数控车床FANUC系统配自动线时的PLC控制逻辑

刘文涛， 颉鹏奎

（宝鸡机床集团有限公司，陕西 宝鸡 721013）

0 引言

随着《中国制造2025》国策的提出，工业生产中的柔性自动线已成为广泛热议的话题，随之利用自动线来代替人工操作机床的情况也越来越多。由于种类繁多，需求多样，数控车床作为自动线具体的末端操作对象，必须从实际出发对其进行PLC控制编程，所以在数控车床中所使用的PLC控制逻辑也是各种各样，而且也必须按照每个具体情况进行控制编程，如果不是同一个项目中的同一个工序，就不能达到完全一样，虽然在此方面的控制思路多种多样，但是整体来讲，其通用的控制逻辑还是相同的。而国内研究文献对概念性的框架阐述较多，但对具体操作和实际的控制处理方法描述的还是较少。所以，本文旨在对通用的控制部分进行研究整理，以便于供相关人员进行借鉴，进而提高设计调试效率，并对初接触者的掌握理解提供帮助，为最终的操作和维修人员提供参考。

1 交互信号的对接

数控车床与自动线的信号交互可以通过以CCLINK、PROFIBUS等通信协议为基础的总线方式进行，也可以使用简单有效的继电器方式来进行。当以总线方式进行时，一般只需使用一根通信线缆即可，方便快速，但需要设备两侧满足同一种通信协议，并设置准确，对设备的通信要求较高。当使用IO模块的信号点来进行时，设备直接之间几乎是硬件连接，简单明了，但需要说明的是，一般使用这种IO高低电平直接来进行交互的方式时，必须使用继电器等方式进行信号隔离，防止双方电路出现故障时互相影响。

在这里，定义出通用的交互信号（具体地址可以自由定义），这些信号一般是双方的基础交互信号和常用控制信号，如表1所示。

表1 交互信号地址定义表

2 自动线命令车床启动加工的方式

在自动线命令车床启动机床加工程序时，一是通过触发PLC中的启动信号直接启动，与车床上循环启动按钮功能相同（在FANUC系统中即是利用触发G7.2信号[1]），这种启动方式简单直接，但缺点是和车床循环启动按钮隔离性不好，易误操作和误触发导致机床误启动和机器人动作，而发生未预期的动作，在安全措施得当、规范性好的场合，如果要求启动灵活，可以使用这种方式。

另外一种是通过满足加工程序中正在执行的等待条件来启动，当条件满足时，执行接下来的加工程序。这种方法不存在上述不足，而且也符合条件满足时执行的要求，另外这种方式下自动线所监控的车床一直是自动允许中，不存在状态切换，易于监控人员判断，是常用的也是推荐使用的方法。本文使用这种方式，也就是利用M代码的方式来实现这种功能，例如：M90为允许机器人上料，M91为允许机器人卸料。

3 对车床的控制流程图

图1为整个自动加工的流程图，需要说明的是，利用M99循环程序，系统会默认的是一直在执行当前程序，从未结束，所以如果要实现工件计数功能，则可以将其功能添加到工业机器人的计数功能中去，或者对车床的控制再进行特殊处理。一般在自动线开机上料加工时，第一件工件需要人工手动完成加工，以检测自动线初始化是否正常，而上述流程图也满足这种要求。

图1 对车床的控制流程图

4 车床输出到自动线的状态信号控制要求

4.1 允许服务

首先当自动线接收到车床发出的允许服务信号时，才允许机械手进入车床进行操作。允许服务也可称为安全信号[4]，是车床与机器人进行实际交互的基础，所以此信号需由各种安全要素组成。一般包括以下内容：1）在自动方式下；2）机床没有报警；3）自动门开到位；4）机床刀塔回到安全位置，这里可以选取第二参考点作为标志，将第二参考点设在安全位置[2]；5）机床处于程序中交换零件状态，即在M90/M91状态；6）若刀具有影响，则需要在条件里面加入刀号条件，限制在只有某号刀时才允许服务；7）其它还需要根据实际情况设定的条件，如主轴定向完成。

上述条件满足时向自动线发出允许服务信号。

这里需要指出的是，所有的状态信号必须有实际的反馈信号作为支撑，以切实反映已达到此状态的事实，不能仅仅利用命令加延时等这种不可靠的方式来确定机床的状态，而且需要指出的是，使用实际线缆传递信号时，必须考虑有断线情况发生时对状态的影响。

4.2 卡盘已松开和卡盘已夹紧

因为自动线加工中多是大批量的一种零件，所以只用内卡或只用外卡，为了保证安全可靠，应当按照一种方式（比如内卡）来确定好卡盘状态。利用卡盘夹紧工件为常见的方式，常见还有胀套等，但原理相同。

车床输出卡盘松开。检测到松开信号已到达无误后，向自动线输出卡盘已松开信号。

车床输出卡盘夹紧。检测到夹紧信号已到达无误后，向自动线输出卡盘已夹紧信号。

4.3 允许机器人上料卸料

允许机器人服务信号输出时，在卡盘已松开状态下，程序已等待在M90状态时，向自动线输出允许机器人上料信号。

允许机器人服务信号输出时，在卡盘已夹紧状态下，程序已等待在M91状态时，向自动线输出允许机器人卸料信号。

允许机器人上料、卸料也是车床与机器人开始实际动作的具体表现，此时执行的过程除紧急情况一般不要人为停止自动线的运行，否则在恢复正常状态时操作步骤较多，提升操作难度，若需要，可以在此步骤开始前或结束后进行停止。

4.4 车床报警信号

在车床发生报警时直接向自动线输出车床报警信号。

4.5 主轴定向完成

在车床主轴定向完成时直接向自动线输出主轴定向完成信号。

5 车床接收到自动线的命令信号控制要求

在车床接收到自动线的命令信号时，如果车床的状态满足命令信号执行的条件，则立即执行。如果条件不满足，此信号经过一个PLC扫描周期后[1],虽然信号仍然存在，但需要拒绝执行（或者延时1 s后再拒绝执行），以此来防止不安全现象发生。总结一句话：当前命令，立即执行；当前已过，拒绝命令。

5.1 卡盘夹紧和上料完成启动加工信号

当接收到车床的允许上料信号时，机械手进入到车床内部向车床装工件，安装工件到位后向车床发送卡盘夹紧信号，接收到卡盘已夹紧信号后，回到安全位置，向车床发送上料完成、启动加工信号，车床启动，加工开始。

5.2 卡盘松开和卸料完成信号

当接收到车床的允许卸料信号后，机械手进入到车床内部，抓好工件后，向车床发送卡盘松开信号，接收到卡盘已松开信号后，回到安全位置后发送卸料完成信号。

5.3 车床清洗

在卸料完成、机械手回到安全位置后，向车床发送车床清洗信号，车床启动清洗功能，然后车床完成自身的初始化等准备工作，就转入等待机器人上料状态。

6 PLC举例

PLC的处理主要以满足上述论述逻辑为主，此处根据上述论述进行举例，如图2～图4所示。

图2 车床对机器人的状态输出

图3 卡盘夹紧控制命令

图4 卡盘放松控制命令

7 循环程序处理

加工程序是自动加工的重要组成部分，和PLC的处理逻辑是成一体的，通用的固定格式如下所示：

G28 U0 W0[3]//回到参考点(也可设置第二参考点)，或回到安全位置

其主要步骤一般为：刀塔等到达固定的安全位置，刀架为固定刀位，不会和机械手发生干涉，然后执行辅助动作，如主轴定向，然后就可以执行上下工件动作，执行之后就可以开始加工，如此往复。

在加工程序中也可以根据实际情况增加测头等功能，增加宏变量[5]等内容，以实现更好的加工和更好的信号传递，但加工程序一旦正常运行，一般就固定了，需做好保护措施。

8 结语

自动线与车床联机的情况多样，但是对于起媒介作用的交互信号的处理方法基本类似，而且自动线的控制逻辑一般固定好之后，变化较小，可以通用，能够快速地复制到其它自动线中。通过本文介绍的方法，对于一般的自动线可以实现自动线与车床的联机，对于特殊类型的自动线，加以调整，也可以很好地使用，本文介绍的逻辑也可以适用到西门子、广数等数控系统中，对实际的各样自动线PLC处理逻辑也起到借鉴作用，具有较高的实践意义。