基于PLC的數(shù)控設(shè)備工業(yè)三色警示燈控制的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)*

沈鉆科

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇常州 213000）

0 引言

在數(shù)控設(shè)備上，安裝警示燈的作用是提示設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及提醒相關(guān)工作人員集中注意力，防止做出損壞設(shè)備的誤操作等。目前大多數(shù)控機(jī)床上安裝的警示燈基本都是帶有集成控制電路的三色LED 光源警示燈。這種警示燈集成控制電路普遍容易出現(xiàn)故障，一旦該電路損壞，雖然LED 燈源良好，但后期維修時普遍采取的做法是直接更換整個警示燈，造成的浪費(fèi)比較大。如果選擇維修控制集成電路，沒有專業(yè)的電工、電子知識，則無法維修。即使維修人員具備維修能力，但購買更換電子元件，耗時耗力，所以上述方法不推薦使用。本文中工業(yè)三色警示燈控制設(shè)計，采用修改梯形圖程序[1]的方法，改造警示燈，使其能實(shí)現(xiàn)警示燈以設(shè)定的時間為周期亮起和熄滅的閃爍功能。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計思路

工業(yè)三色警示燈硬件選用不帶有集成控制功能模塊的普通三色警示燈，或者將集成控制模塊發(fā)生故障的工業(yè)三色警示燈進(jìn)行改造，拆除故障控制模塊，采用串聯(lián)的連接方式，將主電路和燈源進(jìn)行連接。具體設(shè)計要求應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下控制功能：（1）當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時，三色警示燈中黃燈以2 s為周期閃爍；（2）當(dāng)系統(tǒng)有報警時，三色警示燈中紅燈以1 s為周期閃爍；（3）當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，三色警示燈中綠燈保持常亮；（4）三色警示燈中紅、黃、綠3種顏色，不能同時有2種及以上顏色同時亮起，即一種顏色亮起，其他2種顏色熄滅。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制電路設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，工業(yè)三色警示燈不能同時有2 種及以上顏色同時亮起，電路設(shè)計思路有2種方案。方案一，在電路設(shè)計中加入互鎖控制，通過硬件實(shí)現(xiàn)三種顏色燈不能同時亮起；方案二，不考慮硬件實(shí)現(xiàn)互鎖，采用控制信號實(shí)現(xiàn)互鎖的方式。經(jīng)過2種方案比較，方案二減少了原器件已經(jīng)線路的連接，節(jié)約了設(shè)計成本，方法更優(yōu)，所以選擇方案二。

主電路如圖1所示，紅燈串聯(lián)中間繼電器KA10常開觸點(diǎn)，黃燈串聯(lián)中間繼電器KA11 常開觸點(diǎn)、綠燈串聯(lián)KA12 常開觸點(diǎn)。工作原理：中間繼電器KA10、KA11、KA12常開觸點(diǎn)其中一個閉合，主電路中與閉合觸點(diǎn)串聯(lián)的紅燈、黃燈或綠燈得電。

圖1 主電路

圖2 控制電路

工業(yè)三色警示燈控制電路如圖2 所示，中點(diǎn)繼電器KA10、KA11、KA12 的線圈和梯形圖輸出信號Y3.3、Y3.4、Y3.5、串聯(lián)。工作原理：數(shù)控系統(tǒng)輸出[2]信號Y3.3、Y3.4、Y3.5 使其中一個得電，與得電輸出信號串聯(lián)的中間繼電器KA10、KA11或KA12線圈得電。中間繼電器線圈得電，主電路常開觸點(diǎn)閉合，最后信號燈得電。

2.2 控制信號設(shè)計

根據(jù)電氣原理圖以及控制系統(tǒng)設(shè)計思路需要實(shí)現(xiàn)的控制功能，本次設(shè)計在編寫梯形圖[3]程序時用的控制信號主要有4種類型。第一類：A 信號，設(shè)備信息提示和報警信號，作為輸入信號使用。第二類：F 信號，本次編寫的梯形圖程序是FANUCOi-TF 數(shù)控系統(tǒng)，F(xiàn) 信號是FANUC 公司自定義信號[4]，由系統(tǒng)發(fā)出輸出梯形圖，作為輸入信號使用。第三類：R 信號，中間寄存器信號，F(xiàn)ANUC梯形圖程序中輸出信號不允出現(xiàn)雙線圈地址，即相同的地址信號不能夠在一個梯形圖程序中出現(xiàn)兩個，可以作為輸入和輸出信號使用。第四類:Y 信號，梯形圖發(fā)送至數(shù)控設(shè)備的信號，作為輸出型號使用。表1所示為本次梯形圖中需要使用的輸入和輸出信號。

表1 信號地址分配表

2.3 PLC程序設(shè)計

根據(jù)電氣原理圖以及控制系統(tǒng)設(shè)計思路需要實(shí)現(xiàn)的控制功能，本次梯形圖程序的設(shè)計以FANUCOi-TF 數(shù)控系統(tǒng)為例，使用FANUC-LADDER-III 軟件[5]進(jìn)行開發(fā)編寫。根據(jù)設(shè)計要求，程序設(shè)計思路如下：（1）使用機(jī)床信息提示和報警信號導(dǎo)通三色警示燈紅燈信號，即設(shè)備出現(xiàn)報警或者形體提示，三色警示燈紅燈立即亮起；（2）三色警示燈紅燈和綠燈不亮?xí)r，黃燈才能亮起；（3）三色警示燈綠燈在數(shù)控系統(tǒng)正常工作時或執(zhí)行數(shù)控加工程序時亮起；（4）三色警示燈中紅、黃、綠3種顏色輸出信號Y3.3、Y3.4、Y3.5互鎖，不能同時導(dǎo)通；（5）三色警示燈紅燈以1 s 為周期閃爍，黃燈以2 s為周期閃爍，綠燈保持常亮，使用定時器模塊編寫程序。本次設(shè)計梯形圖程序如圖3～4所示。

圖3 紅色警示燈燈梯形圖

圖4 黃色、綠色警示燈燈梯形圖

梯形圖功能分析如下。

如圖3 所示，當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)出報警信號[6]，A0.0、A0.1、A0.2、A0.4、A0.6 常開觸點(diǎn)閉合，導(dǎo)通Y3.3 線圈，Y3.3 線圈機(jī)床紅色警示燈亮，Y3.3 常開觸點(diǎn)閉合，通過SUB24 定時器模塊9 延時500 ms 后導(dǎo)通R300.1 線圈，R300.1 常開觸點(diǎn)閉合，導(dǎo)通中間寄存器R300.3 線圈，R300.3 線圈得電，R300.3常開觸點(diǎn)閉合，R300.3 線圈得電保持自鎖，同時R300.3 常閉觸點(diǎn)斷開，系統(tǒng)在進(jìn)行第二次掃描時，實(shí)現(xiàn)機(jī)床紅色警示燈延時500 ms 后滅。SUB24 定時器模塊10 延時500 ms 后導(dǎo)通R300.2 線圈，R300.2 常閉觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ_觸點(diǎn)，R300.3 線圈斷開，R300.3常閉觸點(diǎn)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)機(jī)床紅色警示燈延時500 ms后再次亮起。通過SUB24定時器模塊9和10延時互鎖，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床紅色警示燈以1 s為周期亮0.5 s，滅0.5 s的循環(huán)通斷過程。

如圖4 所示，當(dāng)數(shù)控機(jī)床紅色警示燈輸出信號Y3.3 和綠色警示燈輸出信號Y3.5 沒有輸出時，黃色警示燈輸出信號Y3.4 得電，黃色警示燈常亮，Y3.4 觸點(diǎn)閉合，SUB24 定時器模塊11 延時500 ms 后導(dǎo)通R300.4 線圈，R300.4 常開觸點(diǎn)閉合，導(dǎo)通中間寄存器R300.6 線圈，R300.6 線圈得電，R300.6常開觸點(diǎn)閉合，R300.6線圈得電保持自鎖，同時R300.6常閉觸點(diǎn)斷開，系統(tǒng)在進(jìn)行第二次掃描時，實(shí)現(xiàn)機(jī)床黃色警示燈延時500 ms后滅。SUB24 定時器模塊12 延時500 ms后導(dǎo)通R300.7線圈，R300.7 常閉觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ_觸點(diǎn)，R300.6 線圈斷開，R300.6 常閉觸點(diǎn)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)機(jī)床黃色警示燈延時500 ms 后再次亮起。通過SUB24定時器模塊11和12延時互鎖，最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)床黃色警示燈以2 s為周期亮1 s，滅1 s的循環(huán)通斷過程。

如圖4 所示，數(shù)控機(jī)床綠色警示燈輸出信號Y3.5，當(dāng)數(shù)控機(jī)床執(zhí)加工程序，數(shù)控系統(tǒng)按下循環(huán)啟動時，加工指令在執(zhí)行過程中數(shù)控系統(tǒng)向梯形圖發(fā)出F0.5 循環(huán)啟動信號，導(dǎo)通綠色警示燈輸出信號Y3.5，綠色警示燈保持常亮。數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行過程中只要終止程序運(yùn)行，F(xiàn)0.5 循環(huán)啟動信號立刻斷開，綠色警示燈保持熄滅。

3 結(jié)束語

本文所設(shè)計的基于PLC 程序的數(shù)控設(shè)備工業(yè)三色警示燈程序，可以解決數(shù)控機(jī)床警示燈集成控制模塊出現(xiàn)故障后，需要更換整個燈具的問題。只需要拆除出現(xiàn)故障的控制模塊，將警示燈燈泡與主電路直接連接，并對現(xiàn)有設(shè)備的梯形圖程序進(jìn)行修改設(shè)計，即可實(shí)現(xiàn)三色警示燈原有的閃爍時間頻率。在國家提倡綠色制造的要求下，可以將三色警示燈循環(huán)再利用，既節(jié)約了維修成本，同時也提高了數(shù)控設(shè)備維修人員的維修水平。