同一类型的数控机床的主要功能基本相同，但根据规格的变化和应用的不同情况，机床的配置和动作也不尽相同。而机床的动作主要是由PLC程序控制的，由于PLC地址分配的不同和编制者的不同，PLC程序往往差别较大，相同功能部件的动作往往也不相同，这就给机床的调试和故障的诊断造成了一定困难。

      由于同一类型的数控机床主要功能相同，仅仅是辅助部件变化，因此，编制通用的PLC程序是可能的，并且可以解决上述的问题。本文阐述了编制通用PLC程序的一般思路以及在西门子802D系列数控车床上的实际应用。

      1．编制通用PLC程序的一般思路

      1.1 通用PLC程序的应用目标

      编制通用PLC程序，主要应实现以下目标；

      1． 程序应尽量包含本类机床可能具有的功能

      2． 机床I/O地址分配的变化，PLC程序仅需作少量改动。

      3． PLC程序具有较强的可读性和可维护性。

      4． 提供完善的报警信息，从而方便机床故障的诊断和排除。

      5． 程序具有较强的可扩展性，便于增加程序功能。

      6． 程序应尽量保证机床的安全性。

      1.2  编制通用PLC程序的原则

      编制通用PLC程序，笔者认为应遵循以下原则

      1． 根据数控系统类型和相应PLC的功能情况，确定程序的结构。

      不同的数控系统，其PLC控制器指令系统和资源情况都是不同的，因此，程序的结构应根据具体情况作合理规划。 

      2． 做好机床功能的统计和功能的分类。

      机床功能的统计是保证PLC程序通用性的基础，而功能的分类是为了程序模块的划分，做好这两项工作是程序成功应用的保证。

      3． 程序作模块化设计。

      根据功能的分类将程序划分成不同的模块，同类的功能放在一个模块内，各个模块编程风格保持一直。这样就使程序结构清晰，可读性好。另外，应尽量不使用SET和RESET指令。

      4． 做好PLC资源（如定时器、计数器、中间继电器等）的分配。

      PLC资源的使用应分两部分，保留资源和可使用资源。保留资源用于程序通用部分，并预留一部分供程序的修正和完善使用；可使用资源用于其他人扩展功能时使用，这样可以避免其他人修改PLC程序时产生不必要的错误。同一类型的数控系统配置的PLC控制器有多种型号，PLC资源配置也不同，程序应尽量迁就低端系统，从而提高程序的适应性。 

      5． 编制完善的报警信息。

      根据机床各类传感器的配置和可能的操作，编制完善的报警信息和操作提示信息，方便机床的操作和故障的诊断，使一些非专业人员也能排除一些机床故障。

      6． 通过参数选择机床功能。

      通常数控系统都提供了PLC参数，用于系统和PLC程序交换数据。在将通用PLC程序应用到具体机床上时，需要根据机床实际配置进行功能的选择，这一点可以通过PLC参数的设置来实现。合理地对PLC参数进行规划、分类，将有利于机床的调试。

      2．SINUMERIK 802D系统数控车床通用PLC程序的编制及应用

      2.1程序的总体规划

      802D系统提供了一个PLC子程序库，基本提供了数控机床的大部分功能。但是实际应用起来还有很多不足，需要根据机床情况做很多改动，不能满足机床应用的要求。因此，在对西门子提供的子程序库消化吸收的基础上，基于下列原则，重新编制了数控车床通用PLC程序。

      ① 尽量不用局部变量，取消SET和RESET指令。

      大量使用SET和RESET指令，使程序的可读性非常差，同时也使输出结果在时序上难以把握，因此，本程序原则上尽量不使用这两个指令。

      局部变量可以实现程序的封装，同时由于其状态仅受所在子程序的影响，因此可以提高程序的可读性，具有一定的优点。但是802D系统可以在线诊断PLC程序，局部变量的状态在线诊断时无法显示，同时由于局部变量使用临时内存，其状态在时序上也难以把握，使用时不可避免地要使用SET和RESET指令，所以本程序原则上也尽量不使用局部变量。

      ② 实际I/O信号在一个子程序里进行交换，其他子程序均采用中间地址编程。

      由于各种车床I/O地址分配不统一，为减少由此带来的程序的变化，所有功能子程序均采用中间地址编程。I/O信号和中间地址的交换在固定的一个子程序里进行交换，提高程序的通用性。

      ③ 所有子程序可通过参数选择是否在主程序里调用。

所有子程序都在主程序里通过PLC参数进行条件调用，这样，在实际应用时，通过参数的设置即可实现功能的增减。

      ④ 规定了统一的M代码和PLC报警文本。

      统一M代码和报警文本，有利于机床的操作和故障诊断。详见表1和表2。

      表1：PLC报警列表

      表2：M代码列表

      2.2  程序的结构

      根据对机床功能的统计和分类以及802D系统的特点，整个程序采用模块化设计，主要分为以下几类。

      ①．主程序：通过条件调用，用于组织各个子程序。

      ②．用户和PLC初始化程序，用于设定PLC程序的运行条件，定义程序的版本号。

      ③．PLC_SET程序，处理一些常用信号，如主轴的旋转条件，读入禁止信号的处理等。

      ④．I/O信号交换程序，处理实际信号和中间信号的交换。由于802D系统PLC程序中不能有不存在的I/O信号，故每一块I/O板用一个子程序处理，以便适应不同的I/O配置。

      ⑤．与系统相关的功能程序，包括电源模块上电时序处理、面板和NCK信号处理，轴控制程序、手轮控制、主轴倍率等。

      ⑥．各个机床部件的程序，包括冷却、润滑、排屑、卡盘、台尾、中心架、主轴变档、刀架等。

      ⑦．其他程序。

      PLC程序的模块结构如下表：

      表3：PLC子程序表

      2.3  PLC资源的分配

本程序适用于802D和802Dsl系统，其中定时器、计数器和M地址802Dsl系统要比802D多，为了提高程序的通用性，地址的分配以802D系统为准，详细的分配参见下表。当在通用PLC程序的基础上增加功能时，应使用可用地址，以免因地址重复造成故障。

      表4：PLC资源分配表

      2.4  安全功能的设计

      根据机床实际应用情况，考虑到各种因素，在PLC中编制尽量完善的安全互锁机制，是通用PLC程序的一个重要目标。

      在程序编制时，笔者参照了CE标准中的部分要求，将机床工作状态分为加工和设定两个工作状态。在加工状态时，机床严格执行各项安全互锁，如防护门未关闭禁止旋转主轴禁止启动加工程序等。在设定状态时，系统首先发出报警信息，提示用户注意安全，在设定状态下，防护门未关闭主轴可以在限制速度下旋转，加工程序以单程序段方式执行，进给轴快速无效且进给倍率限制等。考虑到国内用户的操作习惯，有些限制也可以用参数取消。但是，必要的安全互锁是始终保留的。

      2.5  程序的应用

      由于802D的PLC程序长度有限，通用PLC程序的内容放在一个程序里无法通过编译，因此，将分成两个文件，主程序文件802D_MAIN.PTP和库文件802D_LIB.PTP，主程序保留完整的程序框架，但是把各种刀架程序模块的内容清空，刀架程序放到库文件存放。具体机床的PLC应用需要用基本程序的两个文件进行合成，方法为：在主程序中，将机床不需要的功能的子程序内容清空，保留程序名，然后库文件中需要的功能复制到主程序中的相应子程序中即可。机床调试时根据机床配置须将相关PLC参数正确设置。

      注意I/O交换模块一定要和机床实际情况一致，调用不存在的I/O地址会导致PLC死机。

      因为应用情况的变化和程序自身错误的不断修正，通用PLC程序在一定时期内可能处在不断完善的过程中。笔者在通用PLC程序内部设置了一个版本号，通过一定的操作即可以报警的形式诊断出来。在程序基本编制完成后，给程序设定了一个基本版本号，每当程序作一次修正，版本号做一个改变，同时作程序修正纪录，这样，通过程序的版本号，可以得到PLC程序的准确信息，方便了故障的诊断和错误的修正。

      小结

      通用PLC程序的使用，提高了机床调试的效率，方便了故障的诊断。同时也提升了机床的质量。当然，由于通用PLC程序由于过于庞大，不可避免的存在一些错误，完善程序也需要在足够数量的机床上应用以后才能完成。瑕不掩瑜，编制通用PLC程序不失为提高机床生产效率的一个好的方法。