1 引言

　　數(shù)控機(jī)床的初始化設(shè)置程序，一般采用匯編語言。高級(jí)語言或?qū)I(yè)編程技術(shù)編制。匯編語言程序結(jié)構(gòu)差，功能不易擴(kuò)展；采用高級(jí)語言或?qū)I(yè)編程技術(shù)要求編程人員掌握高級(jí)編程技術(shù)，但難被一般的機(jī)床操作者所掌握。因此通常的情況是，數(shù)控機(jī)床的普通用戶很難對(duì)所提供的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行系統(tǒng)程序的編制或改動(dòng)，機(jī)床一旦出現(xiàn)程序故障，往往是束手無策，只能等待數(shù)控機(jī)床的售后服務(wù)專業(yè)人員進(jìn)行維修， 這樣對(duì)就大大地影響了數(shù)控機(jī)床的使用效率。

　　PLC編程技術(shù)自從上個(gè)世紀(jì)六十年代末問世以來， 經(jīng)歷三十多年的發(fā)展，技術(shù)十分成熟和普及，已經(jīng)被普通用戶所掌握。然而，在數(shù)控機(jī)床的編程應(yīng)用中，國產(chǎn)PLC的應(yīng)用目前還只在輔助功能M刀具功能T、主軸功能S和開關(guān)量的控制，及一些單一化功能的應(yīng)用上，對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)初始化設(shè)置還沒有得到應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)這一用途，本文采用PLC編程對(duì)數(shù)控機(jī)床的初始化程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，表現(xiàn)在功能設(shè)置上具有高度的靈活性、在許可范圍內(nèi)可以進(jìn)行數(shù)控軸數(shù)的增減和配置% 控制信號(hào)的增減和變動(dòng)、以及進(jìn)行用戶程序初始化的靈活配置，等等。只要通過更改PLC編程，就可以使相應(yīng)的配置立即生效，這使得相同的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)可以靈活地應(yīng)用到不同配置的數(shù)控機(jī)床上，可以很容易地更改數(shù)控機(jī)床的用途，等等。機(jī)床操作者只要掌握普通的PLC編程知識(shí)就可以進(jìn)行系統(tǒng)功能維護(hù)、檢修、設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。

2 硬件結(jié)構(gòu)

　　數(shù)控機(jī)床PLC結(jié)構(gòu)可分為兩類，一類是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制而設(shè)計(jì)的內(nèi)裝型PLC，另一類是輸入/輸出接口技術(shù)規(guī)范、I/O點(diǎn)數(shù)、程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能均能滿足控制要求的獨(dú)立型PLC。

　　內(nèi)裝型PLC從屬于數(shù)控裝置，它可與CNC 共用CPU，也可單獨(dú)使用一個(gè)CPU/ 通常制成一塊附加板插裝在CPU 主機(jī)中，不另配PLC接口， 而是使用CNC 系統(tǒng)本身的I/O 接口， 這樣，PLC與CNC 之間的信號(hào)傳送在CNC 裝置內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)， 而PLC與機(jī)床電氣控制信號(hào)的傳送則通過CNC 的I/O 接口實(shí)現(xiàn)。因此該P(yáng)LC的硬件和軟件部分被作為CNC 的基本功能而統(tǒng)一設(shè)計(jì)和制造， 結(jié)構(gòu)十分緊湊；PLC控制程序一經(jīng)編制， 傳送到CNC 裝置中，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床電氣控制信號(hào)系統(tǒng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能控制。獨(dú)立型PLC是獨(dú)立于數(shù)控裝置，具備完善的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。

　　這兩類PLC的硬件聯(lián)接方式不同，但對(duì)數(shù)控機(jī)床的功能控制的軟件設(shè)計(jì)是大同小異的。

3 初始化程序設(shè)計(jì)

　　3.1 設(shè)計(jì)思路

　　本文基于內(nèi)裝型PLC，裝入西門子S7-200PLC系統(tǒng)，采用STEP7-Micro編程軟件，對(duì)初始化程序進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，最后把軟件傳送到西門子802D數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)如下功能。

　　數(shù)控機(jī)床控制軸數(shù)的靈活配置功能；
　　控制信號(hào)的增減和變動(dòng)；
　　伺服電動(dòng)機(jī)光電編碼器初始化；
　　用戶程序初始化的靈活配置。

　　此外，根據(jù)控制軸數(shù)的不同配置，可顯示機(jī)床為數(shù)控銑床、數(shù)控車床、或者是通用型數(shù)控機(jī)床，以提示不同的用途。 采用結(jié)構(gòu)化編程編制各個(gè)功能的PLC模塊，可以根據(jù)不同的控制要求，增加或裁減相應(yīng)的功能模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相應(yīng)的功能配置。

　　在開始PLC初始化程序設(shè)計(jì)前，需要給出如下參數(shù)定義，初始化程序根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值，確定機(jī)床的功能配置。

　　確定機(jī)床參數(shù)、機(jī)床的類型、控制軸數(shù)。對(duì)I/O 信號(hào)進(jìn)行變量定義，列出變量表，供PLC程序設(shè)計(jì)使用。

　　對(duì)傳感元件檢測的信號(hào)，如裝在回轉(zhuǎn)軸上的編碼器檢測信號(hào)和坐標(biāo)軸上的行程硬限位開關(guān)信號(hào)， 進(jìn)行必要的編碼和轉(zhuǎn)換，供CPU 識(shí)別和處理。

　　初始化程序在機(jī)床通電后的第一個(gè)PLC循環(huán)被主程序調(diào)用，執(zhí)行后即可確定機(jī)床的配置。 反之，如果機(jī)床配置發(fā)生變化，也可以改變相應(yīng)的PLC初始化程序的功能模塊， 即可快速地構(gòu)建相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

　　3.2 初始化PLC 設(shè)計(jì)

　　根據(jù)機(jī)床配置的參數(shù)， 設(shè)定數(shù)控核心NCK的接口信號(hào)，如根據(jù)機(jī)床參數(shù)MD_type的值確定機(jī)床是車床、銑床或通用類機(jī)床；根據(jù)參數(shù)MD_type和MD_axse確定機(jī)床的控制軸數(shù)和主軸代號(hào)；根據(jù)機(jī)床參數(shù)MD_override的第0位來確定機(jī)床是否配置主軸倍率開關(guān)； 根據(jù)變量V32000006.7的置位信號(hào)使進(jìn)給倍率生效； 對(duì)伺服電機(jī)上的光電編碼器進(jìn)行格雷碼初始化，以及調(diào)用用戶初始化程序，使操作進(jìn)入用戶工作狀態(tài)，等等。初始化程序使PLC系統(tǒng)進(jìn)入初始工作狀態(tài)。

　　對(duì)于通用的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)， 設(shè)計(jì)初始化程序的語句結(jié)構(gòu)如下：

　　在以上的PLC 程序中，簡要使用B。 條語句即完成基本結(jié)構(gòu)的PLC 初始化程序設(shè)計(jì)。 而且，占主要篇幅的只是光電編碼器格雷碼的賦值語句，共49條，接近一半，對(duì)于不同型號(hào)的編碼器，只要作相應(yīng)的賦值修改即可完成設(shè)置。X、Y、Z、A軸可以進(jìn)行相應(yīng)的配置，根據(jù)變量定義值，即可去除相應(yīng)的進(jìn)給軸的配置。此外，程序中留有備用模塊，用于用戶對(duì)機(jī)床進(jìn)行功能擴(kuò)展。最后轉(zhuǎn)入用戶初始化程序，即可進(jìn)入機(jī)床實(shí)際應(yīng)用的操作。 這里采用了模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 各個(gè)功能模塊均可根據(jù)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際配置，進(jìn)行裁剪，使得控制功能具有優(yōu)良的柔性和實(shí)用性。

4 程序調(diào)試

　　把以上編制的PLC 初始化程序通過通訊接口傳送到西門子802D的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，進(jìn)行如下調(diào)試。

　　設(shè)置機(jī)床類型。 置機(jī)床參數(shù)MD_type為0，機(jī)床重新啟動(dòng)后，顯示屏即顯示機(jī)床為通用機(jī)床，可控制。 軸驅(qū)動(dòng)。然后，改變機(jī)床參數(shù)MD_type為1，機(jī)床重新啟動(dòng)后，顯示屏就改變顯示為車床配置，控制軸為：第1軸為X軸，第2 軸為Z軸，第3 軸為主軸，可用于三軸驅(qū)動(dòng)的車床系統(tǒng)的應(yīng)用。接著，再改變機(jī)床參數(shù)MD_type為2，機(jī)床重新啟動(dòng)后，顯示屏就改變相應(yīng)的顯示為銑床配置，控制軸為：第1軸為X軸，第2軸為Y軸，第3軸為Z軸，第4軸為主軸，第5軸為A軸，可滿足四個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸和一個(gè)運(yùn)動(dòng)主軸的銑床系統(tǒng)的應(yīng)用。

　　增減機(jī)床控制軸數(shù)。 以上述的銑床配置為例，可知該銑床配置為4個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)主軸，用于四坐標(biāo)數(shù)控銑床的控制。 今把機(jī)床參數(shù)MD_axes設(shè)為0，重新啟動(dòng)機(jī)床后，顯示屏就顯示機(jī)床配置為X、Y、Z軸和一個(gè)主軸，這樣就去除了A軸，通過這樣的設(shè)置后， 數(shù)控系統(tǒng)就可以把機(jī)床應(yīng)用于不需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場合， 即可用于實(shí)際配置為三個(gè)直線進(jìn)給軸和一個(gè)主軸的三坐標(biāo)數(shù)控銑床的控制系統(tǒng)。

　　其余控制信號(hào)的測試，限位開關(guān)設(shè)置；各個(gè)進(jìn)給軸的使能設(shè)置；以及控制面板的按鍵定義等，可結(jié)合用戶初始化子程序中的定義結(jié)合進(jìn)行，只要用戶功能設(shè)置正確，變量定義合理，即可實(shí)現(xiàn)功能控制，此處不再贅述。

5 結(jié)語

　　對(duì)于一般配置的數(shù)控機(jī)床，基于PLC控制軟件，結(jié)合相應(yīng)的變量定義，編制數(shù)控系統(tǒng)的PLC初始化程序，通過西門子802D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)試，證明可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能配置，完成初始化工作。 而且，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際應(yīng)用，可以靈活改變機(jī)床配置，使數(shù)控系統(tǒng)靈活應(yīng)用于實(shí)際工作需要。

　　實(shí)踐證明， 采用PLC設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的初始化程序控制是切實(shí)可行的，具有靈活；通用和操作簡便等特點(diǎn)，易為普通機(jī)床用戶所采用。