一、PLC簡(jiǎn)介
PLC的最核心部分為中央處理器，即CPU，其包括存儲(chǔ)器與CPU兩個(gè)部分。一般中小型的PLCCUP通常是8位或者16位的微處理器，控制器為單片機(jī)。PLC的存儲(chǔ)器也有兩個(gè)部分，分別是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器與用戶程序存儲(chǔ)器。其中監(jiān)控、命令解釋、故障診斷以及鍵盤輸入處理與調(diào)用管理、功能子程序等均存儲(chǔ)于系統(tǒng)存儲(chǔ)器中；而一些編程輸入的程序則存儲(chǔ)于用戶程序存儲(chǔ)器中。由此可見(jiàn)，PLC其實(shí)質(zhì)屬于一種專用的計(jì)算機(jī)，其組成形式近似于微機(jī)，具體而言，PLC的主要組成部分包括：CPU，即微處理器、用戶輸入輸出模塊、輸入輸出的擴(kuò)展接口、相關(guān)的外圍設(shè)備與電源等。
其中PLC的I/O接口模塊的主要作用是連接CPU與作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，其包括開(kāi)關(guān)量I/O接口、智能I/O接口以及模擬量I/O接口和通訊接口等，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，用戶可以按照自身的需求選擇，進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展，從而組成與實(shí)際生產(chǎn)要求相符的PLC控制系統(tǒng)。
通常PLC內(nèi)置型與獨(dú)立型兩種。內(nèi)置型PLC是指其包含在CNC裝置中，屬于CNC的一個(gè)組成部分，通常這種PLC不再另配I/O接口，而是與CNC共用I/O接口進(jìn)行輸出與輸出；獨(dú)立型PLC則自身具備完整的軟硬件，可以獨(dú)立完成CNC的任務(wù)要求，這種PLC有自己的獨(dú)立的I/O接口，比較有利用后續(xù)的功能擴(kuò)展。
PLC的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法加工的曲面、曲線等工件可以通過(guò)PLC加工出來(lái)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)可以將每個(gè)坐標(biāo)軸的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)量準(zhǔn)確的計(jì)算出來(lái)，從而復(fù)合為復(fù)雜的曲線、曲面。第二，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性自動(dòng)化的加工模式，與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，其工作效率可以提高七倍。計(jì)算機(jī)的記憶存儲(chǔ)功能可以存儲(chǔ)輸入的程序，只需自動(dòng)執(zhí)行程序即可完成自動(dòng)控制。第三，加工出來(lái)的工件尺寸分散小、精度高，使得裝配更加容易。第四，多工序集中處理，從而工件可以不必在機(jī)床間被頻繁移動(dòng)。第五，PLC擁有各種自動(dòng)報(bào)警、監(jiān)控及自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ埽L(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管也可自動(dòng)加工，解放了勞動(dòng)力。
二、PLC的整體設(shè)計(jì)
通常一臺(tái)車床的加工控制系統(tǒng)包括控制模塊、伺服單元、控制面板、編碼器、顯示器、刀庫(kù)以及機(jī)床的外部信號(hào)和手脈等幾個(gè)部分。如果控制系統(tǒng)所用的是內(nèi)置型PLC，則要把PLC集成至控制單元中，在CNC與PLC之間進(jìn)行內(nèi)部控制信號(hào)的雙向傳遞；CNC控制伺服單元，編碼器向伺服單元反饋位置信號(hào)；其它的操作面板、機(jī)床外部信號(hào)以及刀庫(kù)等均由PLC通過(guò)位置反饋半閉環(huán)控制的方法進(jìn)行控制。
CNC與PLC共同組成控制模塊，再連接伺服單元、操作面板、刀庫(kù)及機(jī)床的外部信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸；在加工過(guò)程中，可以通過(guò)PLC的輸入模塊、限位開(kāi)關(guān)以及脈沖編編碼器等模塊實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，再將整理過(guò)的數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊，做相應(yīng)的運(yùn)算，此時(shí)控制模塊會(huì)參照顯示器與操作面板所顯示范操作指令結(jié)合前面的計(jì)算結(jié)果，最終完成加工過(guò)程及其相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。
三、PLC在數(shù)控機(jī)床中的安全互鎖
（一）安全互鎖
我們可以假設(shè)現(xiàn)在有A、B兩個(gè)加工過(guò)程，基于安全角度考慮，A動(dòng)作后會(huì)對(duì)B動(dòng)作有所限制，則這種限制則稱為A對(duì)B有安全互鎖，如果A與B互有安全互鎖功能，則稱其為雙向安全互鎖。PLC在異常的情況下，要有安全互鎖功能緊急保護(hù)設(shè)備與操作者，而且要向操作者發(fā)出報(bào)警。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要詳細(xì)分析易出現(xiàn)事故的工作環(huán)境，在電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)安全互鎖功能。
（二）急停
如果發(fā)生了緊急情況，操作人員要按下急停按鈕，以防止出現(xiàn)事故或者事故進(jìn)一步擴(kuò)大，所以爭(zhēng)停按鈕非常重要，必須保證其可以將各運(yùn)動(dòng)部件及時(shí)停止，比如進(jìn)給軸、刀架以及主軸等等。目前常見(jiàn)的作法是按下急停按鈕除了控制電源外，其它的動(dòng)力電源全部關(guān)閉。還可以按停急停按鈕將各運(yùn)動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)切斷，不過(guò)這種方法不適用于驅(qū)動(dòng)器失控的情況下。在電氣設(shè)計(jì)中，急停的安全互鎖是必不可少的。
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如果進(jìn)給軸或者其它移動(dòng)部件有位置要求，超出了設(shè)計(jì)的行程范圍，則要利用限位信號(hào)對(duì)其予以保護(hù)。通常限位信號(hào)不僅要在出現(xiàn)限位時(shí)禁止移動(dòng)部件發(fā)生移動(dòng)，而且還要向NC發(fā)出限位方向的通知，從而如果脫離限位狀態(tài)是通過(guò)超程解除等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的情況下，不會(huì)出現(xiàn)由于誤操作而導(dǎo)致超行程的進(jìn)一步擴(kuò)大，即只允許移動(dòng)部件向著限位方向的反方向移動(dòng)限位。通常這種安全互鎖在電氣設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)。
�。ㄋ模┻M(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置
一般數(shù)據(jù)機(jī)床自動(dòng)加工過(guò)程中的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)需要由至少兩個(gè)或者以上的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置共同完成，所以如果其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生報(bào)警，則自動(dòng)加工裝態(tài)就要停止。通常在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，即可實(shí)現(xiàn)這種驅(qū)動(dòng)裝置的安全互鎖。
（五）主軸單元
機(jī)床的刀具或者工件所產(chǎn)生的切削運(yùn)動(dòng)是由數(shù)控機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所帶動(dòng)的，主軸單元的安全互鎖主要包括以下幾點(diǎn)要求：第一，如果主軸出現(xiàn)報(bào)警，則要立刻停止自動(dòng)加工，以避免刀具或者主軸被損壞；第二，如果主軸的檔位有數(shù)個(gè)，則主軸未成功換擋的情況下要禁止機(jī)床繼續(xù)自動(dòng)加工以及主軸不可再連續(xù)運(yùn)動(dòng)；第三，如果主軸處于運(yùn)動(dòng)的狀誠(chéng)，要絕對(duì)禁止需要主軸靜止才能操作的過(guò)程，比如自動(dòng)換刀或者刀具的松緊等。通常在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)前兩點(diǎn)，而第三點(diǎn)則可以通過(guò)電氣設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
�。┤喈惒诫妱�(dòng)機(jī)的換向
電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以通過(guò)更換三相異步電機(jī)任意兩相電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果同時(shí)閉合控制正、反轉(zhuǎn)的兩個(gè)交流接觸器，就會(huì)使得在相電源的其中兩相出現(xiàn)短路，所以該兩個(gè)交流接觸器控制要雙向安全互鎖。而且交流接觸器的釋放會(huì)相對(duì)滯后，如果兩個(gè)交流接觸器的控制線圈同步得電，則仍然存在一個(gè)瞬間同步接通的過(guò)程，從而使得電源瞬時(shí)短路，所以軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中正、反轉(zhuǎn)的安全互鎖必不可少。
�。ㄆ撸⿹Q刀
在換刀或者換刀不成功時(shí)，要絕對(duì)禁止主軸運(yùn)動(dòng)，特別是銑床，而且系統(tǒng)程序的自動(dòng)加工進(jìn)給也要同時(shí)禁止；自動(dòng)換刀鏜銑床如果使用的是盤式刀庫(kù)或者機(jī)械后，則在松、緊刀時(shí)要禁止Z軸移動(dòng)。當(dāng)自動(dòng)換刀鏜銑刀庫(kù)與主軸靠近時(shí)，Z軸要禁止移動(dòng)，在刀具未被夾緊的情況下，主軸要禁止旋轉(zhuǎn)，機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給同樣要禁止。
四、調(diào)試
按照相關(guān)要求對(duì)數(shù)控控制柜、現(xiàn)場(chǎng)接線進(jìn)行全面檢查后，就要進(jìn)行成套設(shè)備的聯(lián)機(jī)調(diào)試，在通電的情況下，出于安全考慮，要準(zhǔn)備隨時(shí)按急停按鈕以便即時(shí)切斷電源。通常調(diào)試的基本步驟如下：第一步，進(jìn)行通電試車，在通電后先觀察是否有報(bào)警，再將其它各部件手動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)導(dǎo)軌的運(yùn)行狀況、部件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、安全裝置的作用等進(jìn)行測(cè)量；第二步，程序的調(diào)試，利用通訊接口將事前編好的梯形圖傳送至控制系統(tǒng)，再由監(jiān)視功能調(diào)試梯形圖程序；第三步，調(diào)試伺服系統(tǒng)，以保證機(jī)床的運(yùn)行效率；此外還要對(duì)機(jī)床的運(yùn)行參數(shù)做進(jìn)一步的優(yōu)化，以保證系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。
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