Khi máy không khởi động chu trình do cửa mở, chờ xác nhận kẹp phôi hoặc xoay băng dao, thường là PLC điều khiển các thao tác này. Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) kết nối hệ thống CNC với cảm biến, nút nhấn, van điện từ, contactor và các cơ cấu phụ trợ của máy cụ thể.
PLC thực thi chương trình do nhà sản xuất máy tạo ra. Chương trình này xác định thứ tự hành động được phép và phản ứng với các tín hiệu đầu vào. Vì vậy, hai máy cùng hệ thống CNC có thể vận hành khác nhau khi đổi dao, khởi động thủy lực hay phục hồi sau sự cố.
Chu trình quét tín hiệu của PLC
PLC kết nối với các đầu vào số và tương tự, các mô-đun I/O từ xa và thiết bị mạng công nghiệp. Đầu vào báo trạng thái công tắc hành trình, cảm biến áp suất, nút trên bảng điều khiển và rơ-le. Đầu ra điều khiển van điện từ, contactor, đèn báo, bơm và các thiết bị chấp hành khác.
Chu trình quét điển hình gồm ba bước: đọc tín hiệu đầu vào, thực thi logic điều khiển, cập nhật đầu ra. Quá trình này lặp liên tục. Thời gian quét ảnh hưởng đến tốc độ phản hồi, nhưng PLC không thay thế vòng điều khiển servo: vị trí, tốc độ và dòng động cơ được xử lý ở cấp khác trong hệ thống điều khiển và truyền động.
Một lệnh đơn giản có thể cần nhiều bước kiểm tra. Sau khi nhấn nút khởi động bơm thủy lực, chương trình PLC kiểm tra mạch khẩn cấp, quyền vận hành, mức chất lỏng và trạng thái contactor. Sau đó bật đầu ra và theo dõi áp suất tăng trong thời gian quy định. Nếu không có xác nhận, PLC hủy lệnh và báo lỗi cho người vận hành.
Điều khiển trình tự cơ cấu máy
Nhiều cơ cấu không thể điều khiển chỉ bằng một đầu ra. Đổi dao trên trung tâm gia công có thể gồm định hướng trục chính, dừng ở vị trí xác định, xoay băng dao, mở kẹp dao, di chuyển cần, kẹp dao mới và xác nhận từng vị trí cuối. PLC điều khiển tuần tự các bước này và chờ phản hồi cần thiết trước khi tiếp tục.
Trên máy tiện, logic tương tự điều khiển đầu dao. PLC nhả kẹp, khởi động quay, theo dõi mã vị trí, dừng cơ cấu và kẹp lại. Tín hiệu sẵn sàng chỉ trả về CNC khi chu trình hoàn thành. Một cảm biến lỗi có thể ngăn toàn bộ trình tự dù trục và trục chính vẫn hoạt động bình thường.
PLC còn thường đảm nhận các chức năng sau:
- hệ thống thủy lực và khí nén;
- băng tải phoi và cấp dung dịch làm mát;
- bôi trơn tự động;
- mâm cặp, trục sau và đồ gá định vị;
- cửa, tấm chắn bảo vệ và đèn báo;
- máy nạp phôi, robot và thiết bị ngoại vi.
Nhà sản xuất quyết định phân chia chức năng. Ví dụ, cơ cấu xoay băng dao có thể dùng động cơ thông thường do PLC điều khiển, bộ truyền động riêng hoặc trục tích hợp với CNC.
PLC phối hợp với NCK như thế nào
NCK (nhân điều khiển số) giải mã chương trình gia công, tính toán đường chạy dao và điều phối các trục. PLC xử lý logic máy. Giao diện giữa hai bộ phận truyền lệnh, trạng thái và xác nhận.
Khi thực thi lệnh M03, NCK nhận biết lệnh khởi động trục chính. Tiếp theo tùy kiến trúc máy, PLC kiểm tra quyền vận hành, trạng thái bảo vệ và sẵn sàng thiết bị, rồi phát tín hiệu cần thiết. Với lệnh M06, CNC khởi động yêu cầu đổi dao, PLC điều khiển trình tự máy và báo hoàn thành.
Tài liệu SINUMERIK mô tả trao đổi này qua giao diện PLC–NCK. Các khối chuẩn hỗ trợ tín hiệu bảng điều khiển, thông báo, chức năng phụ trợ, dữ liệu dụng cụ và trao đổi dữ liệu tốc độ cao. Nhà sản xuất bổ sung logic đặc thù cho từng model máy.
Khóa an toàn và điều kiện sẵn sàng
PLC liên tục tạo các quyền vận hành cho chế độ và cơ cấu. Trục chính không thể khởi động nếu chưa thỏa điều kiện cần thiết. Trục máy có thể bị cấm di chuyển khi cơ cấu chưa kẹp, cửa ở trạng thái sai hoặc thiết bị phụ trợ chưa sẵn sàng. Bộ khóa phụ thuộc thiết kế máy và đánh giá rủi ro.
Logic này gồm chuỗi điều kiện. Ví dụ, quyền bắt đầu chu trình phụ thuộc sẵn sàng truyền động, áp suất thủy lực, đổi dao hoàn tất và không có lỗi đang hoạt động. Người vận hành thấy trạng thái tổng hợp, trong khi PLC kiểm tra hàng chục tín hiệu riêng lẻ.
Khi xử lý sự cố, cần xác định điều kiện đầu tiên chưa thỏa. Ép bật đầu ra hoặc ghi đè đầu vào có thể che giấu nguyên nhân gốc và tạo trạng thái nguy hiểm. Kiểm tra theo sơ đồ điện, bảng tín hiệu, chẩn đoán PLC và quy trình nhà sản xuất.
Logic thường và an toàn chức năng
Không phải khóa nào cũng là chức năng an toàn. Logic PLC tiêu chuẩn ngăn trình tự sai hoặc bảo vệ phôi. Các chức năng kiểm soát rủi ro với con người đòi hỏi kiến trúc an toàn được chứng nhận: đầu vào đầu ra đặc biệt, PLC an toàn, chức năng truyền động an toàn và quy trình thiết kế phù hợp.
SINUMERIK ONE tích hợp SIMATIC S7-1500F. Siemens cho biết PLC và Safety được thiết kế trong TIA Portal, chương trình chống lỗi dùng để thực hiện logic an toàn. Điều này không có nghĩa mọi bit trong chương trình PLC bình thường đều an toàn. Mạch dừng khẩn cấp, giám sát cửa và chức năng như Safe Torque Off phải tuân theo thiết kế an toàn máy và quy định hiện hành.
Thay đổi chương trình Safety cần năng lực, kiểm tra và tài liệu đầy đủ. Vượt qua chức năng bảo vệ để tiếp tục sản xuất là không chấp nhận được. Ngay cả cầu nối tạm cũng thay đổi hành vi máy và có thể làm mất mức bảo vệ dự kiến.
Tại sao cùng một lệnh lại hoạt động khác nhau
Mã G và M cung cấp logic chung cho chương trình gia công, nhưng nhà sản xuất định nghĩa thực thi nhiều chức năng phụ trợ. Lệnh M08 thường bật dung dịch làm mát, nhưng máy này có thể chọn bơm, mở van, kiểm tra mực và chờ xác nhận lưu lượng, máy khác chỉ bật một đầu ra.
Mã M do người dùng định nghĩa phụ thuộc nhiều vào chương trình PLC. Nó có thể điều khiển kẹp, thổi khí, cấp phôi hoặc thiết bị đo. Số lệnh không mô tả trình tự, nên phải tra tài liệu máy cụ thể để biết chức năng.
Cũng vì vậy, sao chép chương trình PLC giữa các máy tương tự rất rủi ro. Địa chỉ I/O, loại cảm biến, bộ đếm thời gian, logic van và cấu trúc giao diện CNC có thể khác nhau. Ngay cả khác biệt phần cứng nhỏ cũng cần kiểm tra và thử nghiệm lại logic.
Xử lý sự cố PLC có phương pháp
Thông tin đầu tiên hữu ích là thông báo trên HMI. Thông báo do PLC tạo thường chỉ rõ điều kiện chưa thỏa: áp suất chưa đạt, băng dao chưa về vị trí ban đầu hoặc cửa chưa khóa. Tiếp theo kiểm tra cơ cấu vật lý và tín hiệu đầu vào tương ứng.
Nếu có chẩn đoán trực tuyến, kỹ thuật viên theo dõi logic từ lệnh đến đầu ra và từ cảm biến đến điều kiện nội bộ sử dụng nó. Bảng ký hiệu, tham chiếu chéo, trạng thái giao diện PLC–NCK và nhật ký sự kiện rất hữu ích. Chỉ quan sát đầu ra không đủ vì đầu ra có thể đúng khi bị tắt do thiếu tín hiệu cho phép.
Trước khi chỉnh sửa chương trình, cần sao lưu và xác nhận phiên bản dự án. Thay đổi bộ đếm thời gian hoặc tiếp điểm mà không kiểm tra tất cả vị trí sử dụng có thể ảnh hưởng chế độ khác. Các khối của nhà sản xuất có thể được bảo vệ, và truy cập phần Safety thường bị giới hạn riêng.
PLC biến lệnh CNC và thao tác người vận hành thành hoạt động phối hợp của cơ cấu máy. Nó đọc tín hiệu, điều khiển trình tự, tạo khóa an toàn và trao đổi trạng thái với NCK và HMI. Khi máy chờ xác nhận hoặc không khởi động cơ cấu, hiểu logic PLC giúp tìm chính xác điều kiện chưa thỏa thay vì thay đổi tham số chuyển động một cách ngẫu nhiên.