PLC初始化程序简述

1.基本说明

在数控机床上，CNC操作和运行控制需要通过CNC和PLC的内部接口信号进行，为此，在CNC集成PLC程序设计时，需要编制大量的CNC-PLC接口信号处理程序，这是它与通用PLC的主要区别。

CNC操作和运行控制包括CNC操作方式选择、加工程序运行控制、进给轴和主轴运动控制等。一般而言，数控机床的CNC操作和运行控制需要通过机床操作面板进行，其控制对象主要是进给轴和主轴。因此，机床操作面板信号和进给轴/主轴控制信号的处理是CNC集成PLC程序设计的重要内容。

在SIEMENS公司生产的CNC上，CNC操作和运行控制信号主要有CNC基本控制信号、通道控制信号和进给轴/主轴控制信号3类。CNC基本控制信号主要用于CNC的操作方式选择，通道控制信号和进给轴/主轴控制信号都用于进给轴和主轴控制的信号，但两者的作用有所不同，PLC程序设计时需要予以区分。

数控系统的通道又称路径，通道控制是用于数控机床多主轴同时加工、多程序同步运行控制的功能。作为简单理解，通道是根据机床的结构及加工程序的运行要求，对CNC所控制的进给轴、主轴等进行的分组。例如，对于图5.1-1所示的具有主/副主轴、主/副刀架的数控车床，可以将主主轴SP1及控制主刀架运动的进给轴X1/Z1作为第1通道，而将副主轴SP2及控制副刀架运动的进给轴X2/Z2作为第2通道，两个通道既可独立运行，也可同时执行不同的加工程序同步运行，这就是数控系统的双通道控制功能。

基本上说，CNC的通道控制信号是根据CNC加工程序的运行要求，用于指定通道加工程序运行和该通道所属的编程轴（又称几何轴）进行的控制。进给轴/主轴控制信号则是根据数控系统的进给轴/主轴实际配置，依次提供的基本控制信号，它与进给轴/主轴的名称、归属的通道、运行的加工程序等无关。

CNC的通道控制信号一般包括该通道编程轴的运动控制、进给倍率和主轴转速倍率调节、加工程序运行控制（单段、空运行、选择跳段等）等；通道工作状态信号则包括该通道编程轴的运动状态、生效的程序运行状态（单段、空运行、选择跳段等）等。而进给轴/主轴控制信号则包括控制方式选择（位置控制、跟随控制、轴禁止等）和超程保护等；进给轴/主轴工作状态信号包括生效的控制方式（位置控制、跟随控制、轴禁止等）、定位完成和轴运动状态（正、反向运动）等。

图5.1-1 通道控制的概念

通道控制通常属于SIEMENS 840C/D等多轴控制、高性能CNC的附加功能，对控制轴数在5轴以下的802S/C/D、808D/828D等简单CNC，实际上并不具备多通道控制能力，但由于SIEMENS的CNC产品大都按多通道控制要求所进行的统一设计，故PLC程序仍然需要对通道控制信号进行必要的处理。因此，对于802S/C/D等简单CNC，通道控制信号可直接视为CNC程序运行和进给轴/主轴控制信号；通道工作状态信号可直接作为CNC程序运行状态信号和进给轴/主轴状态信号，在PLC程序中使用。有关CNC通道控制信号、进给轴/主轴控制信号的详细内容可参见第6章。

2.PLC初始化程序与信号

在802/808/828等CNC上，SIEMENS子程序库提供了PLC初始化子程序SBR32（PLC_INI），该子程序主要用于通道的进给倍率调节和刀具测量以及进给轴/主轴的进给倍率调节和控制方式选择等基本控制。

PLC初始化子程序SBR32在802S/C和802D的不同版本上有较大的不同，802S/C一般直接由子程序SBR32输出相关信号，802D则需要通过CNC机床参数（MD）中的用户数据（USER_DATA）对相关控制信号进行设定。

以802D为例，如PLC程序使用SIEMENS模板程序，需要进行CNC用户数据MD14510[16]、MD14512[16]/[17]、MD14512[18]bit0的设定。在802等CNC上，CNC用户数据的设定值可通过操作系统转换为PLC程序中的公共变量V。

PLC初始化子程序SBR32涉及的CNC用户数据以及相关的通道控制、CNC控制等信号的PLC输入/输出地址如表5.1-1所示。如前所述，802S/C/D和808D/828D系统的CNC-PLC接口信号编程地址表示方法有所不同，802S/C/D以变量V表示，808D/828D以数据块DB的形式表示。鉴于两者只是地址表示形式上的区别，信号间的对应关系明确，对程序设计本身无任何影响，为了使PLC程序直观、简洁，在本书后述的程序中，将统一采用变量V（802S/C/D格式）来表示CNC-PLC接口信号，对此不再一一说明。

表5.1-1 SBR32输入/输出信号地址一览表

3.PLC程序设计

PLC初始化可直接调用子程序SBR32（PLC_INI）或对程序略加修改后使用，以下是在SBR32基础上编制的PLC初始化程序。在SIEMENS模板程序中，SBR32只在PLC的首次循环调用，因此，PLC程序中的输出一般应使用置位/复位指令，以便程序正常工作时，能够保持其状态。

1）第1、2轴的控制。生效通道进给倍率以及CNC第1、2进给轴进给倍率、位置反馈的PLC程序如图5.1-2所示。

执行程序Network1，可直接将通道控制信号中的进给倍率控制信号V32000006.7置1（有效），使得加工程序运行时的进给倍率调节功能生效。(www.xing528.com)

在CNC控制信号中，第1、2轴通常是CNC的基本进给轴，无论车床、铣床均需要配置。因此，当CNC用户数据MD14510[16]的设定值为1（车床）或2（铣床）时，其CNC控制信号中的第1、2轴进给倍率生效信号V38000001.7、V38010001.7及位置反馈生效控制信号V38000001.5、V38010001.5都需要置为1（有效）。如MD14510[16]的设定值为0（其他机床），则可通过CNC用户数据MD14512[16]bit0/bit1的设定信号V4500 1016.0、V45001016.1，分别将CNC的第1、第2轴的进给倍率、位置反馈生效控制信号置为1（有效）。

2）第3、4轴的控制。CNC的第3、4轴的用途可选择，其进给倍率、位置反馈生效的初始化控制程序如图5.1-3所示。

通常而言，数控车床的第3轴为主轴，数控铣床的第3轴为Z轴。因此，当CNC用户数据MD14510[16]）设定为1（车床）时，如主轴不使用Cs轴控制功能，CNC用户数据MD14512[18]bit0的设定应为1（无效），此时，PLC程序可将CNC控制信号中的第3轴（主轴）的进给倍率控制信号V38020001.7置0。当MD14510[16]设定为2（铣床）时，第3轴的进给倍率控制信号V38020001.7置1。如CNC用户数据MD14510[16]设定为0（其他机床），则可通过CNC用户数据MD14512[16]bit2的设定信号V45001016.2，将第3轴的进给倍率控制信号置1或0。

车床的螺纹加工需要检测主轴的位置，因此，无论车床还是铣床，第3轴的位置反馈控制信号V38020001.5一般都应置为1（有效）。

CNC的第4轴在简单车床上不使用，故无需提供进给倍率、位置反馈生效控制信号（状态始终为0）；第4轴在铣床上为主轴，PLC程序的处理方法同车床第3轴。

图5.1-2 基本进给轴的控制的初始化程序

在上述程序中，PLC输出信号V38020001.7和V38020001.5等都采用了重复置、复位的“多重线圈”编程，这对于PLC程序是允许的。“多重线圈”的最终输出状态决定于该输出线圈在本程序循环中的最后一条指令的执行结果。

此外，在SIEMENS公司提供的子程序库中，主轴的进给倍率控制信号（车床的第3轴、铣床的第4轴）采用的是图5.1-4所示的编程方式。该程序在CNC用户数据MD14512[18]bit0设定为1（无效）时，以通过断开V38020001.7置位输入的方式来保证其状态为0；且输出V38020001.5需要由输出V38020001.7的中间状态进行控制。在图5.1-3所示的程序中，已将其修改为通过MD14512[18]bit0对输出V38020001.7的复位，来保证信号的输出为0；并将V38020001.5线圈置于V38020001.7线圈之前，以简化堆栈操作，这样可起到简化程序和提高程序可靠性的作用。此类问题在后述的程序中同样存在，不再另行说明。

3）第5轴及其他的控制。CNC轴控制信号中的第5轴进给倍率、位置反馈控制以及MDI键盘生效、用户数据初始化程序调用的PLC程序如图5.1-5所示。

第5轴在802D模板程序中定义为铣床的第4轴，当MD14510[16]设定为2（铣床）时，其进给倍率、位置反馈通常为有效。对于无第4轴的铣床，可设定MD14510[16]=0（其他机床）、MD14512[16]bit4=0，取消第4轴。

图5.1-3 第3、4轴的控制的初始化程序

图5.1-4 原子程序的编程

图5.1-5 第5轴及其他的控制的初始化程序

CNC刀具测量功能用于手动刀具测量和对刀操作，测量信号一般需要从CNC的高速接口或611UE等驱动器携带的接口输入，不使用这一功能时，可直接将通道控制信号V1900 5002.0置为0。

在模板程序中，PLC的用户数据初始化子程序SBR31（USR_INI）通过PLC初始化程序SBR32调用，因此，它同样只能在PLC的首次循环中执行。用户数据初始化子程序SBR31一般用于CNC的用户数据设定检查等，其程序设计方法见下述。