Als een machine niet start omdat een deur openstaat, wacht op bevestiging van het klemmen of het gereedschapsmagazijn indexeert, regelt meestal een PLC deze volgorde. De programmeerbare logische controller koppelt het CNC-systeem aan sensoren, drukknoppen, kleppen, contactoren en hulpmechanismen van de machine.
De PLC voert een programma uit dat door de machinebouwer is geschreven. Dit programma bepaalt welke acties zijn toegestaan, in welke volgorde, en hoe op elk ingangssignaal gereageerd wordt. Daarom kunnen twee machines met dezelfde CNC-besturing toch verschillend reageren bij een gereedschapswissel, het starten van hydrauliek of het herstellen na een storing.
De PLC-scancyclus
Een PLC communiceert met digitale en analoge ingangen en uitgangen, externe I/O-modules en apparaten op industriële netwerken. Op de ingangen komen signalen binnen van eindschakelaars, druksensoren, bedieningspaneelknoppen en relais. Via de uitgangen stuurt de controller elektromagnetische kleppen, contactoren, lampen, pompen en andere uitvoerapparatuur aan.
Een typische scan bestaat uit drie stappen: ingangen uitlezen, de besturingslogica uitvoeren en de uitgangen bijwerken. Dit proces herhaalt de controller continu. De scantijd bepaalt de reactiesnelheid, maar de PLC vervangt niet de servoregelkring: positie, snelheid en stroom van de motor worden elders in het besturingssysteem verwerkt.
Zelfs een eenvoudige opdracht kan meerdere controles vereisen. Nadat de operator een hydraulische pomp wil starten, controleert het PLC-programma de noodstopketen, de toestemmingsstatus, het vloeistofniveau en de contactorstatus. Daarna wordt de uitgang geactiveerd en gecontroleerd of de druk binnen een bepaalde tijd stijgt. Komt er geen bevestiging, dan annuleert de controller de opdracht en genereert een melding voor de operator.
Volgordebesturing van machinemechanismen
Veel mechanismen kunnen niet met één uitgang worden aangestuurd. Een gereedschapswissel in een bewerkingscentrum kan bestaan uit het oriënteren van de spil, stoppen op een gedefinieerde positie, indexeren van het magazijn, ontklemmen van het gereedschap, bewegen van de arm, klemmen van het nieuwe gereedschap en bevestigen van elke eindpositie. De PLC doorloopt deze stappen en wacht op de vereiste feedback voordat hij verdergaat.
Op een draaibank werkt een vergelijkbare logica voor de revolverkop. De controller maakt de klem los, start de indexering, volgt de positiecoder, stopt het mechanisme en klemt opnieuw. Het gereed-signaal gaat pas terug naar de CNC als de hele sequentie is afgerond. Een defecte sensor kan de hele operatie stoppen, ook als assen en spil goed functioneren.
Andere functies die vaak door de PLC worden geregeld zijn onder meer:
- hydraulische en pneumatische systemen;
- spanentransporteurs en koelmiddeltoevoer;
- automatische smering;
- klauwen, achtersteun en steunpunten;
- deuren, beveiligingsafschermingen en signaalkolommen;
- werkstukladers, robots en randapparatuur.
De machinebouwer bepaalt de taakverdeling. Zo kan een gereedschapsmagazijn worden aangedreven door een conventionele motor aangestuurd door de PLC, een aparte positioneringsaandrijving of een as die geïntegreerd is met de CNC.
Hoe de PLC samenwerkt met de NCK
De NCK, het numerieke besturingskern, interpreteert het programma, berekent de trajecten en coördineert de assen. De PLC verzorgt de machine-logica. Tussen beide systemen is een interface die commando's, statusinformatie en bevestigingen uitwisselt.
Bij het uitvoeren van een M03-blok herkent de NCK het startcommando voor de spil. Wat daarna gebeurt hangt af van de machine-architectuur: de PLC controleert toestemmingen, de status van beveiligingen en de gereedheid van apparatuur, en geeft vervolgens de benodigde signalen door. Bij M06 start de CNC de gereedschapswissel, terwijl de PLC de machinesequentie uitvoert en de voltooiing meldt.
In de documentatie van SINUMERIK wordt deze uitwisseling beschreven als de PLC–NCK-interface. Standaardblokken regelen functies zoals signalen van het bedieningspaneel, berichten, hulpfuncties, gereedschapsgegevens en snelle gegevensuitwisseling. De machinebouwer voegt logica toe die specifiek is voor het model.
Beveiligingen en gereedheidsvoorwaarden
De PLC genereert continu toestemmingen voor bedrijfsmodi en mechanismen. De spil kan niet starten als niet aan de noodzakelijke voorwaarden is voldaan. Asbeweging kan worden geblokkeerd als een onderdeel niet is geklemd, een deur openstaat of hulpapparatuur niet gereed is. De precieze beveiligingen zijn afhankelijk van het ontwerp en de risicobeoordeling van de machine.
Dergelijke toestemmingen bestaan uit ketens van voorwaarden. De starttoestemming kan afhangen van de gereedheid van de aandrijvingen, hydraulische druk, een afgeronde gereedschapswissel en het ontbreken van een actieve storing. De operator ziet één eindstatus, terwijl de PLC tientallen individuele signalen controleert.
Bij het oplossen van storingen is het belangrijk de eerste ontbrekende voorwaarde te vinden. Het forceren van een uitgang of overschrijven van een ingang kan de oorspronkelijke oorzaak verbergen en een gevaarlijke situatie creëren. De controles gebeuren aan de hand van elektrische schema's, signaaltabellen, PLC-diagnose en procedures van de machinebouwer.
Standaard logica en functionele veiligheid
Niet elke beveiliging is een veiligheidsfunctie. Standaard PLC-logica voorkomt verkeerde volgordes of beschermt het werkstuk. Functies die risico's voor mensen beheersen vereisen een gecertificeerde veiligheidsarchitectuur met geschikte ingangen en uitgangen, een Safety PLC, veilige aandrijffuncties en een passend engineeringproces.
SINUMERIK ONE integreert een SIMATIC S7-1500F. Siemens geeft aan dat PLC- en Safety-engineering in TIA Portal gebeurt, met een failsafe programma voor veilige logica. Dit betekent niet dat elke bit in een standaard PLC-programma veilig is. Noodstopketens, bewaking van beveiligingen en functies zoals Safe Torque Off moeten voldoen aan het veiligheidsontwerp en de geldende eisen.
Wijzigingen in een veiligheidsprogramma vereisen de juiste deskundigheid, verificatie en documentatie. Het omzeilen van een beveiligingsfunctie om productie door te laten gaan is onacceptabel. Zelfs een tijdelijke jumper verandert het gedrag van de machine en kan het beoogde beschermingsniveau ondermijnen.
Waarom dezelfde opdracht anders werkt
G- en M-codes vormen een gemeenschappelijke basis voor bewerkingsprogramma's, maar machinebouwers bepalen de uitvoering van veel hulpfuncties. M08 vraagt normaal koelmiddel aan, maar de ene machine kan een pomp selecteren, een klep openen, het niveau controleren en wachten op doorstroombevestiging. Een andere machine activeert simpelweg één uitgang.
Door de gebruiker gedefinieerde M-functies zijn nog meer afhankelijk van het PLC-programma. Ze kunnen een klem, blaaslucht, staafaanvoer of meetapparaat bedienen. Het commandonummer alleen zegt niets over de volgorde, dus het doel moet in de documentatie van die machine worden gecontroleerd.
Om die reden is het riskant om een PLC-programma tussen vergelijkbare machines over te zetten. I/O-adressen, sensortypen, timers, klepbediening en de CNC-interface kunnen verschillen. Zelfs kleine hardwareverschillen vragen om controle en testen van de logica.
PLC-diagnose systematisch aanpakken
De eerste bruikbare aanwijzing is de melding op het HMI. Door de PLC gegenereerde berichten wijzen vaak direct op de ontbrekende voorwaarde: druk niet bereikt, magazijn niet in uitgangspositie, of beveiliging niet vergrendeld. Daarna controleert men de fysieke toestand van het mechanisme en het bijbehorende ingangssignaal.
Met online diagnose kan een specialist de logica volgen van opdracht tot uitgang en van sensor tot interne voorwaarde. Symbolentabellen, kruisverwijzingen, status van de PLC–NCK-interface en gebeurtenislogs zijn hierbij nuttig. Alleen naar een uitgang kijken is onvoldoende, want de uitgang kan terecht uitgeschakeld zijn als een toestemmende ingang ontbreekt.
Voor het bewerken van het programma wordt een back-up gemaakt en de projectversie gecontroleerd. Het wijzigen van een timer of contact zonder alle verwijzingen te controleren kan een andere bedrijfsmodus beïnvloeden. Machinebouwerblokken kunnen ook beveiligd zijn en toegang tot de veiligheidsdelen is meestal apart geregeld.
De PLC vertaalt CNC-commando's en handelingen van de operator naar gecoördineerd machinegedrag. Hij leest signalen, voert sequenties uit, maakt beveiligingen en wisselt status uit met de NCK en HMI. Als een machine wacht op bevestiging of weigert een onderdeel te starten, helpt inzicht in de PLC-logica om de ontbrekende voorwaarde te vinden in plaats van lukraak bewegingsparameters te wijzigen.