典型數控銑床控制軟體模塊化設計

本電氣系統主要完成人機對話和對三坐標機床坐標的進給、主軸的運轉以及機床的液壓、潤滑、冷卻系統等的控制。該機床的三個坐標採用HEIDEHAIN直線光柵尺全閉環反饋方式，機床主軸為電主軸，使用施耐德變頻器控制，針對該機床的結構特點，其電氣控制系統配置了法國NUM公司的NUM1050全數字數控系統，伺服驅動配置相應的MDLUNUMDRIVE數控式伺服驅動系統。

這台三坐標機床的PLC控制程序是利用NUM1050全數字數控系統的內置式PLC功能，並配以相應的軟體平台開發出來的。因而PLC程序的靈活性和易維護性與NUM1050數控系統的高性能有密不可分的關係。

1 NUM1050數控系統

NUM1050是一種開放式的、功能強大的數字控制系統，採用64位的CPU68040，用於數據的處理和坐標的控制，具有處理速度快、位置控制精度高等特點。

系統中的圖形功能管理CNC面板顯示和鍵盤：內存用來存儲操作程序、PLC程序和用戶文件：強大的通訊功能使CNC既可通過RS232串口又可通過網路介面與上位機進行通訊：軸控板用於控制數字軸或模擬軸的運動：內置式PLC通過輸入/輸出模塊管理機床：CNC軟體則管理加工程序、機床數據、計算機軌跡和速度以及監控坐標軸的運動。

2 NUM1050內置式PLC特點

PLC使用NUM系統提供的輸入/輸出介面與外界進行數據交換，通過PLC的掃描周期刷新存儲區內的數據，PLC讀取數據是通過%I變數，而PLC輸出給外界數據是通過%Q變數進行的。

內置式PLC與NC之間則通過交換區交換數據，交換區中的內容是NC與PLC之間輸入/輸出的數據。NC輸出給PLC的數據，PLC通過%R變數從交換區讀取，PLC發送到NC的數據是通過%W變數放入交換區，由NC去讀取，其掃描周期由系統自動執行。%R和%W所有變數的各位元組和位都有特定的含義，專門提供給PLC用來控制NC的運行，並協調外接設備與NC之間的動作。

3 NUM1050 PLC程序結構特點

NUM數控系統的PLC編程有梯形圖、彙編語言和高級語言(C語言)幾種方式，其程序都採用任務模塊和子程序模塊來設計。PLC程序的任務模塊包括：%INI、%TS0～4、%TF0～15、%TH0～15。子程序模埠%SP0～255，這些子程序可以由任務模塊調用或子程序間調用。各模塊的功能如下：

初始化任務%INI：系統每次上電時執行一次。

循環任務%TS：系統先執行%TS0，再按順序執行TS1～4。%TS0的執行周期等於每個RTC(實時時鐘控制)周期，即20ms，%TS1～4每5個RTC周期(100ms)執行一次。

後台任務%TS比循環任務%TS和中斷任務%TH的優先權低，可用於等待任務的使用。後台任務可持續數個RTC循環周期，可以被循環任務中斷。

　中斷(實時)任務%TH用於優先權較高的事件而不必等待RTC循環的結束。中斷(實時)任務%TH比循環任務%TS和後台任務%TF的優先權高。

錯誤信息表%9999.9：機床錯誤信息文件。

4三坐標數控龍門銑床PLC程序的設計與實現

PLC程序的設計離不開良好的軟體平台和硬體環境，NUM1050數控系統為機床生產製造者提供了豐富的軟體資源和強大的軟體開發工具。如PLCTOOL，SETTOOL，PCTOOLKIT等。它們都是基於WINDOWS平台上使用，為機床電氣控制系統開發帶來了極大的方便。其中PLCTOOL可方便地進行PLC梯形圖或高級語言C的編程，備有豐富的指令集與計時器、計數器單元，圖形化的界面，使用操作靈活方便。這台三坐標數控龍門銑床的PLC程序正是在PLCTOOL軟體平台上開發設計出來的。考慮到實際的應用，這台三坐標機床採用梯形圖語言設計PLC程序，其優點是直觀，可以動態顯示，易於調試和維護。

利用NUM1050數控系統提供的輸入/輸出模塊和機床操作面板，可以非常方便地控制機床的運動及其他功能，因為機床操作面板帶有可供編程的自定義鍵。NUM系統提供的機床操作面板通過光纜與系統相連，提高了可靠性。

根據NUM1050的PLC程序結構特點，在設計這台三坐標機床的PLC程序時，將該機床的各項功能分配給不同的模塊控制。因該機床無特殊的中斷任務，所以設計程序時使用了初始化任務%INI、循環任務%TS和子程序模塊%SP。%TS0的掃描周期為20ms，所以將重要的子程序放在% TS0中調用，機床的輔助功能如液壓、冷卻、潤滑等則在任務模塊%TS1～3中控制，機床的坐標、主軸及相關部分的控制由梯形圖的子程序%SP模塊承擔。三坐標數控銑床的PLC程序結構及每一模塊介紹如下：%INI：系統在其它任務執行前調用，僅在PLC上電時執行一次，不受PTC循環控制，主要對一些變數進行初始化。%TS0：調用子程序。%TS1：控制機床輔助功能導軌潤滑和液壓系統。其中導軌潤滑周期由PLC程序中的定時器控制。%TS2：控制機床冷卻系統。可以在機床操作面板上選擇自動冷卻和手動冷卻。%TS3：控制機床主軸的松刀和刀具夾緊。%SP0：用於控制機床操作面板上的指示燈閃爍。NUM1050系統提供的機床操作面板上的自定義按鍵大部分帶有指示燈，在使用一些需要特別提醒的功能時，其按鍵採用指示燈閃爍的方式，以示醒目，如機床故障複位鍵、換刀完成鍵等等。%SP2：控制機床操作面板的自定義按鍵。操作面板的自定義鍵必須經過PLC編程才能生效，而按鍵的功能則根據機床的需要來定義。根據用戶的要求，這台三坐標數控龍門銑床的操作面板上設計了機床啟動、冷卻控制、主軸啟停、換刀完成、機床故障複位等功能。%SP3：控制坐標運動及坐標限位的安全檢查。%SP4：M功能解碼，該模塊用於定義換刀結束的M06功能。%SP5：控制坐標軸伺服使能。%SP6：該模塊控制主軸部分的所有功能，包括主軸冷卻、主軸潤滑、刀具夾緊、主軸電機、主軸變頻器等。%SP20：機床故障信息的顯示控制。當機床出現故障時，在顯示頁面需要及時顯示故障號和故障內容，當機床出現多條故障時，系統便可以按順序顯示故障，每條故障顯示的時間在本子程序模塊中設置。該模塊被其它相關模塊調用。

這台三坐標數控龍門銑床的所有功能和控制均由以上各模塊實現，其中%SP2、%SP3、%SP5和%SP6更是這台機床PLC程序的核心。用模塊化方式設計PLC程序，可以對每一模塊進行單獨調試，提高了機床調試的效率，當調試過程中出現問題時，可以很快找到問題所在，而且機床的不同功能用不同的子模塊來表示，程序結構一目了然。通過對每一個子模塊的單獨調試和最終的機電聯調，都證明了這套PLC程序的設計思想和方法是行之有效的。

5小結

這台三坐標數控龍門銑床經過緊張調試后，機床工作正常，符合要求，機床達到驗收標準。實踐證明，這台三坐標機床的控制軟體設計是成功的，並且設計開發的有些基本模塊還具有良好的可移植性，在以後使用NUM1000系列數控的典型數控機床PLC梯形圖設計中稍加改動使可加以使用，對以後同系列數控機床的PLC控制軟體的設計打下了良好的基礎。