韓承志

（重慶齒輪箱有限責(zé)任公司，重慶 402260）

PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯，如可靠性高、結(jié)構(gòu)模塊化、編程簡單、接口豐富、維護(hù)簡單等，因此PLC 系統(tǒng)也在很多數(shù)控生產(chǎn)項(xiàng)目中有著非常廣泛的應(yīng)用，接下來筆者將圍繞PLC 系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用這一主題從系統(tǒng)概述、工作原理、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用流程等方面內(nèi)容對(duì)其展開詳細(xì)地闡述，希望這些淺薄的意見和建議可以對(duì)相關(guān)技術(shù)人員提供一些有價(jià)值性的參考意見。

1 PLC 系統(tǒng)概述

每個(gè)PLC 系統(tǒng)主要由中央處理器CPU 模塊、存儲(chǔ)器、電源模塊、輸入輸出I/O 模塊、通信接口、擴(kuò)展接口、編程器等組成，是一種可進(jìn)行編程的邏輯控制系統(tǒng)。其主要用于幫助工作人員對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行內(nèi)部程序儲(chǔ)存，發(fā)布邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)操作等復(fù)雜指令，從而大幅度提高工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的整體質(zhì)量水平，因此PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用也成為了工業(yè)自動(dòng)控制中非常關(guān)鍵的一部分內(nèi)容。

2 PLC 系統(tǒng)工作原理

在介紹PLC 系統(tǒng)工作原理之前，先分析下PLC 系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)。

PLC 系統(tǒng)的中央處理器CPU 中有兩類程序：一類是操作系統(tǒng)，它由PLC 廠家設(shè)計(jì)并在出廠前固化在CPU 模塊中。另一類是用戶程序，它是由最終用戶的編程人員根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求設(shè)計(jì)完成的具有特定功能的程序。

了解了PLC 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)后PLC 系統(tǒng)的工作原理就可以簡單地表述為：在操作系統(tǒng)的管理下，通過運(yùn)行操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序，對(duì)控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。PLC 系統(tǒng)能嚴(yán)格按照控制要求中的特定順序或邏輯來完成全部的程序執(zhí)行作業(yè)，所以該系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)作業(yè)中一直發(fā)揮著非常關(guān)鍵性的作用效果，因此，也受到了很多數(shù)控生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員的廣泛認(rèn)可和推廣。

3 實(shí)踐應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）可靠性高。PLC 系統(tǒng)在實(shí)際數(shù)控應(yīng)用中具有良好的工作性能，同時(shí)還可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行自我診斷，避免因局部故障而導(dǎo)致整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行受到影響，可以自動(dòng)對(duì)數(shù)控設(shè)備中的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，在抗輻射和抗干擾等方面也有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

（2）結(jié)構(gòu)模塊化。從客觀的角度來說，市場(chǎng)上很多小規(guī)模的PLC 系統(tǒng)已經(jīng)逐漸出現(xiàn)了淘汰的趨勢(shì)，而PLC 系統(tǒng)也逐漸向結(jié)構(gòu)模塊化方向進(jìn)行發(fā)展。例如：西門子STEP-7 300/400 系列PLC。該系列PLC 系統(tǒng)提供了豐富的模塊類型，有CPU 模塊、I/O 模塊、通訊模塊、接口模塊、擴(kuò)展模塊等，工作人員可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況以及具體要求對(duì)不同的模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬件組態(tài)，從而使得PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)中發(fā)揮出更大的作用效果，更能通過通訊模塊使數(shù)控系統(tǒng)能控制多個(gè)獨(dú)立的PLC 系統(tǒng)，組成大型工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)完成全集成自動(dòng)化管理。

（3）編程簡單。工作人員在使用PLC 系統(tǒng)進(jìn)行編程操作時(shí)，不需要具備特別專業(yè)的計(jì)算機(jī)水平也能在較短的時(shí)間內(nèi)熟練地掌握整個(gè)系統(tǒng)的操作要點(diǎn)，有利于PLC 系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣和完善。

（4）接口豐富。一般情況下，工作人員使用I/O 模塊作為PLC 系統(tǒng)的主要接口模塊，該類接口針對(duì)具有不同電壓電流特性的脈沖信號(hào)會(huì)使用相應(yīng)的裝置和構(gòu)件來完成相應(yīng)的信息傳遞，其中包括開關(guān)裝置、傳感器、電磁線圈、控制閥等等，工作人員可以合理地使用這些模塊來組態(tài)有效地?cái)U(kuò)大PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)作業(yè)中的運(yùn)行性能。

（5）維護(hù)簡單。任何系統(tǒng)和設(shè)備在長期運(yùn)行的過程中都不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些故障問題，因此，工作人員應(yīng)當(dāng)在使用該系統(tǒng)的過程中定期對(duì)其采取相應(yīng)的維護(hù)措施，確保其在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，減少PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的概率。

3.2 應(yīng)用流程

（1）采樣輸入。PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用中CPU在每個(gè)掃描周期需要先對(duì)任務(wù)的基本數(shù)據(jù)信息進(jìn)行輸入狀態(tài)檢查并生成過程映像輸入表，然后再將輸入掃描結(jié)果儲(chǔ)存于該表內(nèi)，當(dāng)PLC 系統(tǒng)所掃描的外界信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部過程映像輸入表所儲(chǔ)存的信息也會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變，而工作人員可以通過PLC 系統(tǒng)內(nèi)部過程映像輸入表儲(chǔ)存信息的變化來對(duì)外界輸入信號(hào)是否出現(xiàn)變化來進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，為后續(xù)其他數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供理論依據(jù)。

（2）程序執(zhí)行。該環(huán)節(jié)主要是以階梯式為主，PLC 系統(tǒng)通常會(huì)嚴(yán)格按照從左至右、由上至下的順序來完成相應(yīng)程序的執(zhí)行作業(yè)，先將PLC 系統(tǒng)內(nèi)部過程映像輸入表數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效地讀取，然后再以用戶程序設(shè)計(jì)的邏輯運(yùn)算關(guān)系由該系統(tǒng)CPU 快速計(jì)算出其相對(duì)應(yīng)的操作結(jié)果寫入過程映像輸出表，從而完成整個(gè)程序執(zhí)行的基本任務(wù)。

（3）輸出更新。當(dāng)PLC 系統(tǒng)將用戶程序執(zhí)行結(jié)果存入過程映像輸出表，過程映像輸出表會(huì)將存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果寫入輸出模塊完成輸出更新。輸出模塊與其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行外部連接，從而更好地將輸出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)地更新，為整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 實(shí)踐應(yīng)用

（1）故障診斷。PLC 系統(tǒng)在數(shù)控生產(chǎn)作業(yè)的應(yīng)用過程中，可以充分地發(fā)揮出其自身強(qiáng)大的自動(dòng)修復(fù)功能特性，當(dāng)數(shù)控設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)突發(fā)性的故障問題時(shí)，PLC 系統(tǒng)將會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)出警報(bào)來提醒相關(guān)工作人員，與此同時(shí)，PLC 系統(tǒng)還可以根據(jù)數(shù)控設(shè)備在應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息對(duì)其進(jìn)行故障的明確和排查，快速找出故障發(fā)生的具體位置和原因，自動(dòng)將數(shù)控設(shè)備在故障狀態(tài)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)與數(shù)控設(shè)備在正常狀態(tài)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出具有較高參考價(jià)值的診斷報(bào)告作為參考來輔助工作人員更加準(zhǔn)確、高效地完成相應(yīng)的故障處理工作，確保數(shù)控設(shè)備能夠盡可能快地恢復(fù)其正常運(yùn)行的狀態(tài)。

（2）PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的M、S、H、T、D、F 等指令功能。該功能特性主要是指PLC 在機(jī)床系統(tǒng)中開始工作后，經(jīng)特殊的數(shù)據(jù)變量銜接處理來完成對(duì)各種操作指令的有效控制。操作指令對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床設(shè)備有不同的信號(hào)接口表（信號(hào)接口表編程者只能用不可修改）。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到相應(yīng)的指令信號(hào)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)指令信號(hào)接口表生成變量或數(shù)據(jù)位并傳入PLC 系統(tǒng)，PLC 系統(tǒng)根據(jù)變量或數(shù)據(jù)位對(duì)輸出模塊相應(yīng)位進(jìn)行賦值運(yùn)算就能完成相應(yīng)的指令操作。下面筆者以西門子PLC 在840D 數(shù)控系統(tǒng)中如何完成M 指令功能做一個(gè)簡單介紹。

例如：加工程序給出M03（主軸正轉(zhuǎn)），數(shù)控系統(tǒng)將M03 指令變換成數(shù)據(jù)位DB21DBX194.3（M 指令對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)位可以從西門子840D 系統(tǒng)手冊(cè)中Interface M Commands 表中查找），那么PLC 用戶程序就可以用該數(shù)據(jù)位去控制主軸正轉(zhuǎn)輸出位輸出（假設(shè)為：Q0.5），再由Q0.5 輸出信號(hào)觸發(fā)外部主軸驅(qū)動(dòng)單元的正轉(zhuǎn)指令，主軸驅(qū)動(dòng)單元就帶動(dòng)主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，這樣PLC 就在數(shù)控系統(tǒng)中完成了M03 加工指令。西門子PLC 程序簡單設(shè)計(jì)如下：

A DB21DBX194.3（M03 主軸正轉(zhuǎn)接口信號(hào)數(shù)據(jù)位）

S Q0.5 （主軸正轉(zhuǎn)信號(hào)輸出）

A DB21DBX194.5（M05 主軸停止接口信號(hào)數(shù)據(jù)位）

R Q0.5 （主軸正轉(zhuǎn)信號(hào)輸出復(fù)位）

S Q0.6 （假設(shè)A0.6 為主軸停止信號(hào)輸出，觸發(fā)主軸驅(qū)動(dòng)單元停止指令。）

同樣的原理PLC 在數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中能完成所有的加工指令功能，并且可以根據(jù)用戶要求完成自定義指令功能。

4 結(jié)語

雖然就目前而言，國內(nèi)的PLC 系統(tǒng)還處于發(fā)展的初期階段，其在實(shí)際應(yīng)用中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些缺陷問題，但是該系統(tǒng)已然成為未來幾年工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要趨勢(shì)，對(duì)此相應(yīng)系統(tǒng)研究人員也一直在對(duì)PLC 系統(tǒng)進(jìn)行不斷地優(yōu)化，希望該系統(tǒng)在不久的將來能夠得到大幅度的技術(shù)突破，為國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展添加助力，這也是每位參與數(shù)控生產(chǎn)工作人員美好的希冀。