數(shù)控車床FANUC系統(tǒng)配自動線時的PLC控制邏輯

劉文濤， 頡鵬奎

（寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721013）

0 引言

隨著《中國制造2025》國策的提出，工業(yè)生產(chǎn)中的柔性自動線已成為廣泛熱議的話題，隨之利用自動線來代替人工操作機(jī)床的情況也越來越多。由于種類繁多，需求多樣，數(shù)控車床作為自動線具體的末端操作對象，必須從實(shí)際出發(fā)對其進(jìn)行PLC控制編程，所以在數(shù)控車床中所使用的PLC控制邏輯也是各種各樣，而且也必須按照每個具體情況進(jìn)行控制編程，如果不是同一個項(xiàng)目中的同一個工序，就不能達(dá)到完全一樣，雖然在此方面的控制思路多種多樣，但是整體來講，其通用的控制邏輯還是相同的。而國內(nèi)研究文獻(xiàn)對概念性的框架闡述較多，但對具體操作和實(shí)際的控制處理方法描述的還是較少。所以，本文旨在對通用的控制部分進(jìn)行研究整理，以便于供相關(guān)人員進(jìn)行借鑒，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)調(diào)試效率，并對初接觸者的掌握理解提供幫助，為最終的操作和維修人員提供參考。

1 交互信號的對接

數(shù)控車床與自動線的信號交互可以通過以CCLINK、PROFIBUS等通信協(xié)議為基礎(chǔ)的總線方式進(jìn)行，也可以使用簡單有效的繼電器方式來進(jìn)行。當(dāng)以總線方式進(jìn)行時，一般只需使用一根通信線纜即可，方便快速，但需要設(shè)備兩側(cè)滿足同一種通信協(xié)議，并設(shè)置準(zhǔn)確，對設(shè)備的通信要求較高。當(dāng)使用IO模塊的信號點(diǎn)來進(jìn)行時，設(shè)備直接之間幾乎是硬件連接，簡單明了，但需要說明的是，一般使用這種IO高低電平直接來進(jìn)行交互的方式時，必須使用繼電器等方式進(jìn)行信號隔離，防止雙方電路出現(xiàn)故障時互相影響。

在這里，定義出通用的交互信號（具體地址可以自由定義），這些信號一般是雙方的基礎(chǔ)交互信號和常用控制信號，如表1所示。

表1 交互信號地址定義表

2 自動線命令車床啟動加工的方式

在自動線命令車床啟動機(jī)床加工程序時，一是通過觸發(fā)PLC中的啟動信號直接啟動，與車床上循環(huán)啟動按鈕功能相同（在FANUC系統(tǒng)中即是利用觸發(fā)G7.2信號[1]），這種啟動方式簡單直接，但缺點(diǎn)是和車床循環(huán)啟動按鈕隔離性不好，易誤操作和誤觸發(fā)導(dǎo)致機(jī)床誤啟動和機(jī)器人動作，而發(fā)生未預(yù)期的動作，在安全措施得當(dāng)、規(guī)范性好的場合，如果要求啟動靈活，可以使用這種方式。

另外一種是通過滿足加工程序中正在執(zhí)行的等待條件來啟動，當(dāng)條件滿足時，執(zhí)行接下來的加工程序。這種方法不存在上述不足，而且也符合條件滿足時執(zhí)行的要求，另外這種方式下自動線所監(jiān)控的車床一直是自動允許中，不存在狀態(tài)切換，易于監(jiān)控人員判斷，是常用的也是推薦使用的方法。本文使用這種方式，也就是利用M代碼的方式來實(shí)現(xiàn)這種功能，例如：M90為允許機(jī)器人上料，M91為允許機(jī)器人卸料。

3 對車床的控制流程圖

圖1為整個自動加工的流程圖，需要說明的是，利用M99循環(huán)程序，系統(tǒng)會默認(rèn)的是一直在執(zhí)行當(dāng)前程序，從未結(jié)束，所以如果要實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)功能，則可以將其功能添加到工業(yè)機(jī)器人的計(jì)數(shù)功能中去，或者對車床的控制再進(jìn)行特殊處理。一般在自動線開機(jī)上料加工時，第一件工件需要人工手動完成加工，以檢測自動線初始化是否正常，而上述流程圖也滿足這種要求。

圖1 對車床的控制流程圖

4 車床輸出到自動線的狀態(tài)信號控制要求

4.1 允許服務(wù)

首先當(dāng)自動線接收到車床發(fā)出的允許服務(wù)信號時，才允許機(jī)械手進(jìn)入車床進(jìn)行操作。允許服務(wù)也可稱為安全信號[4]，是車床與機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際交互的基礎(chǔ)，所以此信號需由各種安全要素組成。一般包括以下內(nèi)容：1）在自動方式下；2）機(jī)床沒有報(bào)警；3）自動門開到位；4）機(jī)床刀塔回到安全位置，這里可以選取第二參考點(diǎn)作為標(biāo)志，將第二參考點(diǎn)設(shè)在安全位置[2]；5）機(jī)床處于程序中交換零件狀態(tài)，即在M90/M91狀態(tài)；6）若刀具有影響，則需要在條件里面加入刀號條件，限制在只有某號刀時才允許服務(wù)；7）其它還需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定的條件，如主軸定向完成。

上述條件滿足時向自動線發(fā)出允許服務(wù)信號。

這里需要指出的是，所有的狀態(tài)信號必須有實(shí)際的反饋信號作為支撐，以切實(shí)反映已達(dá)到此狀態(tài)的事實(shí)，不能僅僅利用命令加延時等這種不可靠的方式來確定機(jī)床的狀態(tài)，而且需要指出的是，使用實(shí)際線纜傳遞信號時，必須考慮有斷線情況發(fā)生時對狀態(tài)的影響。

4.2 卡盤已松開和卡盤已夾緊

因?yàn)樽詣泳€加工中多是大批量的一種零件，所以只用內(nèi)卡或只用外卡，為了保證安全可靠，應(yīng)當(dāng)按照一種方式（比如內(nèi)卡）來確定好卡盤狀態(tài)。利用卡盤夾緊工件為常見的方式，常見還有脹套等，但原理相同。

車床輸出卡盤松開。檢測到松開信號已到達(dá)無誤后，向自動線輸出卡盤已松開信號。

車床輸出卡盤夾緊。檢測到夾緊信號已到達(dá)無誤后，向自動線輸出卡盤已夾緊信號。

4.3 允許機(jī)器人上料卸料

允許機(jī)器人服務(wù)信號輸出時，在卡盤已松開狀態(tài)下，程序已等待在M90狀態(tài)時，向自動線輸出允許機(jī)器人上料信號。

允許機(jī)器人服務(wù)信號輸出時，在卡盤已夾緊狀態(tài)下，程序已等待在M91狀態(tài)時，向自動線輸出允許機(jī)器人卸料信號。

允許機(jī)器人上料、卸料也是車床與機(jī)器人開始實(shí)際動作的具體表現(xiàn)，此時執(zhí)行的過程除緊急情況一般不要人為停止自動線的運(yùn)行，否則在恢復(fù)正常狀態(tài)時操作步驟較多，提升操作難度，若需要，可以在此步驟開始前或結(jié)束后進(jìn)行停止。

4.4 車床報(bào)警信號

在車床發(fā)生報(bào)警時直接向自動線輸出車床報(bào)警信號。

4.5 主軸定向完成

在車床主軸定向完成時直接向自動線輸出主軸定向完成信號。

5 車床接收到自動線的命令信號控制要求

在車床接收到自動線的命令信號時，如果車床的狀態(tài)滿足命令信號執(zhí)行的條件，則立即執(zhí)行。如果條件不滿足，此信號經(jīng)過一個PLC掃描周期后[1],雖然信號仍然存在，但需要拒絕執(zhí)行（或者延時1 s后再拒絕執(zhí)行），以此來防止不安全現(xiàn)象發(fā)生。總結(jié)一句話：當(dāng)前命令，立即執(zhí)行；當(dāng)前已過，拒絕命令。

5.1 卡盤夾緊和上料完成啟動加工信號

當(dāng)接收到車床的允許上料信號時，機(jī)械手進(jìn)入到車床內(nèi)部向車床裝工件，安裝工件到位后向車床發(fā)送卡盤夾緊信號，接收到卡盤已夾緊信號后，回到安全位置，向車床發(fā)送上料完成、啟動加工信號，車床啟動，加工開始。

5.2 卡盤松開和卸料完成信號

當(dāng)接收到車床的允許卸料信號后，機(jī)械手進(jìn)入到車床內(nèi)部，抓好工件后，向車床發(fā)送卡盤松開信號，接收到卡盤已松開信號后，回到安全位置后發(fā)送卸料完成信號。

5.3 車床清洗

在卸料完成、機(jī)械手回到安全位置后，向車床發(fā)送車床清洗信號，車床啟動清洗功能，然后車床完成自身的初始化等準(zhǔn)備工作，就轉(zhuǎn)入等待機(jī)器人上料狀態(tài)。

6 PLC舉例

PLC的處理主要以滿足上述論述邏輯為主，此處根據(jù)上述論述進(jìn)行舉例，如圖2～圖4所示。

圖2 車床對機(jī)器人的狀態(tài)輸出

圖3 卡盤夾緊控制命令

圖4 卡盤放松控制命令

7 循環(huán)程序處理

加工程序是自動加工的重要組成部分，和PLC的處理邏輯是成一體的，通用的固定格式如下所示：

G28 U0 W0[3]//回到參考點(diǎn)(也可設(shè)置第二參考點(diǎn))，或回到安全位置

其主要步驟一般為：刀塔等到達(dá)固定的安全位置，刀架為固定刀位，不會和機(jī)械手發(fā)生干涉，然后執(zhí)行輔助動作，如主軸定向，然后就可以執(zhí)行上下工件動作，執(zhí)行之后就可以開始加工，如此往復(fù)。

在加工程序中也可以根據(jù)實(shí)際情況增加測頭等功能，增加宏變量[5]等內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)更好的加工和更好的信號傳遞，但加工程序一旦正常運(yùn)行，一般就固定了，需做好保護(hù)措施。

8 結(jié)語

自動線與車床聯(lián)機(jī)的情況多樣，但是對于起媒介作用的交互信號的處理方法基本類似，而且自動線的控制邏輯一般固定好之后，變化較小，可以通用，能夠快速地復(fù)制到其它自動線中。通過本文介紹的方法，對于一般的自動線可以實(shí)現(xiàn)自動線與車床的聯(lián)機(jī)，對于特殊類型的自動線，加以調(diào)整，也可以很好地使用，本文介紹的邏輯也可以適用到西門子、廣數(shù)等數(shù)控系統(tǒng)中，對實(shí)際的各樣自動線PLC處理邏輯也起到借鑒作用，具有較高的實(shí)踐意義。