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點的規(guī)模都為了適應(yīng)數(shù)控機床的要求進(jìn)行了專門設(shè)計或給出了典型推薦配置；軟件上則一般根據(jù)數(shù)控機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)具體機床的特點設(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。對于復(fù)雜的控制要求也可以通過參考例程比較容易地實現(xiàn)。

一 PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟

　　1 工藝分析

　　首先對被控機床設(shè)備的工藝過程、工作特點、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PLC提出整體要求。

　　2 系統(tǒng)調(diào)研

　　對根據(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，包括PLC的類型、接口種類和數(shù)量、接口性能、擴展性、PLC程序的編制方法、售后服務(wù)等內(nèi)容，必要時應(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， 本單位的需要和使用習(xí)慣以及整機性價比確定PLC系統(tǒng)的方案。

　　實際上，這里主要是從PLC的角度對數(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)情況才會需要選用獨立型PLC。例如，從經(jīng)濟的角度考慮，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，則需要選用獨立型的PLC。

　　在選擇獨立型PLC時，主要考慮四個因素：

　　(1)功能范圍。PLC功能有強弱之分，價格差別很大。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際需要選用。功能方面主要考慮有無擴展能力，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點數(shù)。統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計中輸入／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)量的擴展單位供用戶配置。選用時要在滿足需要的前提下注意經(jīng)濟性。

　　(3)存儲器容量。根據(jù)系統(tǒng)大小的不同，選擇用戶存儲器容量不同的PLC，一般廠商提供1kB、2kB、4kB、8kB、16kB等容量的存儲器。選擇方法主要憑經(jīng)驗估算， 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為定時器總數(shù)，Ctr為計數(shù)器總數(shù)。有時可以在其基礎(chǔ)上增加20％的裕量。

　　(4)處理時間。PLC從處理一個輸入信號到產(chǎn)生一個輸出信號所需的時間稱為處理時間。處理時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械滯后、輸入信號的到來時刻在掃描周期中的時機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，一個交流輸入信號的處理時間可達(dá)60ms左右， 這對于一般工業(yè)控制系統(tǒng)來說已足夠靈敏，對某些要求輸入／輸出作出快速響應(yīng)的設(shè)備， 可采用快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)模塊及中斷處理等措施來縮短處理時間。

　　4 電氣設(shè)計

　　PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計包括內(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)計時特別要注意以下幾點：

　　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，采用多直流電源時的保護電路。

　　第五，輸出端接不同負(fù)載類型時的保護電路。

　　第六，執(zhí)行電器若為感性負(fù)載，需接保護電路。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， 要用風(fēng)扇強制冷卻。

二 PLC程序設(shè)計

　　目前， 數(shù)控機床特別是通用數(shù)控機床的各種功能，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。采用獨立型PLC時，一般廠家也會提供滿足通用數(shù)控機床要求的標(biāo)準(zhǔn)PLC程序。因此，設(shè)計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)計是PLC應(yīng)用中最關(guān)鍵的問題。PLC程序設(shè)計的基本思路是按照設(shè)備的要求設(shè)計輸入和輸出信號的邏輯關(guān)系，在輸入某些信號時得到預(yù)期的輸出信號，從而實現(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)，分析每個過程的啟動條件和限制條件，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PLC程序。其中某個過程可以僅涉及一個輸出接口，例如冷卻電動機的啟動／停止； 也可以涉及多個輸出接口，例如加工中心換刀的過程。這種方法比較容易實現(xiàn)PLC程序的模塊化，易于各過程的獨立調(diào)試， 缺點是往往不能保證最小的存儲器占有量。目前， 隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展，對PLC存儲器容量方面的限制已經(jīng)越來越小。

　　1 PLC程序設(shè)計的常用方法

　　程序設(shè)計的方法有很多， 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，而對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。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。Perti網(wǎng)方法是解決并行系統(tǒng)程序設(shè)計的一種方法。

　　(3)流程圖方法。對于采用計算機高級語言設(shè)計的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?？梢苑奖愕靥幚眄樞颉㈦S即、協(xié)調(diào)、競爭等控制功能。流程圖是熟悉計算機高級語言的程序設(shè)計人員常用的程序設(shè)計方法。

　　流程圖是采用高級語言編程程序的PLC所用的方法，與一般軟件設(shè)計的流程圖相同， 由有向線段、處理塊、判斷塊等元素組成， 對數(shù)控機床上的各種過程都能非常方便的描述。在分析機床的工藝和控制過程時，可以直接采用流程圖進(jìn)行描述， 這樣完成了機床所有的控制過程的分析，也就基本上完成了程序設(shè)計，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)驗設(shè)計法。對于較復(fù)雜的控制過程，可以根據(jù)被控制對象控制的要求，初步設(shè)計出繼電器控制電路，或直接設(shè)計出梯形圖，再進(jìn)行必要的簡化和校驗，有時在調(diào)試過程中還需要進(jìn)行必要地修改。這種設(shè)計方法靈活性大， 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(按鈕、行程開關(guān)、速度及時間等傳感器)， 輸出信號(接觸器、電磁閥、信號燈等)分別列表， 并按PLC內(nèi)部接口范圍，給每個信號分配一個確定的編號。

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

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

　　3 PLC程序設(shè)計的一般原則

　　第一，設(shè)計時要考慮到保證人身與設(shè)備的安全。

　　第二，PLC的設(shè)計應(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，并不代表硬件的安全保護可以省略。

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

　　第五， 了解PLC自身的特點。不同的廠家的PLC都各有特點，在應(yīng)用中也會不同， 因此要了解PLC自身的特點才能正確使用并發(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)計調(diào)試點易于調(diào)試。PLC程序的設(shè)計往往不是一次可以完成， 常常需要分步反復(fù)調(diào)試和實驗， 因此，在PLC設(shè)計中，與一般的軟件設(shè)計類似， 需要利用中間寄存器設(shè)計跟蹤標(biāo)記和斷點， 以方便調(diào)試。例如，在自動換刀控制程序中設(shè)計臨時外部控制指令，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際要求，待調(diào)試成功再取消該臨時外部控制指令，使換刀過程連續(xù)執(zhí)行。

　　第七，模塊化設(shè)計。數(shù)控機床的PLc一般要完成許多功能，模塊化設(shè)計便于我們對各個功能進(jìn)行單獨調(diào)試，當(dāng)改變某一功能的控制程序時，也不會對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行的時間，提高PLC的響應(yīng)速度，這對于循環(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、存儲器等資源，減少PLC的程序量對于節(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)控機床要求長時間的穩(wěn)定運行， 因此，PLC出現(xiàn)問題時要能立刻排除，詳細(xì)的注釋有利于維修人員維修、日常維護及系統(tǒng)擴展新的功能。

三 PLC調(diào)試

　　1 輸入程序

　　根據(jù)型號的不同，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誤，也有可能引起事故，損壞設(shè)備。例如主軸采用齒輪傳動時，若齒輪嚙合未到位， 強行長時間運行主軸有可能損壞傳動齒輪。因此，在PLC實際應(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)提供的模擬臺調(diào)試， 也可以在關(guān)閉系統(tǒng)強電的條件下模擬調(diào)試，例如， 關(guān)閉主軸強電空開，那么調(diào)試中即使PLC動作有誤， 由于主軸電動機不會實際運轉(zhuǎn)，所以也不會引起事故。

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

　　4 運行調(diào)試

　　接通功率器件的動力， 如電動機及其驅(qū)動器的強電、氣壓、液壓等，按照實際運行的需要調(diào)試， 在運行調(diào)試中要注意電氣與機械的配合。

　　5 非常規(guī)調(diào)試，驗證安全保護和報蕾的功能

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

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

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

　　6 安全檢查并投入考驗性試運行

　　待一切正常后可將程序固化到PLC存儲器中，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。