為了保證數控機床的運行安全，機床的每個直線軸都配有限位。數控機床的限位可分為硬限位與軟限位兩種，硬限位是伺服軸運動超程的最后一道防護，越過硬限位后的很短距離就到達機械硬限位。由于伺服系統功率很大，一旦撞上機械硬限位，就有可能造成機件的損壞，這是不允許的。而硬限位又有兩種方式：雙開關硬限位和單開關硬限位。本文主要針對VMCl000數控加工中心更換電氣系統的項目，采用PLC技術對硬限位問題給予了解決，并對這兩種限位方式做了詳細的分析與敘述。

1 設計思路

　　項目機床為早期生產的VMCl000數控加工中心，原系統為AB公司早期系統，而此次項目方案中使用的是KND公司生產的1000M11型開放式數控系統。由于原機床采用的限位方式為單開關限位形式，即限位是由限位開關信號加方向信號組合判斷的。而在KND公司提供的1000MII型系統的PLC中處理限位的方式為常用的雙開關限位，即正負限位各用一個開關，不需要方向信號的參與。故在此提出兩種解決方案。

　　1.1 方案一

　　原理圖如圖1所示，將原來的單開關限位方式更換為雙開關限位，加裝三聯限位(包括回零)開關、限位塊和滑槽等。

　　1.2 方案二

　　原理圖如圖2所示，不更改原限位開關，將新系統的PLC梯形圖進行修改。

　　1.3 方案選擇

　　經過分析，由于原機床的限位開關完好，且x向處于防護罩和工作臺之間，y向位于工作臺底部，z向位于z向導軌內側，所在位置都為狹窄空腔。如果在該位置進行改造需要對工作臺進行拆裝，施工不易且代價高，還會延長項目工期，其它地方經過分析論證也不宜安裝。最后決定采用第二方案，且第二種方案不增加機械安裝量，只對電氣部分的軟件PLC梯形圖進行更改。因此必須對該系統電氣部分的軟件處理方式進行分析。從而保證改造后與改造前性能一致。

2 雙開關限位電路與梯形圖功能分析

　　由于此變更電氣系統項目所用的新系統為KND公司生產的1000MII型開放式數控系統，根據上述方案的選擇知需對此數控系統進行相應的修改才能適應此項目的限位設計，故有必要在這先介紹修改前新系統限位工作的原理，包括其外部電路圖與梯形圖原理。

　　2.1 外部接線原理圖

　　KND公司生產的1000MII型開放式數控系統雙開關限位外部接線原理圖如圖3所示，+24V經過熔斷器分別與限位開關相連，然后與數控系統DI相連接。將機床的限位信號送入數控系統。每個軸的限位信號有兩路，一路為正限位信號，一路為負限位信號。

圖3 1000MII型數控系統雙開關限位外部接線原理圖

2.2 梯形圖分析

　　對KND系統隨機梯形圖進行分析，如圖4所示，信號X0.4、X0.6、X1.4、X1.6、X3.7、X2.6分別為X、Y、Z三個軸的限位輸入信號(外電路均為常閉點)。K0．4為限位檢查參數，當K0.4=0時檢查硬限位，當K0.4=1時不檢查硬限位。G信號G0.0、G0.1、G1.0、G1.1、G2.0、G2.1為PLC運算結果送給NC的信號，為1時報警。下面以x軸為例：當正限位X0.4=1，K0.4=0時G0.0=0，系統不報警，當擋塊隨工作臺移動并壓住開關時X0.4=0，G0.0=l，機床報警為正限位報警且x軸停止正向移動。但此時x軸負向以及其它方向仍可移動。要解除限位報警可先負向移動x軸至擋塊離開開關，使X0.4=1，此時按系統面板的復位鍵即可解除正限位報警。

圖4 1000MII型開放式數控系統雙開關限位梯形圖

3 單開關限位電路與梯形圖設計

　　根據項目方案設計，KND公司的1000MII型開放式數控系統需由原來的雙開關限位改為單開關限位，同時需修改其相應的梯形圖。所做的具體修改介紹如下。

　　3.1 外部電路設計

　　根據所選方案設計外部電路圖如圖5所示。新設計的輸入電路中每個軸只需一路限位信號，與雙開關限位電路相比，開關數量減少一半。各軸輸入信號并不區分是正限位還是負限位。

圖5 新設計的單開關限位外部電路圖

　　3.2 梯形圖設計

　　如圖6所示，原梯形圖x軸正負限位信號輸入點為X0.4、X0.6，現改為單開關后僅使用X0.4輸入點。其中F8.0為脈沖方向，該信號是由NC給出。當脈沖方向為正時，F8.0=0。當脈沖方向為負時，F8.0=1。圖中僅畫出了X向限位，Y軸、Z軸同理。現以機床x向正限位報警和解除為例進行分析，當x軸正向進給時F8.0=0、X0.4=1、G0.1=0、K0.4=0、G0.0=0，當碰觸到正向限位擋塊A時X0.4=0，此時G0.0=1，系統正限位報警。復位時先x軸負向進給，此時F8.0=1，但由于GO．0的自鎖使得G0.0仍舊等于1，此時按復位鍵仍不能消除報警，直到擋塊完全離開開關使得X0.4=1，G0.0=0時，按復位鍵方可接觸報警。其中由于機床不可能在一個軸上同時正負限位都報警，因此在進行X負軸向運動剛開始的一小段時間或者說在擋塊還未完全離開開關的時候在邏輯上應該禁止x軸向負限位報警，梯形圖中對G0.0和G0.1做互鎖處理。機床x軸負限位以及，，軸、z軸正負限位報警的梯形圖分析和設計方法均與正限位同理。

圖6新設計的限位梯圖

4 結束語

　　本設計采用機床PLC對VMCl000立式數控Jjn-r中心電氣系統更換項目中的的硬限位處理進行了改造，適應了機床的原有硬件配置，降低了改造的難度、減少了機械加工量。經過機床調試，

　　功能完全與改造前一致，操作性強，充分體現了機床PLC在控制應用中接線簡單、編程靈活、維護方便等優點。對理論教學以及實際的工程設計具有指導意義。