1 引言
數(shù)控機床的初始化設置程序，一般采用匯編語言。高級語言或?qū)I(yè)編程技術(shù)編制。匯編語言程序結(jié)構(gòu)差，功能不易擴展；采用高級語言或?qū)I(yè)編程技術(shù)要求編程人員掌握高級編程技術(shù)，但難被一般的機床操作者所掌握。因此通常的情況是，數(shù)控機床的普通用戶很難對所提供的數(shù)控機床進行系統(tǒng)程序的編制或改動，機床一旦出現(xiàn)程序故障，往往是束手無策，只能等待數(shù)控機床的售后服務專業(yè)人員進行維修， 這樣對就大大地影響了數(shù)控機床的使用效率。
PLC編程技術(shù)自從上個世紀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)控機床的編程應用中，國產(chǎn)PLC的應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用上，對于數(shù)控系統(tǒng)初始化設置還沒有得到應用。為了實現(xiàn)這一用途，本文采用PLC編程對數(shù)控機床的初始化程序進行了設計，表現(xiàn)在功能設置上具有高度的靈活性、在許可范圍內(nèi)可以進行數(shù)控軸數(shù)的增減和配置% 控制信號的增減和變動、以及進行用戶程序初始化的靈活配置，等等。只要通過更改PLC編程，就可以使相應的配置立即生效，這使得相同的計算機數(shù)控系統(tǒng)可以靈活地應用到不同配置的數(shù)控機床上，可以很容易地更改數(shù)控機床的用途，等等。機床操作者只要掌握普通的PLC編程知識就可以進行系統(tǒng)功能維護、檢修、設計和開發(fā)工作。
2 硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)控機床PLC結(jié)構(gòu)可分為兩類，一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制而設計的內(nèi)裝型PLC，另一類是輸入/輸出接口技術(shù)規(guī)范、I/O點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能均能滿足控制要求的獨立型PLC。
內(nèi)裝型PLC從屬于數(shù)控裝置，它可與CNC 共用CPU，也可單獨使用一個CPU/ 通常制成一塊附加板插裝在CPU 主機中，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 之間的信號傳送在CNC 裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)， 而PLC與機床電氣控制信號的傳送則通過CNC 的I/O 接口實現(xiàn)。因此該PLC的硬件和軟件部分被作為CNC 的基本功能而統(tǒng)一設計和制造， 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，即可實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)對機床電氣控制信號系統(tǒng)的控制，從而實現(xiàn)數(shù)控機床的功能控制。獨立型PLC是獨立于數(shù)控裝置，具備完善的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務的裝置。
這兩類PLC的硬件聯(lián)接方式不同，但對數(shù)控機床的功能控制的軟件設計是大同小異的。
3 初始化程序設計
3.1 設計思路
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，對初始化程序進行設計和編程，最后把軟件傳送到西門子802D數(shù)控系統(tǒng)中進行調(diào)試，實現(xiàn)如下功能。
數(shù)控機床控制軸數(shù)的靈活配置功能；
控制信號的增減和變動；
伺服電動機光電編碼器初始化；
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，可顯示機床為數(shù)控銑床、數(shù)控車床、或者是通用型數(shù)控機床，以提示不同的用途。 采用結(jié)構(gòu)化編程編制各個功能的PLC模塊，可以根據(jù)不同的控制要求，增加或裁減相應的功能模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)相應的功能配置。
在開始PLC初始化程序設計前，需要給出如下參數(shù)定義，初始化程序根據(jù)設定的參數(shù)值，確定機床的功能配置。
確定機床參數(shù)、機床的類型、控制軸數(shù)。對I/O 信號進行變量定義，列出變量表，供PLC程序設計使用。
對傳感元件檢測的信號，如裝在回轉(zhuǎn)軸上的編碼器檢測信號和坐標軸上的行程硬限位開關(guān)信號， 進行必要的編碼和轉(zhuǎn)換，供CPU 識別和處理。
初始化程序在機床通電后的第一個PLC循環(huán)被主程序調(diào)用，執(zhí)行后即可確定機床的配置。 反之，如果機床配置發(fā)生變化，也可以改變相應的PLC初始化程序的功能模塊， 即可快速地構(gòu)建相應的控制系統(tǒng)。
3.2 初始化PLC 設計
根據(jù)機床配置的參數(shù)， 設定數(shù)控核心NCK的接口信號，如根據(jù)機床參數(shù)MD_type的值確定機床是車床、銑床或通用類機床；根據(jù)參數(shù)MD_type和MD_axse確定機床的控制軸數(shù)和主軸代號；根據(jù)機床參數(shù)MD_override的第0位來確定機床是否配置主軸倍率開關(guān)； 根據(jù)變量V32000006.7的置位信號使進給倍率生效； 對伺服電機上的光電編碼器進行格雷碼初始化，以及調(diào)用用戶初始化程序，使操作進入用戶工作狀態(tài)，等等。初始化程序使PLC系統(tǒng)進入初始工作狀態(tài)。
對于通用的計算機數(shù)控系統(tǒng)， 設計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 初始化程序設計。 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，對于不同型號的編碼器，只要作相應的賦值修改即可完成設置。X、Y、Z、A軸可以進行相應的配置，根據(jù)變量定義值，即可去除相應的進給軸的配置。此外，程序中留有備用模塊，用于用戶對機床進行功能擴展。最后轉(zhuǎn)入用戶初始化程序，即可進入機床實際應用的操作。 這里采用了模塊化程序結(jié)構(gòu)設計， 各個功能模塊均可根據(jù)數(shù)控機床的實際配置，進行裁剪，使得控制功能具有優(yōu)良的柔性和實用性。
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的機床數(shù)控系統(tǒng)中，進行如下調(diào)試。
設置機床類型。 置機床參數(shù)MD_type為0，機床重新啟動后，顯示屏即顯示機床為通用機床，可控制。 軸驅(qū)動。然后，改變機床參數(shù)MD_type為1，機床重新啟動后，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)動的車床系統(tǒng)的應用。接著，再改變機床參數(shù)MD_type為2，機床重新啟動后，顯示屏就改變相應的顯示為銑床配置，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，可滿足四個進給運動軸和一個運動主軸的銑床系統(tǒng)的應用。
增減機床控制軸數(shù)。 以上述的銑床配置為例，可知該銑床配置為4個進給軸和一個主軸，用于四坐標數(shù)控銑床的控制。 今把機床參數(shù)MD_axes設為0，重新啟動機床后，顯示屏就顯示機床配置為X、Y、Z軸和一個主軸，這樣就去除了A軸，通過這樣的設置后， 數(shù)控系統(tǒng)就可以把機床應用于不需要回轉(zhuǎn)運動的場合， 即可用于實際配置為三個直線進給軸和一個主軸的三坐標數(shù)控銑床的控制系統(tǒng)。
其余控制信號的測試，限位開關(guān)設置；各個進給軸的使能設置；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)合進行，只要用戶功能設置正確，變量定義合理，即可實現(xiàn)功能控制，此處不再贅述。
5 結(jié)語
對于一般配置的數(shù)控機床，基于PLC控制軟件，結(jié)合相應的變量定義，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)進行全面調(diào)試，證明可以實現(xiàn)數(shù)控機床的功能配置，完成初始化工作。 而且，根據(jù)數(shù)控機床的實際應用，可以靈活改變機床配置，使數(shù)控系統(tǒng)靈活應用于實際工作需要。
實踐證明， 采用PLC設計數(shù)控機床的初始化程序控制是切實可行的，具有靈活；通用和操作簡便等特點，易為普通機床用戶所采用。
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本文標題：PLC編程應用于計算機數(shù)控系統(tǒng)初始化設計
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