Amikor a gép nem indul el, mert az ajtó nyitva van, várja a befogás megerősítését vagy a szerszámtár forgatását, általában a PLC irányítja ezeket a műveleteket. A programozható logikai vezérlő (PLC) összekapcsolja a CNC rendszert a gép érzékelőivel, nyomógombjaival, szelepeivel, kontaktoraival és egyéb segédmechanizmusaival.
A PLC a gépgyártó által készített programot hajtja végre. Ez a program határozza meg az engedélyezett műveletek sorrendjét és az egyes bemenetekre adott reakciókat. Emiatt két, azonos CNC-vezerléssel felszerelt gép eltérően viselkedhet például a szerszámcserénél, a hidraulika indításánál vagy a hibából való helyreállításkor.
A PLC jelkezelési ciklusa
A PLC digitális és analóg bemenetekkel és kimenetekkel, távoli I/O modulokkal és ipari hálózati eszközökkel kommunikál. A bemenetekről érkeznek a végálláskapcsolók, nyomásérzékelők, kezelőpanel gombjai és relék állapotai. A kimenetek elektromágneses szelepeket, kontaktorokat, jelzőlámpákat, szivattyúkat és más végrehajtó eszközöket működtetnek.
Egy tipikus ciklus három lépésből áll: a bemenetek beolvasása, a vezérlési logika végrehajtása, majd a kimenetek frissítése. A vezérlő folyamatosan ismétli ezt a folyamatot. A ciklusidő befolyásolja a válaszidőt, de a PLC nem helyettesíti a szervohajtás szabályozó körét; a motor pozícióját, sebességét és áramát a vezérlés más szintjén kezelik.
Még egy egyszerű parancs is több ellenőrzést igényelhet. Például egy hidraulikaszivattyú indításának kérését követően a PLC program ellenőrzi a vészkapcsolót, az engedélyezést, a folyadékszintet és a kontaktor állapotát. Ezután bekapcsolja a kimenetet, és figyeli, hogy a nyomás a megadott időn belül megjelenik-e. Ha nem érkezik megerősítés, a vezérlő törli a parancsot és üzenetet küld a kezelőnek.
A gépmechanizmusok sorrendvezérlése
Sok mechanizmust nem lehet egyetlen kimenettel működtetni. Egy megmunkálóközpont szerszámcseréje magában foglalhatja a főorsó orientálását, megállítását adott pozícióban, a szerszámtár forgatását, a szerszám kiengedését, a kar mozgatását, az új szerszám befogását és minden végállás megerősítését. A PLC lépésenként vezérli ezt a folyamatot, és csak a visszajelzés megérkezése után lép tovább.
Egy esztergán hasonló logika irányítja a revolverfejet. A vezérlő kiengedi a befogást, elindítja a forgatást, figyeli a pozíciókódot, megállítja a mechanizmust, majd újra befogja. A kész jel csak az egész műveletsor befejezése után kerül vissza a CNC-hez. Egyetlen érzékelőhiba megállíthatja az egész folyamatot, még akkor is, ha a tengelyek és a főorsó hibátlanok.
A PLC által gyakran kezelt további funkciók:
- hidraulikus és pneumatikus rendszerek;
- forgácsszállítók és hűtőközeg-ellátás;
- automatikus kenés;
- tokmányok, hátorsók és segédtámaszok;
- ajtók, védőburkolatok és jelzőoszlopok;
- alkatrészbetöltők, robotok és perifériás eszközök.
A funkciók elosztását a gépgyártó határozza meg. Például a szerszámtár mozgatását végezheti hagyományos motorral a PLC vezérlésével, külön pozícionáló hajtással vagy a CNC-vel integrált tengelyként.
Hogyan működik együtt a PLC az NCK-val
Az NCK, vagy numerikus vezérlő mag, értelmezi a programot, kiszámítja a pályát és koordinálja a tengelyeket. A PLC a gép logikáját kezeli. Közöttük egy interfész továbbítja a parancsokat, állapotinformációkat és visszaigazolásokat.
Amikor az M03 blokk végrehajtódik, az NCK felismeri a főorsó indítási parancsát. A további lépések a gép felépítésétől függnek: a PLC ellenőrzi az engedélyeket, a védőberendezések állapotát és a felszerelés készenlétét, majd továbbítja a szükséges jeleket. M06 parancs esetén a CNC kezdeményezi a szerszámcserét, a PLC pedig végrehajtja a gépi sorrendet és visszajelzést ad a befejezésről.
A SINUMERIK dokumentáció ezt a PLC–NCK interfészen keresztüli kommunikációként írja le. Szabványos blokkok szolgálnak a gép kezelőpanelje, üzenetek, segédfunkciók, szerszáminformációk és nagysebességű adatcsere kezelésére. A gépgyártó a konkrét géptípushoz igazítja a vezérlő logikát.
Zárolások és készenléti feltételek
A PLC folyamatosan generál engedélyeket a működési módokhoz és mechanizmusokhoz. A főorsó nem indulhat el, amíg a szükséges feltételek nem teljesülnek. A tengelymozgás tiltva lehet, ha egy egység nincs befogva, az ajtó rossz állapotban van, vagy a segédeszközök nem készek. A zárolások pontos köre a gép kialakításától és a kockázatértékeléstől függ.
Ezek a feltételek láncolatokból állnak össze. Például a ciklusindítás engedélye függhet a hajtások készenlététől, a hidraulika nyomásától, a befejezett szerszámcserétől és az aktív hibák hiányától. A kezelő egyetlen összefoglaló állapotot lát, miközben a PLC több tucat jelet értékel.
Hibakereséskor fontos megtalálni az első hiányzó feltételt. Egy kimenet kényszerített bekapcsolása vagy egy bemenet felülírása elfedheti az eredeti hibát és veszélyes állapotot idézhet elő. Az ellenőrzést az elektromos kapcsolási rajz, a jeljegyzék, a PLC diagnosztika és a gépgyártó eljárásai alapján kell végezni.
Normál logika és funkcionális biztonság
Nem minden zárolás biztonsági funkció. A normál PLC program megakadályozhat helytelen gépműveletet vagy védheti a munkadarabot. Az emberi kockázatot érintő funkciókhoz tanúsított biztonsági architektúra szükséges, megfelelő bemenetekkel és kimenetekkel, Safety PLC-vel, biztonságos hajtásfunkciókkal és megfelelő mérnöki folyamattal.
A SINUMERIK ONE beépítve tartalmazza a SIMATIC S7-1500F-et. A Siemens szerint a PLC és Safety tervezése a TIA Portalban történik, és egy hibabiztos program valósítja meg a biztonsági logikát. Ez nem jelenti azt, hogy a normál PLC program minden bitje biztonságos lenne. A vészleállítások, ajtófigyelés és olyan funkciók, mint a Safe Torque Off, a gép biztonsági tervezésének és az előírásoknak kell megfeleljenek.
A biztonsági program módosítása megfelelő szakértelmet, ellenőrzést és dokumentálást igényel. A védelmi funkció megkerülése a termelés fenntartása érdekében elfogadhatatlan. Még egy ideiglenes áthidalás is megváltoztatja a gép viselkedését és csökkentheti a védelmi szintet.
Miért viselkedik eltérően ugyanaz a parancs?
A G- és M-kódok általános alapot adnak a megmunkálási programokhoz, de a gépgyártók határozzák meg sok segédfunkció megvalósítását. Az M08 például általában a hűtőközeg bekapcsolását jelenti, de egy gép szivattyút választ, szelepet nyit, tartályszintet ellenőriz és áramlásmegerősítést vár, míg egy másik csak egy kimenetet kapcsol be.
A felhasználói M-funkciók még inkább a PLC programtól függenek. Ezek működtethetnek befogót, fúvókát, rúdadagolót vagy mérőeszközt. A parancsszám önmagában nem árulja el a sorrendet, ezért a konkrét gép dokumentációjában kell ellenőrizni a rendeltetését.
Ugyanezért a PLC program átvitele hasonló gépek között kockázatos. A bemenetek és kimenetek címei, érzékelő típusok, időzítők, szelepek működési iránya és a CNC interfész szerkezete eltérhet. Még egy kis hardverbeli különbség is megköveteli a logika átvizsgálását és tesztelését.
PLC logika hibakeresése módszeresen
Az első hasznos információ a HMI-n megjelenő üzenet. A PLC által generált üzenetek gyakran közvetlenül jelzik a hiányzó feltételt: nem érkezett meg a nyomás, a szerszámtár nincs alaphelyzetben vagy az ajtó nincs bezárva. Ezután ellenőrizni kell a fizikai mechanizmust és a megfelelő bemeneti jelet.
Online diagnosztika esetén a szakértő végigkövetheti a logikát a parancstól a kimenetig, illetve az érzékelőtől a belső feltételekig. Hasznosak a szimbólumtáblák, kereszthivatkozások, a PLC–NCK interfész állapota és az eseménynapló. Csak a kimenet figyelése nem elég, mert a kimenet helyesen maradhat kikapcsolva, ha hiányzik az engedélyező bemenet.
A program szerkesztése előtt mentést készítenek és ellenőrzik a projekt verzióját. Egy időzítő vagy érintkező módosítása az összes hivatkozás ellenőrzése nélkül más működési módot is befolyásolhat. A gépgyártói blokkok védettek lehetnek, és a Safety részekhez való hozzáférés általában külön szabályozott.
A PLC a CNC parancsokat és a kezelői műveleteket összehangolt gépműködéssé alakítja. Jelzéseket olvas, sorrendeket futtat, zárolásokat hoz létre, és állapotokat cserél az NCK-val és a HMI-vel. Ha a gép megerősítésre vár vagy nem indít el egy egységet, a PLC logika megértése segít megtalálni a hiányzó feltételt, ahelyett hogy véletlenszerűen módosítanánk a mozgásparamétereket.