0 引言
数控技术作为机电一体化技术中的一个重要分支。它的发展水平直接决定着一个国家装备造业的水平，同时也影响着其它众多领域的技术发展水平，因此是国家发展中具有战略地位的技术。从微观层面上讲，数控机床本身就是集机械、电子、液压和气压等关键技术为一体的自动化应用设备，要让机床准确按照操作人员的指令完成工件加工，除了准确的零件加上程序外，控制机床各个动作的PLC程序也至关重要。目前国内市场上普遍使用的FANUC 0i系统是面向机床控制的专用PLC装置，与传统PLC既有相同的地方．也有很多特殊的控FANUCPMC的控制原理和普通PI。C相同的是，采用循环扫描工作方式对输入点进行采样，经过程序逻辑处理后，输出给外围电气执行动作。而它们的区别是，对于PMC在数控车床的应用来说信号地址可以分成大类：机床与PMC间的信号(X、Y)和数控系统与PMC间的信号(G、F)。
FANUC PMC的信号种类如图1所示。G、F地址由系统厂家确定，编程人员只可使用，不可改变或增删。机床操作面板上的按键信号和状态信号(如机床工作模式的设定、进给倍率的设定、主轴倍率的设定和进给轴的选择等信号)都是通过PMC的x地址输入到PMC。而机床的工作状态和某些控制信号(如机床操作面板上的指示灯、刀架的换刀与锁紧、主轴的正反转等信号)都是通过PMC的Y地址输出到机床的。由程序设计员编写的PMC程序，对机床输入信号进行运算后通过G地址由PMC输入到系统，数控系统的状态信号通过F地址由系统输出到PMC。只有少数高速信号(如机床回零减速信号、机床急停信号等)是通过x地址直接输入到数控系统，而不通过PMC，以此来提高响应速度。PMC扫描过程如图2所示。在PMC执行扫描过程中第1级程序每8 ms执行1次，而第2级程序在向CNC的调试RAM中传送时，第2级程序根据程序的长短被自动分剖成n等分，每8ms中扫描完第1级程序后，再依次扫描第2级程序，所以整个PMC的执行周期是n×8ms。
图1 FANUC PMC的信号种类
2 典型控制程序设计
实践过程中，发现PMC对通用型卧式数控车床的控制一般都包含这些方面：机床工作方式、急停、切削倍率、主轴倍率、主轴电机、辅助功能、冷却电机、刀架电机和润滑电机等。通过以下几项功能的设计，可发现FANUC系统的PMC控制原理。
2.1 机床工作方式的控制
数控车床工作方式包括编辑方式、自动方式、手动数据输入方式(MDI)、手轮方式和回零方式。为了准确地切换方式，采用数字式波段开关作为信号输入点来设计。机床工作状态由系统的PMC信号G信号通过组合来确定，机床工作方式梯形图如图3所示。系统工作状态与信号的组合按表l进行控制。表1中的“1”为信号接通，“0”为信号断开。图3中X0.0，X0．1，X0.2，X0.3四个输入信号代表面板波段开关的输入信号。G43.0，G43.1，G43.2，G43.5，G43.7分别对应于MD1，MD2，MD4，ZRN，DNCI信号。程序设计的原理是通过将波段开关转换过程中的输入信号进行逻辑处理，然后输出对应的G信号给数控系统，最终实现工作方式叨换。
图3机床工作方式梯形图
2.2 G01速度倍率的处理
加工过程中，操作人员根据工况调整加工速度，在程序不修改的条件下，倍率旋钮的调节颇为重要。速度倍率功能的设计，采用了一个倍率旋转开关，通过进给速度倍率开关选择百分比(％)来增加或减少编程进给速度，切削进给速度倍率信号共有8位二进制编码信号(倍率值在0～254％内以1％为单位选择)，G01速度倍率控制梯形图如图4所示。FANUC 0i系统切削进给速度倍率信号地址为G12。倍率开关采用数字式波段开关，倍率开关的输入信号地址为X1.0，X1.1，X1.2，X1.3，通过代码转换指令CODB把开关位置指定表格的数据转换成二进制数值传送至G12中。由于切削进给速度倍率信号为负逻辑控制，所以表格数据用负数表示，负数在二进制中以补码表示，倍率值为0～150％。
图4 G01速度倍率控制梯形图
3 PMC的故障诊断方法
由PMC控制的输入输出故障是数控机床运行过程中最常见的故障。利用PMC进行故障诊断，首先要找出各个故障点对应输入输出信号，进而查询梯形图中的逻辑处理，“顺藤摸瓜”地一步步往上查。最终确定故障原因。如图5所示，操作人员按机床面板+X按钮想让刀架往+X方向运行，但机床不动。对于这类故障，一般的诊断流程是3种：
3.1 打开梯形图界面。搜索信号G10 0.0
G10 0.0是发动给数控系统的+X方向控制信号，在线诊断该信号显示为低电平，没有输出，说明信号R203.1没有导通。
3.2 查R203.1线圈信号
按如图6所示的检索情况，发现按动面板+X按钮信号X29．4无变化，则输入信号没有接收到。
3.3 查机床电气原理图
机床电气原理图详细绘制了机床各个模块之间的连接关系，是机床维修人员的重要工具。通过查找测量，发现+X运行失效的原因是面板后面的控制信号线断线，经过处理故障排除。
4 结束语
数控机床是集成度较高的自动化系统。通过对具体问题的分析，可以发现通过研究数控机床PLC程序，一方面有助于数控机床故障的定位。特别是在定位数控机床外围故障上，这种方法有着积极的作用；另一方面可以通过修改PMC程序和参数来修正、改善数控机床的功能，提高数控机床的性能。
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本文标题：面向数控机床的PLC技术研究与应用
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