng)PLC的掃描周期為20ms時(shí)，一個(gè)交流輸入信號(hào)的處理時(shí)間可達(dá)60ms左右， 這對(duì)于一般工業(yè)控制系統(tǒng)來說已足夠靈敏，對(duì)某些要求輸入／輸出作出快速響應(yīng)的設(shè)備， 可采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊及中斷處理等措施來縮短處理時(shí)間。

　　4 電氣設(shè)計(jì)

　　PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)包括內(nèi)容有：原理圖、元器件清單、電柜布置圖、接線圖與互連圖，如果是定型設(shè)備還應(yīng)包括工藝圖， 這在其他資料有詳細(xì)介紹。電氣設(shè)計(jì)時(shí)特別要注意以下幾點(diǎn)：

　　第一，PLC輸出接口的類型，是繼電器輸出還是光電隔離輸出等。 ．

　　第二，PLC輸出接口的驅(qū)動(dòng)能力，一般繼電器輸出為2A，光隔輸出為500mA。

　　第三，模擬量接口的類型和極性要求，一般有電流型輸出(-20~20mA)和電壓型輸出(-10~+10V)兩種可選。

　　第四，采用多直流電源時(shí)的保護(hù)電路。

　　第五，輸出端接不同負(fù)載類型時(shí)的保護(hù)電路。

　　第六，執(zhí)行電器若為感性負(fù)載，需接保護(hù)電路。直流可加續(xù)流二極管， 交流可加阻容吸收電路。

　　第七，若電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大或附近有大的電磁干擾源，應(yīng)在電源與PLC間加設(shè)隔離變壓器、穩(wěn)壓電源或電源濾波器。

　　第八， 主要PLC的散熱條件， 當(dāng)PLC的環(huán)境溫度高于55℃時(shí)， 要用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻。

二 PLC程序設(shè)計(jì)

　　目前， 數(shù)控機(jī)床特別是通用數(shù)控機(jī)床的各種功能，例如主軸控制、車床刀架轉(zhuǎn)位、加工中心刀庫的換刀、潤滑、冷卻的啟／停等已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化， 各種數(shù)控系統(tǒng)一般都內(nèi)或提供滿足這些功能的PLC程序。采用獨(dú)立型PLC時(shí)，一般廠家也會(huì)提供滿足通用數(shù)控機(jī)床要求的標(biāo)準(zhǔn)PLC程序。因此，設(shè)計(jì)PLC程序最重要的方法就是詳細(xì)了解并參考系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)PLC程序。

　　程序設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用中最關(guān)鍵的問題。PLC程序設(shè)計(jì)的基本思路是按照設(shè)備的要求設(shè)計(jì)輸入和輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系，在輸入某些信號(hào)時(shí)得到預(yù)期的輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作過程。因此，簡單而常用的方法是以過程為目標(biāo)，分析每個(gè)過程的啟動(dòng)條件和限制條件，根據(jù)這些條件編寫該過程的PLC程序， 完成了所有過程的PLC程序即完成了整個(gè)PLC程序。其中某個(gè)過程可以僅涉及一個(gè)輸出接口，例如冷卻電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)／停止； 也可以涉及多個(gè)輸出接口，例如加工中心換刀的過程。這種方法比較容易實(shí)現(xiàn)PLC程序的模塊化，易于各過程的獨(dú)立調(diào)試， 缺點(diǎn)是往往不能保證最小的存儲(chǔ)器占有量。目前， 隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量方面的限制已經(jīng)越來越小。

　　1 PLC程序設(shè)計(jì)的常用方法

　　程序設(shè)計(jì)的方法有很多， 如狀態(tài)表法、功能表法、流程圖法及現(xiàn)代Petri網(wǎng)法等。

　　(1)狀態(tài)表法。狀態(tài)表法是從傳統(tǒng)繼電器邏輯設(shè)計(jì)方法繼承而來的，經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)， 適合于可編程序控制梯形圖設(shè)計(jì)的一種方法。但狀態(tài)表法僅適合于單一順序問題的程序設(shè)計(jì)，而對(duì)于具有并順序和選擇順序的問題就顯得無能為力。

　　(2)功能圖法。功能圖法是先將控制要求表達(dá)為功能圖，用功能圖來說明可編程序控制器所要完成的控制功能，然后由功能圖寫出邏輯方程， 再畫出梯形圖或?qū)懗鲋噶睢?/span>

　　狀態(tài)表法、功能圖法可以解決順序、隨即等類型問題的程序設(shè)計(jì)。但是， 這些方法不適用于具有協(xié)調(diào)、競爭等性質(zhì)系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)。Perti網(wǎng)方法是解決并行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的一種方法。

　　(3)流程圖方法。對(duì)于采用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言設(shè)計(jì)的PLC程序， 可以采用數(shù)據(jù)處理指令來解決邏輯問題， 比單純用邏輯指令要簡單的多?？梢苑奖愕靥幚眄樞?、隨即、協(xié)調(diào)、競爭等控制功能。流程圖是熟悉計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的程序設(shè)計(jì)人員常用的程序設(shè)計(jì)方法。

　　流程圖是采用高級(jí)語言編程程序的PLC所用的方法，與一般軟件設(shè)計(jì)的流程圖相同， 由有向線段、處理塊、判斷塊等元素組成， 對(duì)數(shù)控機(jī)床上的各種過程都能非常方便的描述。在分析機(jī)床的工藝和控制過程時(shí)，可以直接采用流程圖進(jìn)行描述， 這樣完成了機(jī)床所有的控制過程的分析，也就基本上完成了程序設(shè)計(jì)，然后再通過流程圖完成程序的編寫。這種方法也適用于采用語句表編程語言的PLC。

　　(4)將繼電器控制電路， 改畫成梯形圖。對(duì)于采用梯形圖編程的PLC，正如前述由于繼電器控制電路與梯形圖有很多相似之處， 因此，可以將成熟的繼電器控制系統(tǒng)直接改畫成PLC梯形圖，這種方法適用于較簡單的控制過程。

　　(5)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。對(duì)于較復(fù)雜的控制過程，可以根據(jù)被控制對(duì)象控制的要求，初步設(shè)計(jì)出繼電器控制電路，或直接設(shè)計(jì)出梯形圖，再進(jìn)行必要的簡化和校驗(yàn)，有時(shí)在調(diào)試過程中還需要進(jìn)行必要地修改。這種設(shè)計(jì)方法靈活性大， 其結(jié)果一般不是唯一的。一般與第一種方法配合使用。

　　2 PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟

　　第一，若所采用的PLC自帶有程序，應(yīng)該詳 了解程序已有的功能，對(duì)現(xiàn)有需求的滿足程度和可修改性，盡量采用PLC自帶的程序。

　　第二，將所有與PLC相關(guān)的輸入信號(hào)(按鈕、行程開關(guān)、速度及時(shí)間等傳感器)， 輸出信號(hào)(接觸器、電磁閥、信號(hào)燈等)分別列表， 并按PLC內(nèi)部接口范圍，給每個(gè)信號(hào)分配一個(gè)確定的編號(hào)。

　　第三，詳細(xì)了解生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)控制系統(tǒng)的要求，畫出系統(tǒng)各個(gè)功能過程的工作循環(huán)圖或流程圖、功能圖及有關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖。

　　第四，按照PLC程序語言的要求設(shè)計(jì)梯形圖或編寫程序清單。梯形圖上文字符號(hào)應(yīng)按現(xiàn)場信號(hào)與PLC內(nèi)部接口對(duì)照表的規(guī)定標(biāo)注。

　　3 PLC程序設(shè)計(jì)的一般原則

　　第一，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到保證人身與設(shè)備的安全。

　　第二，PLC的設(shè)計(jì)應(yīng)該是在保證操作者和設(shè)備安全的前提下完成其功能。

　　第三，PLC程序的安全設(shè)計(jì)，并不代表硬件的安全保護(hù)可以省略。

　　第四，PLC程序的安全設(shè)計(jì)，僅是在軟件上提供保護(hù)功能， 為了避免軟件工程異常和調(diào)試中程序編寫錯(cuò)誤或操作不當(dāng)引起的事故， 還要在硬件上設(shè)計(jì)保護(hù)功能。例如，電動(dòng)機(jī)正／反轉(zhuǎn)接觸器的互鎖設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)的限位保護(hù)開關(guān)，這些均在硬件上實(shí)現(xiàn)， 不需要通過PLC控制。

　　第五， 了解PLC自身的特點(diǎn)。不同的廠家的PLC都各有特點(diǎn)，在應(yīng)用中也會(huì)不同， 因此要了解PLC自身的特點(diǎn)才能正確使用并發(fā)揮PLC應(yīng)有的能力，~flPLC的初始狀態(tài)、工作方式(循環(huán)掃描／周期掃描)、掃描周期。

　　第六，設(shè)計(jì)調(diào)試點(diǎn)易于調(diào)試。PLC程序的設(shè)計(jì)往往不是一次可以完成， 常常需要分步反復(fù)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)， 因此，在PLC設(shè)計(jì)中，與一般的軟件設(shè)計(jì)類似， 需要利用中間寄存器設(shè)計(jì)跟蹤標(biāo)記和斷點(diǎn)， 以方便調(diào)試。例如，在自動(dòng)換刀控制程序中設(shè)計(jì)臨時(shí)外部控制指令，使連續(xù)的換刀過程變?yōu)榉植紙?zhí)行， 分布檢查換刀的控制過程是否滿足實(shí)際要求，待調(diào)試成功再取消該臨時(shí)外部控制指令，使換刀過程連續(xù)執(zhí)行。

　　第七，模塊化設(shè)計(jì)。數(shù)控機(jī)床的PLc一般要完成許多功能，模塊化設(shè)計(jì)便于我們對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，當(dāng)改變某一功能的控制程序時(shí)，也不會(huì)對(duì)PLC的其他功能產(chǎn)生影響。第八，盡量減少程序量。減少程序量可以減少程序運(yùn)行的時(shí)間，提高PLC的響應(yīng)速度，這對(duì)于循環(huán)掃描的PLC尤為重要。另外，某些內(nèi)裝式PLC與數(shù)控系統(tǒng)共用處理器、存儲(chǔ)器等資源，減少PLC的程序量對(duì)于節(jié)省系統(tǒng)資源也是非常必要的。

　　第九，全面的注釋，便于維修。PLC所服務(wù)的數(shù)控機(jī)床要求長時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行， 因此，PLC出現(xiàn)問題時(shí)要能立刻排除，詳細(xì)的注釋有利于維修人員維修、日常維護(hù)及系統(tǒng)擴(kuò)展新的功能。

三 PLC調(diào)試

　　1 輸入程序

　　根據(jù)型號(hào)的不同，PLC有多種程序輸入方法， 例如，在PLC上本地輸入，通過數(shù)控系統(tǒng)輸入，通過外部專用編程器輸入，通過PLC提供的基于Pc的軟件在外部Pc上輸入。多數(shù)PLC都提供Pc機(jī)編程輸入功能。

　　2 檢查電氣線路

　　如果電氣線路安裝有誤，不僅會(huì)嚴(yán)重影響PLC程序的調(diào)試進(jìn)度，而且有可能損壞元器件。因此， 調(diào)試前應(yīng)該仔細(xì)檢查整個(gè)系統(tǒng)的電氣線路，特別是電源部分。若系統(tǒng)是分模塊設(shè)計(jì)調(diào)試的，也可以只檢查準(zhǔn)備調(diào)試的模塊部分的電氣線路。

　　3 模擬調(diào)試

　　正如前述，PLC處在數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床電氣之間， 起著承上啟下的作用， 如果PLC指令有誤， 即使電氣線路沒有錯(cuò)誤，也有可能引起事故，損壞設(shè)備。例如主軸采用齒輪傳動(dòng)時(shí)，若齒輪嚙合未到位， 強(qiáng)行長時(shí)間運(yùn)行主軸有可能損壞傳動(dòng)齒輪。因此，在PLC實(shí)際應(yīng)用調(diào)試前應(yīng)先進(jìn)行模擬調(diào)試。

　　模擬調(diào)試可以采用系統(tǒng)提供的模擬臺(tái)調(diào)試， 也可以在關(guān)閉系統(tǒng)強(qiáng)電的條件下模擬調(diào)試，例如， 關(guān)閉主軸強(qiáng)電空開，那么調(diào)試中即使PLC動(dòng)作有誤， 由于主軸電動(dòng)機(jī)不會(huì)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)，所以也不會(huì)引起事故。

　　對(duì)于輸入信號(hào)， 如主軸擋到位回答信號(hào)、刀具夾緊到位回答信號(hào)等，可以采用人工輸入的方式模擬， 按照預(yù)定設(shè)計(jì)的順序逐步調(diào)試，觀察輸出信號(hào)及其控制的執(zhí)行電器是否按預(yù)定規(guī)律動(dòng)作。

　　4 運(yùn)行調(diào)試

　　接通功率器件的動(dòng)力， 如電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)電、氣壓、液壓等，按照實(shí)際運(yùn)行的需要調(diào)試， 在運(yùn)行調(diào)試中要注意電氣與機(jī)械的配合。

　　5 非常規(guī)調(diào)試，驗(yàn)證安全保護(hù)和報(bào)蕾的功能

　　按照與設(shè)計(jì)功能不同的順序輸入或輸出信號(hào)，例如刀具松的狀態(tài)下，按主軸啟動(dòng)按鈕， 或在主軸運(yùn)行中，按下刀具松按鈕，觀察PLC設(shè)計(jì)的保護(hù)功能是否有效。

　　運(yùn)行中接入各單位的報(bào)警信號(hào)，觀察PLC程序是否能正確地報(bào)警并保護(hù)相應(yīng)的單元。例如主軸運(yùn)行中，接入主軸過熱信號(hào)，觀察PLC是否能報(bào)警， 并同時(shí)停止主軸和刀具進(jìn)給。

　　這部分工作一般也分為模擬調(diào)試和運(yùn)行中調(diào)試兩步，以防如果保護(hù)功能失效損壞器件和設(shè)備。

　　6 安全檢查并投入考驗(yàn)性試運(yùn)行

　　待一切正常后可將程序固化到PLC存儲(chǔ)器中，并作備份和詳細(xì)文檔， 說明程序的功能和使用方法等信息。