可编程控制器(PLC)qq.doc

模块五 可编程控制器（PLC）
课题一 数控机床主轴功能的程序流程
知识点：
·可编程控制器的结构及其工作原理
·可编程控制器在数控机床上可实现的功能
技能点：
·能分析PLC在机床上可实现的功能及其特点

一、任务引入
数控机床主轴为保证加工时的安全，将主轴转速限制在20～3000r／min范围，用可编程控制器进行处理，试写出可编程控制器的主轴S功能程序流程。
二、任务分析
数控机床的主轴速度是由可编程控制器（即PLC）控制的。什么是可编程控制器？可编程是怎样工作的？什么是S功能及其代码？可编程控制器在数控机床上有哪些应用？下面我们就先对这些问题进行讲解。
三、相关知识
1．可编程控制器的结构
可编程控制器硬件构成如图5-1所示。通用的可编程控制器，主要由中央处理单元CPU、存储器、输入／输出模块以及供电电源组成，各部分通过总线连接起来由于可编程控制器实现的任务主要是动作速度要求不特别快的顺序控制，因此不需使用高速微处理器。
(1)CPU
可编程控制器的CPU与微机的CPU一样，是可编程控制器的核心。它按可编程控制器中系统程序赋予的功能，接受并储存从编程器输入的用户程序和数据，用扫描方式查询现场输入装置的各种信号状态和数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中，在诊断了电源及可编程控制器内部电路工作状态和编程过程中的语法无错误后，可编程控制器进入运行。从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等功能，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。在控制单元内还可设有标志、计时、计数等组件地址，它们直接与运算器交换数据信息，根据运算结果更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态和数据寄存器的有关内容实现输出控制、数据通信等功能。

图5-1 可编程控制器结构
内装式可编程控制器的CPU有两种用法：一种是可编程控制器装置与数控装置共用一个CPU，相对价格低，但其功能受到一定限制；另一种是专用的CPU，控制处理速度快，并能增加控制功能。为了进一步提高可编程控制器的功能，近年来采用多CPU控制，如一个CPU分管逻辑运算与专用的功能指令，另一个CPU管理输入／输出模块，甚至还采用单独的CPU作为故障处理和诊断，以增加可编程控制器的工作速度及功能。
(2)存储器
可编程控制器的存储器一般有随机存储器RAM和只读存储器EPROM两种类型。随机存储器RAM是用于存放可编程控制器的号数设定值、定时器／计数器设定值数据、保持存储器的数据以及必须保存的输入／输出状态，也可用于存放用户程序。RAM中的数据由电池供电保持。只读存储器EPROM用于存储可编程控制器的系统程序，也可以固化编好调试后的用户程序。
(3)输入／输出模块
可编程控制器的输入／输出模块是可编程控制器与数控装置的输入／输出接口和其他外部设备的连接部件。可编程控制器的输入／输出模块可以直接连到执行件上，它将外部过程信号转换成控制器内部的信号电平，或将内部信号电平与外部执行机构所需电平匹配。由于所控对象不同，其接收的输入信号电压和控制的输出信号电压也各异，如有直流24V、交流110V或220V，因此，可编程控制器提供了各种操作电平、驱动能力以及各种功能的输入／输出模块供用户选用，如输入／输出电平转换、串／并行转换、数据传送、数据转换、A／D转换、D／A转换以及其他的功能控制模块。在输入／输出模块中，采用了光电隔离、消抖动回路、多级滤波器等措施，并与外界绝缘，具有抗噪声和抗干扰性能。输入／输出模块都配有发光二极管指示运行状态。当一台可编程控制器输入／输出点数不能满足需要时还可以扩展。
（4）编程器
可编程控制器通过编程器将用户程序送入可编程控制器，因此编程器是可编程控制器的主要辅件。编程器用作用户程序的编制、调试、监视、修改和编辑，并最后将程序固化在EPROM中。编程器还可通过通信接口与可编程控制器的CPU联系，用键盘去调用和显示可编程控制器的一切内部状态或参数。
编程器分简易型和智能型，前者通过一个专用接口与可编程控制器连接，只能在线编程。程序以软件模块的形式输入，各程序段先在编程器的RAM区存放，然后转送到可编程控制器的存储器中，或者经调试通过后，将程序固化到EPROM中。智能型编程器既可在线编程，又可离线编程，还可以远离可编程控制器插到现场工作站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应的编程语言和方法也较多。
2．梯形图
梯形图，即梯形逻辑图(Relay Ladder Logic，简称RLL)，是从继电器—接触器控制系统的电气原理图演化而来的，是一种图形语言。它沿用了继电器的触点、线圈串并联等术语和图形符号，也增加了一些简单的计算机符号，来完成时间上的顺序控制操作。继电器和触点图形符号就是编程语言的指令符号，如常开触点“”，线圈“ (或)”。数字0，1，2，…是对应元件地址编号。
用梯形图编程也有它一定的要求，其编程的基本原则有以下几点。
1）梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列；
2）继电器线圈在一个程序中只能引用一次，而它的常开、常闭触点可多次引用；
3）输入、输出继电器和内部继电器的驱动方式不同；
4）计数器使用前要赋值；
5）力求编程简单，结构简化；
6）不存在几条并列支路同时运行的情况。
3. PLC的工作过程与运行框图
众所周知，继电器控制系统是一种“硬件逻辑系统”，如图5-2a所示，它的三条支路是并行工作的，当按下按钮SB1，中间继电器K得电，K的两个触点闭合，接触器KM1、KM2同时得电并产生动作。所以继电器控制系统采用的是并行工作方式。

图5-2 PLC控制系统与继电器控制系统的比较
a）继电器控制系统简图 b）用PLC实现控制功能的接线示意图
而PLC是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，如图5-2b所示。但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以它属于串行工作方式。
概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。
PLC工作的全过程的运行框图如图5-3所示。整个过程可分为三部分。
图5-3 PLC工作的全过程的运行框图
第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。
第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。
第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I／O和通信等是否异常或出错。如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。
PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度、与I／O点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行1 KB指令所需时间来说明其扫描速度(一般1～10 ms／KB)。对不同指令其执行时间是不同的，从零点几μs到上百μs不等，故选用不同指令所用的扫描时间也会不同。若要缩短扫描周期时，可从软硬件上同时考虑。
4．主轴功能
主轴的转速功能用S代码表示。可编程控制器控制机床的主轴转速S功能有两种形式：S二位代码和S四位代码。如用S二位代码控制时，要找到S代码所对应的主轴转速，再去控制主轴转速；通过可编程控制器处理时经过电平转换、译码、数据转换、限位控制和D／A转换后输出给主轴电动机伺服系统；其中限位控制是当s代码对应的转速大于规定的最高转速时，限定在最高转速。如用S四位代码，可直接指定主轴转速；有时数控系统中为了提高主轴转速的稳定性，保证低速时的切削力，主轴传动系统中有机械变速，并可通过辅助功能M代码来进行换档选择。
四、任务实施
当可编程控制器控制机床的主轴转速S代码为四位代码时，根据对主轴速度的安全要求（将其限制在20～3000r／min范围），以给定值为上下界限，并取相应界限值作为输出结果。具有主轴功能要求的可编程控制器的s功能程序流程如图5-4所示。

图5-4 s功能程序流程
五、知识链接
数控机床的数控系统不仅要对各进给轴运动进行控制，还要对许多辅助动作进行控制，如主轴的起动、停止和转速的变化，刀库按程序要求实现换刀，液压、润滑、冷却、排屑装置、工件的装夹及行程极限保护、过载保护等许多开关量的控制。由于机床上控制对象很多，各种运动或动作相互之间有很多互锁关系或严格的逻辑关系，早年的机床采用继电器逻辑控制电路控制，电路复杂，其可靠性很低。现在，这些辅助动作控制均由可编程控制器来完成。因此可编程控制器(PLC)是处于数控装置和“机床侧”之间的桥梁，这里的“机床侧”包括机床机械本体，气动、液压、冷却和润滑等装置，机床操作面板、机床强电驱动系统和排屑器等辅助装置。
1．可编程控制器的类型
用于数控机床的PLC一般分为两类：一类是CNC的生产厂家为实现数控机床的顺序控制而将CNC和PLC综合起来设计，PLC是CNC的一部分，其中的PLC称为内装型(或集成型)PLC；另一类是以独立专业化的PLC生产厂家的产品来实现顺序控制系统，这种类型的PLC称为独立型(或外装型)PLC。

图5-5 内装型PLC与CNC和MT(机床侧)的接口
(1) 内装型PLC
内装型PLC与CNC间的信息传送在CNC内部实现，PLC与机床(Machine Tool，简称MT)间信息的传送则通过CNC的输入／输出接口电路来实现。一般这种类型的PLC不能独立工作，它只是CNC向PLC功能的扩展，两者是不能分离的。由于PLC和CNC间没有多余的连线，且PLC上的信息能通过CNC显示器显示，PLC的编程更为方便，而且故障诊断功能和系统的可靠性也有提高。PLC与MT(机床侧)则通过CNC输入／输出接口电路实现信号传送，如图5-5所示。
内装型PLC特点有以下几点。
①内装型PLC的性能指标(如输入／输出点数、程序最大步数、每步执行时间、程序扫描时间、功能指令数目等)是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统一起统一设计制造的。因此系统硬件和软件整体结构十分紧凑，PLC所具有的功能针对性强，技术指标较合理、实用，较适用于单台数控机床及加工中心等场合。
②在系统的结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可单独使用一个CPU；内装型PLC一般单独制成一块附加板，插装到CNC主板的插座上，不单独配备I／O接口，而是使用CNC系统本身的I／O接口；PLC控制部分及部分I／O电路所用电源(一般是输人口电源，而输出口电源是另配的)由CNC装置提供，不另备电源。
③采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级的控制功能，如梯形图编辑和传送功能等。
(2)独立型PLC
独立型PIC与CNC机床的关系如图5-6所示。独立型PLC有以下几点特点。
①根据数控机床对控制功能的要求，可以灵活地选购或自行开发通用型PLC。一般来说，数控车床、铣床、加工中心等单机数控设备所需PLC的I／O点数多在128点以下，少数复杂设备在128点以上，选用微型和小型PLC即可。而大型数控机床、FMC或FMS、FA(Factory Automation)、CIMS，则需要选用中型和大型PLC。

图5-6 外装型PLC与CNC和MT(机床侧)的接口
②要进行PLC与CNC装置的I／O连接及PLC与机床侧的I／O连接。CNC和PLC装置均有自己的I／O接口电路，需将对应的I／O信号的接口电路连接起来。通用型PLC，一般采用模块化结构，装在插板式笼箱内。I／0点数可通过I／0模块或者插板的增减灵活配置，使得PLC与CNC的I／O信号的连接变得简单。
③可以扩大CNC的控制功能。在闭环(或半闭环)数控机床中，采用D／A和A／D模块。
独立型PLC可采用不同厂家的产品，这使用户有选择的余地，可选择自己熟悉的产品；而且功能易于扩展和变更。当用户在向柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)发展时，不至于使原系统做很大的变动。独立型PLC和CNC是通过输入／输出接口连接的。
2．可编程控制器的编程语言
可编程控控制器除了使用梯形图编程外，还有指令语句表、C语言、逻辑功能等编程方法。
(1)指令语句表
指令语句表类似于计算机的汇编语言，它是由语句助记符来编程的。不同的机型有不同的语句助记符，但都要比汇编语言简单得多，很容易掌握，也是目前用得最多的编程方法。
指令语句表是由若干个指令组成的程序，一般每一条指令由操作码和操作数组成。操作码是用助记符表示的，它表明CPU要完成的某种操作：如逻辑运算中的“与”、“或”、“非”，算术运算中的“+”、“-”、“×”、“÷”，时间或条件控制中的计时、计数、移位、转移等功能。操作数是指助记符对哪个继电器进行操作，操作数实际上就是某个继电器的编号。
(2)C语言
C语言简洁、紧凑，使用方便、灵活，移植性好，可用于任何通用微机中；表达和运算能力强，可以实现梯形图法和指令语句表难以实现的复杂逻辑控制功能；但它没有梯形图法形象，而且比指令语句表复杂，使用者需具有一定的C语言编程的基本知识，因此较难掌握。
(3)逻辑功能
这种方式基本上采用了半导体逻辑电路的逻辑方块图。
(4)逻辑方程式(布尔代数式)
该方法利用布尔代数，对继电器电气控制原理图中各触点、开关、继电器之间的逻辑关系直接进行编程，用“与”、“或”、“非”等逻辑关系表达式写出。编程直接，不需要将继电器电气控制原理图转化为梯形图，可直接根据电气控制原理图写出逻辑方程式。
后两种编程方式不常用，有它的局限性，因此大部分编程方式都采用梯形图法、指令语句表和C语言。
目前常用的PLC很多，不同厂家PLC的各种指标和性能不同，其编程方法和继电器编号也不同。具体操作时，可查阅有关产品说明书。
3．可编程控制器在数控机床上的应用
可编程控制器在数控机床上的使用主要是实现M、S、T等辅助功能。
在数控机床上可编程控制器代替传统的机床强电顺序控制的继电器逻辑控制，利用逻辑运算实现各种开关量控制。

图5-7 联合控制主轴转速原理图
可编程控制器送给数控装置的信号主要有机床各坐标基准点信号，M、S、T功能的应答信号，报警标志信号等。可编程控制器向机床传递的信号主要是机床执行件的执行信号，如继电器、接触器、电磁阀等动作信号以及确保机床各运动状态的信号及故障指示。机床给可编程控制器的信息，主要有机床操作面板上的各个开关、按钮等，其中包括机床的起动、停止，机械变速选择，主轴正转、反转、停止，切削液的开、关，各坐标的点动和卡具的松开、夹紧等信号，以及上述各部件的限位开关等保护装置、主轴伺服保护状态监视信号和伺服系统运行准备等信号。
可编程控制器和数控系统联合控制主轴转速的原理图如图5-7所示。其中可编程控制器完成传动单元变速逻辑控制和数字转速指令功能，而数控装置根据给定的数字量产生相应的模拟电压信号，用于主轴驱动回路的控制。
刀具功能T由可编程控制器实现控制，这给数控机床的自动换刀的管理带来了很大的方便。如刀具编码的刀具找刀的T功能处理过程是：数控装置送出T代码指令给可编程控制器，可编程控制器经过译码，在数据表内检索，找到T代码指定的新刀号所在的数据表的表地址，并与现行刀号进行判别比较。如不符合，则将刀库回转指令发送给刀库控制系统，直到刀库定位到新刀号位置时，刀库停止回转，并准备换刀。
可编程控制器完成M功能是广泛的，根据不同的M代码，可控制主轴的正反转及停止，主轴齿轮箱的变速，切削液的开、关，及自动换刀装置的机械手取刀、归刀等运动。
【思考与练习】
1. 可编程控控制器的硬件构成特点是什么?
2. 内装型PLC与CNC间的信息流是如何实现的?
3. 可编程控制器有哪些类型?

课题二 数控车床中的PLC编程及结构
知识点：
·内置式PLC的结构及相关寄存的访问
·内置式PLC的软件结构及其运用原理
·PLC程序的安装
·车床标准PLC系统
技能点：
·具有分析内置式PLC程序及结构的能力

一、任务引入
用华中数控公司开发的内置式标准PLC系统实现如图5-8所示线路的逻辑操作。

图5-8 逻辑操作实例
二、任务分析
数控系统中的PLC系统能实现各种逻辑操作。什么是数控车床标准PLC系统？怎样进入华中数控系统的内置式标准PLC系统？怎样在华中数控系统的内置式标准PLC系统中编程和调试？下面我们就先对这些问题进行讲解。
三、相关知识
1. 车床标准PLC系统的构成
为了简化PLC源程序的编写，华中数控公司开发了标准PLC系统。车床标准PLC系统主要包括PLC配置系统和标准PLC源程序两部分。其中，PLC配置系统可供工程人员进行修改。它采用的是友好的对话框填写模式，运行于DOS平台下，与其他高级操作系统兼容，可以方便、快捷地对PLC选项进行配置。配置完以后生成的头文件加上标准PLC源程序就可以编译成可执行的PLC执行文件了。
2． 车床标准PLC系统的基本操作
1)在华中数年控车床的操作主菜单界面下，如图5-9所示，按F10键进入扩展功能子菜单，菜单条如图5-10所示。

图5-9主菜单操作界面

图5-10扩展功能子菜单界面
2)在扩展功能子菜单下，按F1键，系统将弹出PLC子菜单；如图5-11所示。在PLC子菜单下，按F2键，系统弹出输入口令对话框，在口令对话框中输入初始口令“HOG”，则弹出输入口令确认对话框，按Enter键确认，便进入标准PLC配置系统，如图5-12所示。
3)按F2键，便进入车床标准PLC系统；

图5-11 PLC子菜单

图5-12 标准PLC配置系统
4)PgUp、PgDn键为5大功能项相邻界面间的切换键。同一功能界面中，用Tab键切换输入点；用、、、键移动蓝色亮条选择要编辑的选项；按Enter键编辑当前选定的项。编辑过程中，按Enter键表示输入确认，按Esc键表示取消输入。无论是输入点还是输出点，字母“H”表示为高电平有效，即为“1”，字母“L”表示低电平有效，即为“0”；在任何功能项界面下，都可按Esc键退出系统。

a)

b)
图5-13 系统的两种提示
5)在查看或设置完车床标准PLC系统后，按Esc键，系统将弹出如图5-13a、图5-13b所示的系统提示，按Enter键确认后，系统将自动重新编译PLC程序，并返回系统主菜单。同时，新编译的PLC程序生效。
四、任务实施
X1.3、X1.4采用两个乒乓开关输入低电平(在系统称为100)来实现逻辑操作，而KA5、KA6在HC5301-R输出继电器板上,在华中数控系统内置PLC中的编程如下。
1．创建一个文本文件
在DOS提示符下输入如下命令：
C：＼HNC-21＼PLC＼EDIT PLCTEST.CLD(回车>
将文本文件命名为PLCTEST.CLD，其内容如下：
#pragma inline
#include“PLC.h”
void init()
{
}
void plc1(void)
{plc1_time=16；
if(((X[1]&0X08)==0X08)&&((X[1]&0X10)==0))
{Y[1]&=～0X40；
Y[1]=0X20；
}
else
if(((X[1]&0X08)==O)&&((X[1]&0X10)==0X10))
{Y[1]&=～0X20；
Y[1]=0X40；
}
else Y[1]&=0X60；
}
void plc2(void)
{plc_time=32；
}
2．建立批处理文件
在DOS提示符下输入如下命令：
C：＼HNC-21＼PLC>EDIT MAKEPLC.BAT(回车>
建立一个批处理文件TEST．BAT，其内容如下：
copy PLCTEST.CLD plc.cld<回车)
mack-fplc(回车)
copy PLCTEST.COM
del *.obj
del
del plc.cld
然后运行TEST(<回车>即可)。如编译过程不报错误，则编译成功；否则，查编译错误。
3．进入数控系统
编译成功后，须在DOS提示符下输入：
C：＼HNC-21>EDIT NCBIOS．CFG(回车>
将其中一行的“plc-”换成“PLCTEST.COM”，完成后在DOS提示符下输入：
C：＼HNC-21>N(回车) //进入数控系统
C：＼HNC-21＼PLC>makeplc plctest.cld<回车)
(如编译过程不报错误，则编译成功；否则，查编译错误。)
继续在DOS提示符下输入：
C：＼HNC-21>EDIT NCBIOS.CFG(回车)
将其中一行的“plc-”换成“PLCTEST.COM”，完成后在DOS提示符下输入：
C：＼HNC-21>N<回车> //进入数控系统
此时即可按上述逻辑进行操作。观察最终结果是否实现上述逻辑关系。
注意：任务完成后，应将ncbios.cfg中的内容还原。
4. PLC程序的调试
①检查操作面板上的各个按钮，检验开关量输入信号、系统动作、外部逻辑电路的动作是否正确。例如，按下换刀按钮，该按钮灯应该点亮，并且刀架电机的交流接触器应该动作。
②逐个在开关量输入信号中人为接入限位信号(一般为X0.O～X0.3，即IO～I3)，检验该信号能否使系统产生急停动作，并正确显示报警信息。
③让各坐标轴返回参考点，人为接入回参考点信号，检验各坐标轴能否完成回参考点动作，以及回参考点动作是否正确。
④正确连接各个坐标轴的限位开关与回参考点信号，人为控制限位开关与参考点开关，重复上述两部分内容，检验开关的有效性。
⑤检验当输入各报警开关量输入信号时，系统能否正确产生系统报警信息或用户在PLC程序中定义的外部报警信息，并执行相应的动作。例如，主轴报警信号有效时，主轴和自动加工程序应该停止。
⑥检查由继电器控制的接触器等开关是否动作，若没有动作，则检查连线。
⑦检查执行单元，包括步进电动机、伺服电动机、主轴电动机等。
五、知识链接
1. PMC概述
PMC又称为数控机床内置式PLC，是数控机床生产厂家根据机床功能规划对数控系统进行的二次开发。数控机床是机电液(气)一体化的高新技术密集设备，完成其控制需要综合机械制造、计算机、自动控制和传感检测等多种技术，对完成控制所采用的CNC系统具有较高的技术要求，如界面开放、智能化、网络功能等，因此数控机床电气控制系统在完成硬件电路设计和PMC的I／O规划之后，还要投入更多的时间来完成实现数控机床逻辑控制的PMC软件开发工作，这种开发是建立在CNC生产厂家的系统软件基础平台之上，针对具体数控机床的控制功能和动作要求进行的PMC逻辑程序开发。
一般来讲，一套CNC系统，无论是传统的封闭式体系结构系统还是目前正在广泛运用的开放式体系结构系统，在软件上均由NC和PMC(指CNC内置PLC)两大控制模块组成。在数控系统出厂时，NC软件的功能已被定义和安装完毕，可用来完成主轴运动控制、伺服轴进给控制、第一操作面板的管理、手轮信号的处理、CRT显示控制、加工程序传输与网络控制等数控系统通用功能。而PMC软件则是数控系统生产厂留给用户(数控机床制造厂)根据其特别用途开发的，用来使通用的CNC系统能通过不同PMC逻辑软件控制不同功能数控机床的逻辑动作，如：第二操作面板的设置及管理，工作方式的选择及方式之间的联锁，自动换刀的分解动作及与动作相配合的进给坐标移动，用户设置的PMC报警及处理等等。
PMC程序传统上一般使用梯形图编制(如： FANUC数控系统)，其特点是形象直观、可读性强，但编制具有运算功能的程序时结构复杂、编程难度较大。开放式体系结构数控系统则可以提供功能更强、更灵活高效的高级语言编程方式，如C或C++语言供用户利用，其强大而又简便的运算功能，灵活高效地开发出PMC控制软件。 NC模块、PMC模块在数控系统中的关系如图5-14所示。

图5-14 NC模块、PMC模块在数控系统中的关系 图5-15华中数控世纪星内置式PLC的逻辑结构
2．内置式PLC的工作原理(华中数控系统)
华中数控系统内置式PLC采用C语言编程，具有灵活高效、使用方便等特点。
(1)内置式PLC的结构及相关寄存器的访问。
华中数控系统的PLC为内置式PLC，其逻辑结构如图5-15所示。内置式PLC的寄存器及字节见表5-1。
表5-1 内置式PLC的寄存器、字节及说明
序号
寄存器
字节（组）
说明
备注
1
X寄存器
128
机床输出到PLC的开关信号
X、Y寄存器会随不同的数控机床而有所不同，主要和实际的机床输入/输出开关信号(如限位开关、控制面板开关等)有关。但x、Y寄存器一旦定义好，软件就不能更改其寄存器各位的定义；如果要更改，必须更改相应的硬件接口或接线端子
2
Y寄存器
128
PLC输出到机床的开关信号
3
R寄存器
768
PLC内部的中间寄存器
R寄存器是PLC内部的中间寄存器，可由PLC软件任意使用
4
G寄存器
256
PLC输出到计算机数控系统的开关信号
G、F寄存器是由数控系统与PLC事先约定好的，PLC硬件和软件都不能更改其寄存器各位(bit)的定义
5
F寄存器
256
计算机数控系统输出到PLC的开关信号
6
P寄存器
100
PLC外部参数，可由机床用户设置(运行参数子菜单中的“PMC用户参数”命令即可设置)
寄存器可由PLC程序与机床用户自行定义
7
B寄存器
100
断电保护信息

(2)内置式PLC的软件结构及其运行原理。
和一般C语言程序都必须提供main( )函数一样，用户编写内置式PLC的C语言程序必须提供如下系统函数的定义及系统变量值：
extern void init(void)； //初始化PLC
extern unsigned plc1_time； //函数plc1( )的运行周期(单位：ms)
extern void plc1(void)； //PLC程序入口1
extern unsigned plc2_time； //函数plc2( )的运行周期(单位：ms)
extern void plc2(void)； //PLC程序入口2
其中：
①函数init()是用户PLC程序的初始化函数，系统只在初始化时调用该函数一次。该函数一般设置系统M、S、B、T等辅助功能的响应函数及系统复位的初始化工作；
②变量plc1_time及plc2_time的值分别表示函数plc1()、plc2()被系统周期调用的时间(单位：ms)。系统推荐值分别为16ms及32ms，即plc1_time=16，plc2_time=32；
③函数plc1()及plc2()分别表示数控系统调用PLC程序的入口，其调用周期分别由变量plc1_time及plc2_time指定。
系统初始化PLC时，将调用PLC提供的init()函数(该函数只被调用一次)。在系统初始化完成后，数控系统将周期性地运行如下过程：
①从硬件端口及数控系统成批读入所有X、F、P寄存器的内容；
②如果变量plc1_time所指定的周期时间已到，调用函数plc1()；
③如果变量plc2_time所指定的周期时间已到，调用函数ple2()；
④系统成批输出G、Y、B寄存器内容。
一般地，变量plc1_time周期时间的值总是小于变量plc2_time周期时间的值，即函数plc1()较函数plc2()调用的频率要高。因此，在华中数控系统中称函数plc1()为PLC高速扫描进程、函数plc2()为PLC低速扫描进程。因而，用户提供的函数plc1()及plc2()必须根据X、F寄存器的内容正确计算出G、Y寄存器的值。
3．车床标准PLC系统的配置详细说明
车床标准PLC配置系统涵盖了大多数车床所具有的功能，具体有以下5大功能：机床支持选项配置；主轴输出点定义(主要用于电磁离合器输入点配置)；刀架输入点定义；面板输入／输出点定义和外部输入／输出点定义。

图5-16 机床支持选项配置主界面
1)机床支持选项配置
车床标准PLC配支持选项配置主界面如图5-16所示。在本PLC配置界面中，字母“Y(Yes)”表示支持该功能，字母“N(No)”表示不支持该功能。车床PLC配置系统的支持功能选项及选项的说明见表5-2。
表5-2 车床PLC配置系统的选项及说明
序号
选项
名称
说明
1
进给驱动选项
步进驱动器
指进给系统使用的是步进电动机
11型数字式伺服
指进给系统使用的驱动器是华中数控公司开发的HSV-11型数字交流伺服单元
16型全数字式伺服
指进给系统使用的驱动器是华中数控公司开发的HSV-16型全数字交流伺服单元
模拟伺服
指进给系统使用的驱动器是由其他厂家生产的伺服驱动器，如Panasonic，FANUC，SIEMENS等
X轴抱闸
指进给系统是否具有X轴抱闸功能。如果没有此项功能，则要选“N”屏蔽此项功能
2
主轴系统选项
变频换挡
指主轴系统带有变频器，可通过调节DA值的方式来调节系统主轴的转速
手动换挡
指以纯手工方式换挡，此时系统内既没有变频器，也不支持电磁离合器自动换挡
自动换挡
指通过电磁离合器换挡
支持星三角
指主轴电动机在正转(或反转)时，先用星形线圈启动电动机正转(或反转)，过一段时间后切换成三角线圈来驱动电动机
支持抱闸
指主轴系统是否支持主轴抱闸功能，如果没有此项功能，则要选“N”屏蔽此项功能
3
刀架系统
支持双向选刀
指刀架系统的刀架既可以正转又可以反转(如果支持双向选刀，在选刀时就可以根据当前使用的刀号判断出要选中的目标刀号，刀架是正转还是反转，以达到使刀架旋转的角度最小的目的
刀架锁紧定位销
指在要选用的目标刀号已经旋转到位的情况下，刀架停止转动，然后刀架打出一个锁紧定位销来锁住刀架(一般是锁紧定位销打出一段时间后，通过反转刀架来锁紧刀架)
插销到位信号
指刀架锁紧定位销打出以后，刀架会反馈一个插销到位信号给系统，当系统收到此信号后才能反转刀架来锁紧刀架；刀架锁紧到位信号指换刀后刀架会给系统回送一个刀架是否锁紧的信号
4
其他功能选项
气动卡盘
指车床卡盘的松紧是不是自动的，是否通过外接输入信号来松紧卡盘
防护门
指车床的防护门是否外接输入信号来检测门的开和关，以确保安全加工
保留
指系统暂时不用的选项，用户可以不对此项进行任何配置操作
在以上配置项中，“进给系统选项”中有些选项是互斥的；在“步进驱动器”、“11型数字式伺服”、16型全数字式伺服”、“模拟伺服”四项中，同时生效的只有一项。在“主轴系统”选项中，“自动换挡”、“手动换挡”、“变频换挡”三项中同时生效的也只有一项。

对系统功能支持选项的操作步骤如下。
①用、、、键移动蓝色亮条选择要编辑的选项；
②按Enter键，蓝色亮条所指选项的颜色和背景都发生变化，同时出现一闪烁光标；
③用、、BackSpace、Del键对其进行编辑修改；
④修改完毕，按Enter键确认；
⑤若输入正确，图形显示窗口相应位置将显示修改过的值，否则原值不变。
若当前系统支持模拟伺服驱动，也按照上面所介绍的方法对其修改。同理，可修改其他项。一切功能设置好以后，按PgDn键进入主轴输入点定义界面。

图5-17 主轴换挡

图5-18主轴编码器
2)主轴输出点定义(主要用于电磁离合器输入点配置)。
图5-17所示配置界面，主要是用在电磁离合器换挡和高低速自动换挡的时候。高低速自动换挡是指通过高、低速线圈的切换来换挡。只在如图5-18所示的界面中的“是否通过M指令换档”选项为“Y”时，定义的输出点才有效。在 “支持手动换挡”选项为“N”时，应关闭此菜单选项中的所有输出点。
3)刀架输入点定义
图5-19所示配置界面，主要是对刀具的输入点进行定义，在组编辑行对应的编辑框中输入“-1”表示此输入点无效。在刀号输入点编辑框中输入“l”表示对应的输入点在此刀位中有效，为“O”表示对应的输入点在此刀位中无效。
假设当前系统刀架支持刀具总数为4把，输入的组为第3组(本配置系统只支持刀具的所有输入点在同一个组)，输入的有效位为4位，分别是X3.2、X3.3、X3.4、X3.5，l号刀对应的输入点是X3.2，2号刀对应的输入点是X3.3，3号刀对应的输入点是X3.4，4号刀对应的输入点是X3.5，那么对应的输入配置应如图5-19所示。

图5-19刀具输入点定义
4)输入/输出点定义
输入/输出点的定义分为操作面板定义和外部输入／输出定义，其设置界面如图5-20、图5-21所示。
如图5-20、图5-21所示的表格中，主要由功能名称和功能定义组成。在表格里，用汉字标注表示的是功能名称，如“主轴滑润开启”、“主轴制动”等。功能定义可分为输入点和输出点。以输入点为例，包含3个部分：“组”、“位”和“有效”。“组”指的是该项功能在电气原理图中被定义的组号，当不需要该功能时，可以将其设置为“-1”，即可屏蔽掉此功能。“位”指的是该项功能在组里的有效位。一个字节共有8个数据位，所以，该项的有效数字为0～7。若该项被屏蔽掉，则会显示“*”。“有效”指的是在任何情况下该位都处于有效状态。一般应指明是高电平有效还是低电平有效，如果是高电平有效，则填“H”，否则填“L”。当该项功能被屏蔽掉时，同样也会显示“*”。
注意：要避免同一个输入点被重复定义，如将“自动”定义为X40.1，其他方式就不要再将其定义为X