由數控系統供應商提供的PLC在硬件上無論是接口類型還是I／O點的規模都為了適應數控機床的要求進行了專門設計或給出了典型推薦配置；軟件上則一般根據數控機床的摔制要求吲化了PLC程序或提供標準PLC例程供用戶參考選用。用戶在使用中需要根據具體機床的特點設置少量的參數或對標準例程作部分修改即可滿足一般的要求。對于復雜的控制要求也可以通過參考例程比較容易地實現。

一 PLC系統設計步驟

　　1 工藝分析

　　首先對被控機床設備的工藝過程、工作特點、控制系統的控制過程、功能和特性進行分析，估算I／O模擬量的接口數 和精度要求， 從而對PLC提出整體要求。

　　2 系統調研

　　對根據設備的要求初步選定的數控系統進行調研， 了解其所提供的PLC系統的功能和特點，包括PLC的類型、接口種類和數量、接口性能、擴展性、PLC程序的編制方法、售后服務等內容，必要時應該和供應商直接聯系。

　　3 確定方案

　　根據前兩步的工作，綜合考慮數控系統和PLC系統的功能、性能、特點， 本單位的需要和使用習慣以及整機性價比確定PLC系統的方案。

　　實際上，這里主要是從PLC的角度對數控系統提出要求，從而確定數控系統的方案。

　　只有少數情況才會需要選用獨立型PLC。例如，從經濟的角度考慮，選用了簡易型數控系統，但設備需要較多的模擬量接口或大量的開關接口，而數控系統提供的PLC不能滿足要求，則需要選用獨立型的PLC。

　　在選擇獨立型PLC時，主要考慮四個因素：

　　(1)功能范圍。PLC功能有強弱之分，價格差別很大。應根據系統的實際需要選用。功能方面主要考慮有無擴展能力，有無模擬量輸入輸出，指令系統是否完善，有沒有中斷能力和聯網能力等。

　　(2)I／O點數。統計系統設計中輸入／輸出的種類及數量，確定選用I／O模塊的種類及數量。一般都有一定數量的擴展單位供用戶配置。選用時要在滿足需要的前提下注意經濟性。

　　(3)存儲器容量。根據系統大小的不同，選擇用戶存儲器容量不同的PLC，一般廠商提供1kB、2kB、4kB、8kB、16kB等容量的存儲器。選擇方法主要憑經驗估算， 其估算方法有下列兩種：

　　第一，PLC內存容量(指令條數)約等于I／0總點數的10～ 15倍。

　　第二，指令條數：6(I／O)+2(Tm+Ctr)。式中Tm為定時器總數，Ctr為計數器總數。有時可以在其基礎上增加20％的裕量。

　　(4)處理時間。PLC從處理一個輸入信號到產生一個輸出信號所需的時間稱為處理時間。處理時間的長短不僅決定于CPU的循環掃描周期，還與輸出繼電器的機械滯后、輸入信號的到來時刻在掃描周期中的時機以及程序語句的安排有密切的關系。當PLC的掃描周期為20ms時，一個交流輸入信號的處理時間可達60ms左右， 這對于一般工業控制系統來說已足夠靈敏，對某些要求輸入／輸出作出快速響應的設備， 可采用快速響應模塊、高速計數模塊及中斷處理等措施來縮短處理時間。

　　4 電氣設計

　　PLC控制系統的電氣設計包括內容有：原理圖、元器件清單、電柜布置圖、接線圖與互連圖，如果是定型設備還應包括工藝圖， 這在其他資料有詳細介紹。電氣設計時特別要注意以下幾點：

　　第一，PLC輸出接口的類型，是繼電器輸出還是光電隔離輸出等。 ．

　　第二，PLC輸出接口的驅動能力，一般繼電器輸出為2A，光隔輸出為500mA。

　　第三，模擬量接口的類型和極性要求，一般有電流型輸出(-20~20mA)和電壓型輸出(-10~+10V)兩種可選。

　　第四，采用多直流電源時的保護電路。

　　第五，輸出端接不同負載類型時的保護電路。

　　第六，執行電器若為感性負載，需接保護電路。直流可加續流二極管， 交流可加阻容吸收電路。

　　第七，若電網電壓波動較大或附近有大的電磁干擾源，應在電源與PLC間加設隔離變壓器、穩壓電源或電源濾波器。

　　第八， 主要PLC的散熱條件， 當PLC的環境溫度高于55℃時， 要用風扇強制冷卻。

二 PLC程序設計

　　目前， 數控機床特別是通用數控機床的各種功能，例如主軸控制、車床刀架轉位、加工中心刀庫的換刀、潤滑、冷卻的啟／停等已經標準化， 各種數控系統一般都內或提供滿足這些功能的PLC程序。采用獨立型PLC時，一般廠家也會提供滿足通用數控機床要求的標準PLC程序。因此，設計PLC程序最重要的方法就是詳細了解并參考系統提供的標準PLC程序。

　　程序設計是PLC應用中最關鍵的問題。PLC程序設計的基本思路是按照設備的要求設計輸入和輸出信號的邏輯關系，在輸入某些信號時得到預期的輸出信號，從而實現預期的工作過程。因此，簡單而常用的方法是以過程為目標，分析每個過程的啟動條件和限制條件，根據這些條件編寫該過程的PLC程序， 完成了所有過程的PLC程序即完成了整個PLC程序。其中某個過程可以僅涉及一個輸出接口，例如冷卻電動機的啟動／停止； 也可以涉及多個輸出接口，例如加工中心換刀的過程。這種方法比較容易實現PLC程序的模塊化，易于各過程的獨立調試， 缺點是往往不能保證最小的存儲器占有量。目前， 隨著計算機和微電子技術的發展，對PLC存儲器容量方面的限制已經越來越小。

　　1 PLC程序設計的常用方法

　　程序設計的方法有很多， 如狀態表法、功能表法、流程圖法及現代Petri網法等。

　　(1)狀態表法。狀態表法是從傳統繼電器邏輯設計方法繼承而來的，經過適當改進， 適合于可編程序控制梯形圖設計的一種方法。但狀態表法僅適合于單一順序問題的程序設計，而對于具有并順序和選擇順序的問題就顯得無能為力。

　　(2)功能圖法。功能圖法是先將控制要求表達為功能圖，用功能圖來說明可編程序控制器所要完成的控制功能，然后由功能圖寫出邏輯方程， 再畫出梯形圖或寫出指令。

　　狀態表法、功能圖法可以解決順序、隨即等類型問題的程序設計。但是， 這些方法不適用于具有協調、競爭等性質系統控制程序的設計。Perti網方法是解決并行系統程序設計的一種方法。

　　(3)流程圖方法。對于采用計算機高級語言設計的PLC程序， 可以采用數據處理指令來解決邏輯問題， 比單純用邏輯指令要簡單的多。可以方便地處理順序、隨即、協調、競爭等控制功能。流程圖是熟悉計算機高級語言的程序設計人員常用的程序設計方法。

　　流程圖是采用高級語言編程程序的PLC所用的方法，與一般軟件設計的流程圖相同， 由有向線段、處理塊、判斷塊等元素組成， 對數控機床上的各種過程都能非常方便的描述。在分析機床的工藝和控制過程時，可以直接采用流程圖進行描述， 這樣完成了機床所有的控制過程的分析，也就基本上完成了程序設計，然后再通過流程圖完成程序的編寫。這種方法也適用于采用語句表編程語言的PLC。

　　(4)將繼電器控制電路， 改畫成梯形圖。對于采用梯形圖編程的PLC，正如前述由于繼電器控制電路與梯形圖有很多相似之處， 因此，可以將成熟的繼電器控制系統直接改畫成PLC梯形圖，這種方法適用于較簡單的控制過程。

　　(5)經驗設計法。對于較復雜的控制過程，可以根據被控制對象控制的要求，初步設計出繼電器控制電路，或直接設計出梯形圖，再進行必要的簡化和校驗，有時在調試過程中還需要進行必要地修改。這種設計方法靈活性大， 其結果一般不是唯一的。一般與第一種方法配合使用。

　　2 PLC程序設計的一般步驟

　　第一，若所采用的PLC自帶有程序，應該詳 了解程序已有的功能，對現有需求的滿足程度和可修改性，盡量采用PLC自帶的程序。

　　第二，將所有與PLC相關的輸入信號(按鈕、行程開關、速度及時間等傳感器)， 輸出信號(接觸器、電磁閥、信號燈等)分別列表， 并按PLC內部接口范圍，給每個信號分配一個確定的編號。

　　第三，詳細了解生產工藝和設備對控制系統的要求，畫出系統各個功能過程的工作循環圖或流程圖、功能圖及有關信號的時序圖。

　　第四，按照PLC程序語言的要求設計梯形圖或編寫程序清單。梯形圖上文字符號應按現場信號與PLC內部接口對照表的規定標注。

　　3 PLC程序設計的一般原則

　　第一，設計時要考慮到保證人身與設備的安全。

　　第二，PLC的設計應該是在保證操作者和設備安全的前提下完成其功能。

　　第三，PLC程序的安全設計，并不代表硬件的安全保護可以省略。

　　第四，PLC程序的安全設計，僅是在軟件上提供保護功能， 為了避免軟件工程異常和調試中程序編寫錯誤或操作不當引起的事故， 還要在硬件上設計保護功能。例如，電動機正／反轉接觸器的互鎖設計、電動機的限位保護開關，這些均在硬件上實現， 不需要通過PLC控制。

　　第五， 了解PLC自身的特點。不同的廠家的PLC都各有特點，在應用中也會不同， 因此要了解PLC自身的特點才能正確使用并發揮PLC應有的能力，~flPLC的初始狀態、工作方式(循環掃描／周期掃描)、掃描周期。

　　第六，設計調試點易于調試。PLC程序的設計往往不是一次可以完成， 常常需要分步反復調試和實驗， 因此，在PLC設計中，與一般的軟件設計類似， 需要利用中間寄存器設計跟蹤標記和斷點， 以方便調試。例如，在自動換刀控制程序中設計臨時外部控制指令，使連續的換刀過程變為分布執行， 分布檢查換刀的控制過程是否滿足實際要求，待調試成功再取消該臨時外部控制指令，使換刀過程連續執行。

　　第七，模塊化設計。數控機床的PLc一般要完成許多功能，模塊化設計便于我們對各個功能進行單獨調試，當改變某一功能的控制程序時，也不會對PLC的其他功能產生影響。第八，盡量減少程序量。減少程序量可以減少程序運行的時間，提高PLC的響應速度，這對于循環掃描的PLC尤為重要。另外，某些內裝式PLC與數控系統共用處理器、存儲器等資源，減少PLC的程序量對于節省系統資源也是非常必要的。

　　第九，全面的注釋，便于維修。PLC所服務的數控機床要求長時間的穩定運行， 因此，PLC出現問題時要能立刻排除，詳細的注釋有利于維修人員維修、日常維護及系統擴展新的功能。

三 PLC調試

　　1 輸入程序

　　根據型號的不同，PLC有多種程序輸入方法， 例如，在PLC上本地輸入，通過數控系統輸入，通過外部專用編程器輸入，通過PLC提供的基于Pc的軟件在外部Pc上輸入。多數PLC都提供Pc機編程輸入功能。

　　2 檢查電氣線路

　　如果電氣線路安裝有誤，不僅會嚴重影響PLC程序的調試進度，而且有可能損壞元器件。因此， 調試前應該仔細檢查整個系統的電氣線路，特別是電源部分。若系統是分模塊設計調試的，也可以只檢查準備調試的模塊部分的電氣線路。

　　3 模擬調試

　　正如前述，PLC處在數控系統與機床電氣之間， 起著承上啟下的作用， 如果PLC指令有誤， 即使電氣線路沒有錯誤，也有可能引起事故，損壞設備。例如主軸采用齒輪傳動時，若齒輪嚙合未到位， 強行長時間運行主軸有可能損壞傳動齒輪。因此，在PLC實際應用調試前應先進行模擬調試。

　　模擬調試可以采用系統提供的模擬臺調試， 也可以在關閉系統強電的條件下模擬調試，例如， 關閉主軸強電空開，那么調試中即使PLC動作有誤， 由于主軸電動機不會實際運轉，所以也不會引起事故。

　　對于輸入信號， 如主軸擋到位回答信號、刀具夾緊到位回答信號等，可以采用人工輸入的方式模擬， 按照預定設計的順序逐步調試，觀察輸出信號及其控制的執行電器是否按預定規律動作。

　　4 運行調試

　　接通功率器件的動力， 如電動機及其驅動器的強電、氣壓、液壓等，按照實際運行的需要調試， 在運行調試中要注意電氣與機械的配合。

　　5 非常規調試，驗證安全保護和報蕾的功能

　　按照與設計功能不同的順序輸入或輸出信號，例如刀具松的狀態下，按主軸啟動按鈕， 或在主軸運行中，按下刀具松按鈕，觀察PLC設計的保護功能是否有效。

　　運行中接入各單位的報警信號，觀察PLC程序是否能正確地報警并保護相應的單元。例如主軸運行中，接入主軸過熱信號，觀察PLC是否能報警， 并同時停止主軸和刀具進給。

　　這部分工作一般也分為模擬調試和運行中調試兩步，以防如果保護功能失效損壞器件和設備。

　　6 安全檢查并投入考驗性試運行

　　待一切正常后可將程序固化到PLC存儲器中，并作備份和詳細文檔， 說明程序的功能和使用方法等信息。