Когато металорежещата машина не стартира цикъл заради отворена врата, изчаква потвърждение за захващане или завърта инструменталния магазин, обикновено тези действия се управляват от PLC. Програмируемият логически контролер свързва CNC системата с датчици, бутони, клапани, контактори и помощните механизми на конкретната машина.
PLC изпълнява програма, създадена от производителя на машината. Тази програма определя допустимата последователност на действията и реакцията на входните сигнали. Затова две машини с една и съща CNC система могат да се държат различно при смяна на инструмент, стартиране на хидравлика или възстановяване след авария.
Цикъл на сканиране на PLC
PLC комуникира с дискретни и аналогови входове и изходи, отдалечени входно-изходни модули и устройства в индустриални мрежи. Входовете подават състояния на крайните изключватели, сензори за налягане, бутони на панела и релета. Изходите управляват електромагнитни клапани, контактори, индикаторни лампи, помпи и друго оборудване.
Типичният цикъл на сканиране включва три основни етапа: четене на входовете, изпълнение на управляващата логика и обновяване на изходите. Контролерът повтаря този процес непрекъснато. Времето за цикъл влияе на скоростта на реакция, но PLC не замества регулаторните вериги на серводвигателя. Позицията, скоростта и токът на мотора се обработват на друго ниво в системата за управление и задвижване.
Дори проста команда може да изисква няколко проверки. След натискане на бутона за стартиране на хидравлична помпа, програмата на PLC проверява аварийната верига, разрешението за работа, нивото на течността и състоянието на контактора. След това активира изхода и следи за повишаване на налягането в зададено време. Ако потвърждение не пристигне, контролерът отменя командата и генерира съобщение за оператора.
Последователности на машинните механизми
Много механизми не могат да се управляват с един изход. Смяната на инструмент в обработващ център може да включва ориентация на шпиндела, спиране в определена позиция, завъртане на магазина, освобождаване на инструмента, движение на манипулатора, захващане на новия инструмент и проверка на всяка крайна позиция. PLC преминава през тези стъпки и не продължава без необходимото потвърждение.
Подобна логика управлява револверната глава на струг. Контролерът освобождава захвата, стартира завъртането, следи позиционния код, спира механизма и отново захваща инструмента. Сигналът за готовност се връща към CNC системата едва след завършване на операцията. Грешка в един датчик може да спре цялата последователност, дори ако осите и шпинделът са изправни.
Към PLC често се отнасят и следните функции:
- хидравлични и пневматични системи;
- конвейери за стружки и подаване на охлаждаща течност;
- автоматично смазване;
- патрони, задни бабки и люнети;
- врати, защитни ограждения и сигнални колони;
- товарни устройства, роботи и периферни устройства.
Разпределението на функциите се определя от производителя. Например позиционирането на магазина може да се извършва с обикновен мотор, управляван от PLC, отделно задвижване или ос, интегрирана със CNC системата.
Как PLC взаимодейства с NCK
NCK, или ядрото на числовото управление, интерпретира управляващата програма, изчислява траекторията и координира осите. PLC отговаря за машинната логика. Между тях съществува интерфейс за обмен на команди, статуси и потвърждения.
При изпълнение на M03, ядрото разпознава командата за стартиране на шпиндела. Следващите действия зависят от архитектурата на машината: PLC проверява разрешения, състоянието на защитните устройства и готовността на оборудването, след което предава необходимите сигнали. При команда M06 CNC системата инициира заявка за смяна на инструмент, а PLC изпълнява машинната последователност и връща потвърждение за завършване.
В документацията на SINUMERIK този обмен е описан като интерфейс PLC–NCK. За отделни функции са предвидени стандартни блокове, които предават команди от панела на машината, съобщения, помощни функции, данни за инструмента и други сигнали. Машиностроителят допълва базовата програма с логика, специфична за конкретния модел.
Блокировки и условия за готовност
PLC непрекъснато формира разрешения за режими на работа и механизми. Шпинделът не може да стартира, ако не са изпълнени необходимите условия. Движението на ос може да бъде забранено при незахванат възел, неправилно положение на врата или неготово помощно оборудване. Конкретният набор от блокировки зависи от конструкцията на машината и оценката на риска.
Тази логика се състои от вериги от условия. Например разрешението за започване на обработка може да зависи от готовността на задвижванията, налягането в хидравликата, завършената смяна на инструмент и липсата на активна авария. Операторът вижда един краен статус, въпреки че вътре в PLC се проверяват десетки сигнали.
При диагностика е важно да се открие първото неизпълнено условие. Принудителното включване на изход или подмяната на вход може да скрие първопричината и да създаде опасно състояние. Проверките се извършват по електрическата схема, списъка със сигнали, диагностиката на PLC и процедурите на производителя.
Обикновена логика и функционална безопасност
Не всяка блокировка е функция за безопасност. Обикновената програма на PLC може да предпазва механизма от неправилна последователност или да предотвратява брака. Функциите, свързани с риска за човека, изискват сертифицирана архитектура за безопасност: специални входове и изходи, Safety PLC, безопасни функции на задвижването и съответното инженерно проектиране.
В SINUMERIK ONE е интегриран SIMATIC S7-1500F. Siemens посочва, че PLC и Safety се проектират в TIA Portal, а отказоустойчива програма се използва за реализиране на безопасната логика. Това не означава, че всеки бит в стандартната PLC програма е сертифициран за безопасност. Аварийните спирачки, мониторингът на врати и функции като Safe Torque Off трябва да съответстват на проекта за безопасност на машината и действащите изисквания.
Промените в Safety програмата изискват компетентност, проверка и документиране. Заобикалянето на защитна функция за продължаване на работата е недопустимо. Дори временна джъмпер връзка променя поведението на машината и може да наруши предвиденото ниво на защита.
Защо една и съща команда работи различно
G- и M-кодовете задават общата логика на обработка, но изпълнението на много помощни функции се определя от производителя. M08 обикновено включва охлаждаща течност, но конкретна машина може да избира помпа, да отваря клапан, проверява нивото и чака потвърждение за поток. Друга машина може просто да активира един изход.
Потребителските M-функции зависят още повече от програмата на PLC. Те могат да управляват захващане, обдухване, подаване на прът или измервателен уред. Самият номер на командата не описва последователността, затова предназначението трябва да се проверява в документацията на конкретната машина.
Поради същата причина прехвърлянето на PLC програма между сходни машини е рисково. Адресите на входовете и изходите, типовете датчици, таймерите, логиката на клапаните и структурата на интерфейса с CNC системата може да се различават. Дори малка хардуерна разлика изисква проверка и тестване на логиката.
Диагностика на PLC логика без догадки
Първият полезен източник е съобщението на HMI. Често то се генерира от PLC и директно указва липсващото условие: налягането не е достигнато, магазинът не е в начална позиция или вратата не е заключена. Следва проверка на физическото състояние на механизма и съответния входен сигнал.
При налична онлайн диагностика квалифициран техник може да проследи логиката от команда до изход и от датчик до вътрешно условие. Особено полезни са таблиците със символи, кръстосаните препратки, състоянието на интерфейса PLC–NCK и журналът на събитията. Само наблюдението на изхода не е достатъчно, тъй като изходът може правилно да е изключен, ако липсва разрешаващ вход.
Преди редактиране на програмата се прави резервно копие и се уточнява версията на проекта. Смяната на таймер или контакт без проверка на всички места на използване може да повлияе на друг режим. Машинните блокове на производителя също могат да са защитени, а достъпът до Safety частта обикновено е ограничен отделно.
PLC преобразува командите на CNC системата и действията на оператора в координирано поведение на машината. Той чете сигнали, изпълнява последователности, формира блокировки и обменя статуси с NCK и HMI. Когато машината чака потвърждение или отказва да стартира възел, разбирането на PLC логиката помага да се открие конкретното неизпълнено условие, вместо да се променят произволно параметрите на движение.