为了保证数控机床的运行安全，机床的每个直线轴都配有限位。数控机床的限位可分为硬限位与软限位两种，硬限位是伺服轴运动超程的最后一道防护，越过硬限位后的很短距离就到达机械硬限位。由于伺服系统功率很大，一旦撞上机械硬限位，就有可能造成机件的损坏，这是不允许的。而硬限位又有两种方式：双开关硬限位和单开关硬限位。本文主要针对VMCl000数控加工中心更换电气系统的项目，采用PLC技术对硬限位问题给予了解决，并对这两种限位方式做了详细的分析与叙述。

1 设计思路

　　项目机床为早期生产的VMCl000数控加工中心，原系统为AB公司早期系统，而此次项目方案中使用的是KND公司生产的1000M11型开放式数控系统。由于原机床采用的限位方式为单开关限位形式，即限位是由限位开关信号加方向信号组合判断的。而在KND公司提供的1000MII型系统的PLC中处理限位的方式为常用的双开关限位，即正负限位各用一个开关，不需要方向信号的参与。故在此提出两种解决方案。

　　1.1 方案一

　　原理图如图1所示，将原来的单开关限位方式更换为双开关限位，加装三联限位(包括回零)开关、限位块和滑槽等。

　　1.2 方案二

　　原理图如图2所示，不更改原限位开关，将新系统的PLC梯形图进行修改。

　　1.3 方案选择

　　经过分析，由于原机床的限位开关完好，且x向处于防护罩和工作台之间，y向位于工作台底部，z向位于z向导轨内侧，所在位置都为狭窄空腔。如果在该位置进行改造需要对工作台进行拆装，施工不易且代价高，还会延长项目工期，其它地方经过分析论证也不宜安装。最后决定采用第二方案，且第二种方案不增加机械安装量，只对电气部分的软件PLC梯形图进行更改。因此必须对该系统电气部分的软件处理方式进行分析。从而保证改造后与改造前性能一致。

2 双开关限位电路与梯形图功能分析

　　由于此变更电气系统项目所用的新系统为KND公司生产的1000MII型开放式数控系统，根据上述方案的选择知需对此数控系统进行相应的修改才能适应此项目的限位设计，故有必要在这先介绍修改前新系统限位工作的原理，包括其外部电路图与梯形图原理。

　　2.1 外部接线原理图

　　KND公司生产的1000MII型开放式数控系统双开关限位外部接线原理图如图3所示，+24V经过熔断器分别与限位开关相连，然后与数控系统DI相连接。将机床的限位信号送入数控系统。每个轴的限位信号有两路，一路为正限位信号，一路为负限位信号。

图3 1000MII型数控系统双开关限位外部接线原理图

　2.2 梯形图分析

　　对KND系统随机梯形图进行分析，如图4所示，信号X0.4、X0.6、X1.4、X1.6、X3.7、X2.6分别为X、Y、Z三个轴的限位输入信号(外电路均为常闭点)。K0．4为限位检查参数，当K0.4=0时检查硬限位，当K0.4=1时不检查硬限位。G信号G0.0、G0.1、G1.0、G1.1、G2.0、G2.1为PLC运算结果送给NC的信号，为1时报警。下面以x轴为例：当正限位X0.4=1，K0.4=0时G0.0=0，系统不报警，当挡块随工作台移动并压住开关时X0.4=0，G0.0=l，机床报警为正限位报警且x轴停止正向移动。但此时x轴负向以及其它方向仍可移动。要解除限位报警可先负向移动x轴至挡块离开开关，使X0.4=1，此时按系统面板的复位键即可解除正限位报警。

图4 1000MII型开放式数控系统双开关限位梯形图

3 单开关限位电路与梯形图设计

　　根据项目方案设计，KND公司的1000MII型开放式数控系统需由原来的双开关限位改为单开关限位，同时需修改其相应的梯形图。所做的具体修改介绍如下。

　　3.1 外部电路设计

　　根据所选方案设计外部电路图如图5所示。新设计的输入电路中每个轴只需一路限位信号，与双开关限位电路相比，开关数量减少一半。各轴输入信号并不区分是正限位还是负限位。

图5 新设计的单开关限位外部电路图

　　3.2 梯形图设计

　　如图6所示，原梯形图x轴正负限位信号输入点为X0.4、X0.6，现改为单开关后仅使用X0.4输入点。其中F8.0为脉冲方向，该信号是由NC给出。当脉冲方向为正时，F8.0=0。当脉冲方向为负时，F8.0=1。图中仅画出了X向限位，Y轴、Z轴同理。现以机床x向正限位报警和解除为例进行分析，当x轴正向进给时F8.0=0、X0.4=1、G0.1=0、K0.4=0、G0.0=0，当碰触到正向限位挡块A时X0.4=0，此时G0.0=1，系统正限位报警。复位时先x轴负向进给，此时F8.0=1，但由于GO．0的自锁使得G0.0仍旧等于1，此时按复位键仍不能消除报警，直到挡块完全离开开关使得X0.4=1，G0.0=0时，按复位键方可接触报警。其中由于机床不可能在一个轴上同时正负限位都报警，因此在进行X负轴向运动刚开始的一小段时间或者说在挡块还未完全离开开关的时候在逻辑上应该禁止x轴向负限位报警，梯形图中对G0.0和G0.1做互锁处理。机床x轴负限位以及，，轴、z轴正负限位报警的梯形图分析和设计方法均与正限位同理。

图6新设计的限位梯图

4 结束语

　　本设计采用机床PLC对VMCl000立式数控Jjn-r中心电气系统更换项目中的的硬限位处理进行了改造，适应了机床的原有硬件配置，降低了改造的难度、减少了机械加工量。经过机床调试，

　　功能完全与改造前一致，操作性强，充分体现了机床PLC在控制应用中接线简单、编程灵活、维护方便等优点。对理论教学以及实际的工程设计具有指导意义。