数控机床的

5.1.1　数控机床的PLC

1．数控机床的PLC分类

现代全功能型数控机床均采用“内装型”（Built—in type）PLC或者“独立型”（Stand-alone Type）PLC。

（1）内装型PLC

所谓内装型PLC是指PLC内含在CNC装置内，从属于CNC装置，并与CNC装置集于一体，如图5-1所示。

内装型PLC具有如下特点：

① 内装型PLC与CNC的其他电路同装在一个机箱内，共同使用一个电源和地线，有时采用一块单独的附加印制电路板，有时PLC与CNC同时制作在一块大印制电路板上。

② 内装型PLC，对外没有单独配置的输入/输出电路，而使用本身的输入/输出电路。

③ 内装型PLC的性能指标是依赖于所从属的CNC系统的性能、规格来确定的，它的硬件和软件要与CNC系统的其他功能统一考虑、统一设计（要求结构紧凑，对所适配的数控机床适用性强，提高可靠性和可操作性。）

④ 采用内装型PLC，扩大了CNC内部直接处理的窗口通信功能，可以使用梯形图的编辑和传送等高级控制功能，而且造价便宜，提高了CNC的性能/价格比。

由于具有以上特点，世界各国采用内装型PLC的数控系统是很多的。

图5-1 内装型PLC的CNC系统结构框图

（2）独立型PLC

独立型PLC又称通用型PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定的控制任务，如图5-2所示。

图5-2　独立型PLC的CNC系统结构框图

机床用独立型PLC，一般采用模块化结构，装在插板式笼箱内，它的CPU、系统程序、用户程序、输入/输出电路、通信等均设计成独立的模块。在数控机床中，采用D/A模块，可以实现对外部伺服装置直接进行控制，从而形成两个以上的附加控制，可以扩大CNC的控制功能。独立型PLC，主要用于FMS、FMC或CIMS中，具有较强的数据处理、通信和诊断功能，成为CNC与上级计算机联网的重要设备。

独立型PLC的特点如下：

① 根据数控机床对控制功能的要求可以灵活选购或自行开发通用型PLC。

② 要进行PLC与CNC装置的I/O连接，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/O个数可通过I/O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，由CNC控制的坐标运动称为插补坐标，而由PLC控制的坐标运动称为辅助坐标，从而扩大了CNC的控制功能。

④ 在性能/价格比方面不如内装型PLC。

总的来看，单微处理器的CNC系统采用内装型PLC为多，而独立型PLC，主要用在多微处理器CNC系统、FMC、FMS、FA、CIMS中，具有较强的数据处理、通信和诊断功能，成为CNC与上级计算机联网的重要设备。单机CNC系统中的内装型和独立型PLC的作用是一样的，主要是协助CNC装置实现刀具轨迹和机床顺序控制。

2．数控系统中PLC的信息交换

数控系统中PLC的信息交换是指以PLC为中心，在PLC、CNC和机床三者之间的信息交换。

（1）PLC与CNC之间的信息交换

PLC与CNC之间的信息交换分为两部分，其中，CNC传送给PLC的信息主要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动/自动方式信息及各种性能信息等，PLC传送给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。所有CNC送至PLC或PLC送至CNC的信息含义和地址（开关量地址或寄存器地址）均由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。

（2）PLC与机床之间的信息交换

PLC与机床之间的信息交换也可分为两部分，其中，PLC向机床发送的信息主要是控制机床的执行元件，如电磁阀、继电器、接触器以及各种状态指示和故障报警等。而由机床传送给PLC的信息主要是机床操作面板输入信息和其上的各种开关、按钮等信息，如机床运动的起停、主轴正反转和停止、各坐标轴点动、刀架卡盘的夹紧与松开、切削液的开关、倍率选择及各运动部件的限位开关信号等信息。对于不同的数控系统，信息交换的内容和数量都有所区别。