1 引言

　　數控機床的初始化設置程序，一般采用匯編語言。高級語言或專業(yè)編程技術編制。匯編語言程序結構差，功能不易擴展；采用高級語言或專業(yè)編程技術要求編程人員掌握高級編程技術，但難被一般的機床操作者所掌握。因此通常的情況是，數控機床的普通用戶很難對所提供的數控機床進行系統(tǒng)程序的編制或改動，機床一旦出現程序故障，往往是束手無策，只能等待數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控機床的使用效率。

　　PLC編程技術自從上個世紀六十年代末問世以來， 經歷三十多年的發(fā)展，技術十分成熟和普及，已經被普通用戶所掌握。然而，在數控機床的編程應用中，國產PLC的應用目前還只在輔助功能M刀具功能T、主軸功能S和開關量的控制，及一些單一化功能的應用上，對于數控系統(tǒng)初始化設置還沒有得到應用。為了實現這一用途，本文采用PLC編程對數控機床的初始化程序進行了設計，表現在功能設置上具有高度的靈活性、在許可范圍內可以進行數控軸數的增減和配置% 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控系統(tǒng)可以靈活地應用到不同配置的數控機床上，可以很容易地更改數控機床的用途，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 硬件結構

　　數控機床PLC結構可分為兩類，一類是專為實現數控機床順序控制而設計的內裝型PLC，另一類是輸入/輸出接口技術規(guī)范、I/O點數、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。

　　內裝型PLC從屬于數控裝置，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 裝置內部即可實現， 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。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， 結構十分緊湊；PLC控制程序一經編制， 傳送到CNC 裝置中，即可實現數控系統(tǒng)對機床電氣控制信號系統(tǒng)的控制，從而實現數控機床的功能控制。獨立型PLC是獨立于數控裝置，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數控系統(tǒng)中進行調試，實現如下功能。

　　數控機床控制軸數的靈活配置功能；
　　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，根據控制軸數的不同配置，可顯示機床為數控銑床、數控車床、或者是通用型數控機床，以提示不同的用途。 采用結構化編程編制各個功能的PLC模塊，可以根據不同的控制要求，增加或裁減相應的功能模塊，實現系統(tǒng)相應的功能配置。

　　在開始PLC初始化程序設計前，需要給出如下參數定義，初始化程序根據設定的參數值，確定機床的功能配置。

　　確定機床參數、機床的類型、控制軸數。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，如裝在回轉軸上的編碼器檢測信號和坐標軸上的行程硬限位開關信號， 進行必要的編碼和轉換，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， 即可快速地構建相應的控制系統(tǒng)。

　　3.2 初始化PLC 設計

　　根據機床配置的參數， 設定數控核心NCK的接口信號，如根據機床參數MD_type的值確定機床是車床、銑床或通用類機床；根據參數MD_type和MD_axse確定機床的控制軸數和主軸代號；根據機床參數MD_override的第0位來確定機床是否配置主軸倍率開關； 根據變量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控系統(tǒng)， 設計初始化程序的語句結構如下：

　　在以上的PLC 程序中，簡要使用B。 條語句即完成基本結構的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構設計， 各個功能模塊均可根據數控機床的實際配置，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的機床數控系統(tǒng)中，進行如下調試。

　　設置機床類型。 置機床參數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。 軸驅動。然后，改變機床參數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，可用于三軸驅動的車床系統(tǒng)的應用。接著，再改變機床參數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。 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，用于四坐標數控銑床的控制。 今把機床參數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， 數控系統(tǒng)就可以把機床應用于不需要回轉運動的場合， 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控銑床的控制系統(tǒng)。

　　其余控制信號的測試，限位開關設置；各個進給軸的使能設置；以及控制面板的按鍵定義等，可結合用戶初始化子程序中的定義結合進行，只要用戶功能設置正確，變量定義合理，即可實現功能控制，此處不再贅述。

5 結語

　　對于一般配置的數控機床，基于PLC控制軟件，結合相應的變量定義，編制數控系統(tǒng)的PLC初始化程序，通過西門子802D數控系統(tǒng)進行全面調試，證明可以實現數控機床的功能配置，完成初始化工作。 而且，根據數控機床的實際應用，可以靈活改變機床配置，使數控系統(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。