数控机床与可编程序控制器.答案优秀PPT.ppt

第七章第七章 数控机床与数控机床与可编程序限制器（可编程序限制器（PLC）数控机床与运用修理本讲主要内容本讲主要内容lPLC的基本结构的基本结构 lPLC的工作原理的工作原理l数控机床用可编程限制器的类型及特点数控机床用可编程限制器的类型及特点lPLC在数控机床上的配置方式在数控机床上的配置方式l可编程限制器与外部的信息交换可编程限制器与外部的信息交换l数控机床用可编程限制器的限制功能数控机床用可编程限制器的限制功能 引言引言l数控机床的限制除了对坐标轴的进给进行位置伺服限制外，还须要对机床的主轴、刀具和各种开关信号进行限制。如主轴的正、反转，起动和停止，刀具交换，工件夹紧、松开，工作台交换以及切削液的开、关和润滑系统的启动等进行依次限制。l依次限制的信息主要是开关量信号，如限制开关、行程开关、压力开关和温度开关等输入元件输入的信号和继电器、接触器、电磁阀等输出元件所须要的输出信号。在数控机床上用可编程限制器完成这一限制任务。一、一、PLC的基本结构的基本结构1PLC的硬件结构（的硬件结构（1）l可编程限制器实质上是一种工业限制用的专用计算机，PLC与微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。lCPU是PLC的核心部件，其上不仅有CPU集成芯片，而且还有确定数量的内存储器RAM和系统程序存储器EPROM，用户程序存储器EPROM，输入输出（IO）模块及电源等组成，其各部分均接受总线结构。可编程限制器结构框图可编程限制器结构框图1PLC的硬件结构（的硬件结构（2）l中中心心处处理理单单元元CPU PLC中中的的CPU与与通通用用微微机机中中的的CPU一样，是一样，是PLC的核心部分。的核心部分。lCPU按按系系统统程程序序赐赐予予的的功功能能，接接收收并并存存储储从从编编程程器器键键人人的的用用户户程程序序和和数数据据，用用扫扫描描方方式式查查询询现现场场输输入入装装置置的的各各种种信信号号状状态态或或数数据据，并并存存入入输输入入状状态态寄寄存存器器或或数数据据寄寄存存器器中中，在在诊诊断断了了电电源源、PLC内内部部电电路路及及编编程程语语句句无无误误后后，PLC进入运行状态。进入运行状态。l在在PLC进进入入运运行行状状态态后后，从从存存储储器器逐逐条条读读取取用用户户程程序序，完完成成用用户户程程序序中中规规定定的的逻逻辑辑运运算算或或算算术术运运算算等等任任务务。依依据据运运算算结结果果，更更新新有有标标记记位位的的状状态态和和输输出出状状态态寄寄存存器器的的内内容容，再再由由输输出出状状态态寄寄存存器器的的位位状状态态或或数数据据寄寄存存器器的的有有关内容，实现输出限制、制表打印、数据通信等功能。关内容，实现输出限制、制表打印、数据通信等功能。1PLC的硬件结构（的硬件结构（3）l存存储储器器 PLC存存储储器器一一般般有有随随机机存存储储器器RAM和和只只读读储储器器EPROM。RAM中中一一般般存存放放用用户户程程序序，如如梯梯形形图图和和语语句句表表等等，为为了了防防止止掉掉电电后后RAM中中的的内内容容丢丢失失，PLC运运用用了了锂锂电电池池作作为为对对RAM的的后后备备供供电电，能能使使RAM中中的的程程序序保保持好几年。持好几年。lPLC所所用用的的只只读读存存储储器器为为EPROM，内内部部存存储储有有PLC限限制制的的系系统统程程序序，如如检检查查程程序序、键键盘盘输输入入处处理理程程序序、编编译译程程序序、信信息息传传递递程程序序及及监监控控程程序序等等，由由厂厂家家固固化化到到EPROM中中。有有时时，用用户户程程序序也也可可固固化化到到EPROM中中，避避开开RAM中存储的用户程序丢失。中存储的用户程序丢失。1PLC的硬件结构（的硬件结构（4）l输输入入输输出出模模块块（IO模模块块）IO模模块块是是PLC与与现场现场IO装置或其他外部设备的连接部件。装置或其他外部设备的连接部件。l现现场场输输入入装装置置有有限限制制按按钮钮、转转换换开开关关、行行程程开开关关、接接近近开开关关、压压力力开开关关及及温温控控开开关关等等，这这些些信信号号经经接接口口电电路路接接入入PLC后后，还还要要经经过过抗抗强强电电干干扰扰的的光光电电耦耦合合、消消抖抖动动电电路路、滤滤波波电电路路才才能能送送到到PLC输输入数据寄存器。入数据寄存器。1PLC的硬件结构（的硬件结构（5）lPLC的的输输出出装装置置 有有继继电电器器、双双向向晶晶闸闸管管和和晶晶体体管管三三种种形形式式，因因此此，PLC供供应应了了各各种种操操作作电电平平、驱动实力以及不同功能的驱动实力以及不同功能的IO模块供用户选用。模块供用户选用。l模模拟拟量量输输入入输输出出模模块块和和智智能能接接口口模模块块。模模拟拟量量输输入入输输出出模模块块的的作作用用就就是是将将输输入入的的模模拟拟量量经经AD转转换换变变成成PLC能能处处理理的的数数字字量量，并并将将PLC处处理理后后的数字量经的数字量经DA转换变成模拟量输出。转换变成模拟量输出。1PLC的硬件结构（的硬件结构（6）l编编程程器器 编程器用于用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。l通过接口与PLC联系，完成人机对话连接。l简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接口与PLC连接。l智能型编程器既可在线编程又可离线编程，还可与微型计算机接口或与打印机接口，实现程序的存储、打印、通信等功能。2PLC软件系统软件系统（1）lPLC的软件系统包括系统程序和用户程序。l系统程序 系统程序包括监控程序、编译程序及诊断程序等。监控程序又称为管理程序，主要用于管理整机；编译程序用来把程序语言翻译成机器语言；诊断程序用来诊断机器故障。系统程序由PLC生产厂家供应，并固化在EPROM中，用户不能干脆存取，故也不须要用户干预。2PLC软件系统软件系统（2）l用用户户程程序序 用用户户程程序序是是用用户户依依据据现现场场限限制制的的须须要要，用用PLC程程序序语语言言编编制制的的应应用用程程序序，用用以以实实现现各各种种限限制制要要求求。用用户户程程序序由由用用户户用用编编程程器器输输入入到到PLC内内存存。小小型型PLC的的用用户户程程序序比比较较简简洁洁，不不须须要要分分段段，可可按按依依次次编编制制；大大中中型型PLC的的用用户户程程序序很很长长，也也比比较较困困难难，为为运运用用户户程程序序编编制制简简洁洁清清晰晰，可可按按功功能能结结构构或或运运用用目目的的将将用用户户程程序序划划分分成成各各个个程程序序模模块块，每每个个模模块块用用来来解解决决一一个个确确定定的的技技术术功功能能，这这样样使使程程序序编编制制变变得得简简洁洁理理解解，同同时时能能很很便便利利地地对对程程序序进行调试和修改。进行调试和修改。二、二、PLC的工作原理的工作原理1基本思想基本思想l用户程序通过编程器输入到用户存储器，CPU对用户程序循环扫描并依次执行，这是PLC的基本工作原理。l扫描与依次执行 只要PLC接通电源，CPU就对用户存储器的程序进行扫描，即从第一条用户程序起先依次执行，直到用户程序最终一条，形成一个扫描周期，周而复始。l用梯形图形象地说就是从上至下，从左至右，逐行扫描执行梯形图所描述的逻辑功能。l目前在PLC中，执行每条指令的平均时间可达s级。扫描工作过程（扫描工作过程（1）lCPU的的一一个个周周期期 CPU进进行行输输入入点点状状态态采采集集、用用户户程程序序逻逻辑辑运运算算、相相应应输输出出状状态态的的更更新新和和IO执行。执行。l当当有有编编程程器器接接入入PLC时时，CPU还还要要对对编编程程器器的的在线输入信号进行响应，并更新显示。在线输入信号进行响应，并更新显示。lCPU还还要要对对自自身身的的硬硬件件进进行行快快速速自自检检，并并对对监监视视扫扫描描用用的的定定时时器器进进行行复复位位。完完成成自自检检后后，CPU又从首地址重新起先扫描运行。又从首地址重新起先扫描运行。PLC执行程序的一个扫描周期执行程序的一个扫描周期扫描工作过程（扫描工作过程（2）l输输入入采采样样 在在输输入入采采样样阶阶段段，PLC以以扫扫描描方方式式将将全全部部输输入入端端的的输输入入信信号号状状态态（ONOFF状状态态）读读入入到到输输入入映映像像寄寄存存器器中中寄寄存存起起来来，称称为为对对输输入入信号的采样。信号的采样。l在在程程序序执执行行期期间间，即即使使输输入入状状态态变变更更，输输入入映映像像寄寄存存器器的的内内容容也也不不会会变变更更。输输入入状状态态的的变变更更只只能能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。扫描工作过程（扫描工作过程（3）l程程序序执执行行阶阶段段 在在程程序序执执行行阶阶段段，PLC对对程程序序按按依依次次进进行行扫扫描描。如如程程序序用用梯梯形形图图表表示示，则则总总是是按按先上后下、先左后右的依次扫描。先上后下、先左后右的依次扫描。l每每扫扫描描到到一一条条指指令令时时，所所须须要要的的输输入入状状态态或或其其他他元元素素的的状状态态分分别别从从输输入入映映像像寄寄存存器器或或输输出出映映像像寄寄存存器器中中读读入入，然然后后进进行行相相应应的的逻逻辑辑或或算算术术运运算算，运算结果再存入专用寄存器。运算结果再存入专用寄存器。l若若执执行行程程序序输输出出指指令令时时，则则将将相相应应的的运运算算结结果果存存入输出映像寄存器。入输出映像寄存器。扫描工作过程（扫描工作过程（4）l输输出出刷刷新新阶阶段段 在在全全部部指指令令执执行行完完毕毕后后，输输出出映映像像寄寄存存器器中中的的状状态态就就是是欲欲输输出出的的状状态态。在在输输出出刷刷新新阶阶段段，将将映映像像寄寄存存器器中中的的状状态态转转存存到到输输出出锁锁存存电电路路，再再经经输输出出端端子子输输出出信信号号去去驱驱动动用用户户输输出出设设备，这就是备，这就是PLC的实际输出。的实际输出。三、数控机床用可编程限制器三、数控机床用可编程限制器的类型及特点的类型及特点 1概述概述l数控机床中所用的PLC可分为两类：一类是专为实现数控机床依次限制而设计制造的内装型PLC，另一类是那些输入输出技术规范，输入输出点数、程序存储容量以及运算和限制功能等均能满足数控机床限制要求的独立型PLC。内装型内装型PLC（）（）l内装型PLC从属于CNC装置，PLC与NC之间信号传送在CNC装置内部就可完成，而PLC与机床侧的信息传送则要通过输入输出接口来完成。内装型内装型PLC（）（）内装型PLC特点（1）：是作为CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种可选功能供应应用户。内装型PLC的性能指标（如输入输出点数、程序最大步数、每步执行时间、程序扫描周期、功能指令数目等）是依据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的，其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统一起统一设计制造的。内装型内装型PLC（3）内装型PLC特点（2）：在系统结构上，内装型PLC既可以与CNC共用一个CPU，也可以单独运用一个CPU，此时的PLC对外有单独配置的输入输出电路，而不运用CNC装置的输入输出电路。扩大了CNC内部干脆处理的通信窗口功能，可以运用梯形图的编辑和传送等高级限制功能，且造价便宜，提高了CNC的性能价格比。具有内装型具有内装型PLC的的CNC系统系统2独立型独立型PLC（1）l独立型PLC又称通用型PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能独立完成规定限制任务的装置。l数控机床用独立型PLC，一般接受模块化结构，装在插板式笼箱内，它的CPU系统程序、用户程序、输入输出电路、通信等均设计成独立的模块。l独立型PLC主要用于FMS、CIMS形式中的CNC机床，具有较强的数据处理、通信和诊断功能，成为CNC与上级计算机联网的重要设备。独立型独立型PLC的的CNC系统系统2独立型独立型PLC（2）独立型PLC具有以下特点（）：独立型PLC本身是一个完整的计算机系统，其具有CPU、EPROM、RAM、I/O接口以及编程器等外部设备通信接口、电源等。独立型PLC的I/O模块种类齐全，其输入输出点数可通过增减I/O模块敏捷配置。2独立型独立型PLC（3）独立型PLC具有以下特点（）：与内装型PLC比较，独立型PLC功能更强，但一般要配置单独的编程设备。独立型PLC与数控系统之间的信息交换可通过I/O接口对接方式，也可接受通信方式。I/O接口对接方式就是将数控系统的输入输出点通过连线与PLC的输入输出点连接起来，适应于数控系统与各种PLC的信息交换。但由于每一点的信息传递须要一根信号线，所以这种方式连线多，信息交换量小。接受通信的方式可克服上述I/O对接的缺点。但接受这种方式的数控系统与PLC必需接受同一通信协议。接受通信方式时，数控系统与PLC的连线少，信息交换量大而且特别便利。四、四、PLC在数控机床上的配置方式在数控机床上的配置方式PLC在数控机床上配置方式图例（在数控机床上配置方式图例（1）PLC在数控机床上配置方式图例（在数控机床上配置方式图例（2）PLC在数控机床上的配置方式在数控机床上的配置方式（1）l第第一一种种 PLC安安装装在在机机床床侧侧，用用于于完完成成传传统统继继电电器器的的逻逻辑辑限限制制，PLC与与数数控控系系统统之之间间通通过过IO点点连连线线对对接接交交换换信信息息，PLC通通过过IO点点再再限限制制机机床床的的逻逻辑辑动动作作。在在这这种种配配置置中中，PLC可可选选用用随随意意一一种种型型号号的的产产品品，可可选选择择余余地地大大。此此时时PLC需需N+M根连线，因此连线困难。根连线，因此连线困难。PLC在数控机床上的配置方式在数控机床上的配置方式（2）l其其次次种种 接接受受内内装装PLCPLC。此此时时PLCPLC仅仅有有M M根根输输入入输输出出连连线线限限制制机机床床，而而PLCPLC与与数数控控系系统统之之间间的的信信息息交交换换在在数数控控系系统统内内部部完完成成，因因此此连连线线少少，易易于于修修理，成本也较低。理，成本也较低。PLC在数控机床上的配置方式在数控机床上的配置方式（3）l第第三三种种 独独立立型型PLC安安装装在在靠靠近近CNC处处（或或运运用用内内置置PLC），但但将将PLC的的IO模模块块安安装装在在机机床床侧侧，PLC与与IO模模块块之之间间运运用用远远程程IO通通信信线线连连接接（通通常常PLC均均有有远远程程I/O模模块块）。这这种种配配置置特特殊殊适适用用于于重重型型、大大型型机机床床，可可运运用用多多个个远远程程IO模模块块，各各远远程程IO模模块块安安装装在在靠靠近近各各自自的的限限制制对对象象处处，从从而而削削减减和和缩缩短短了了连连线线，简简化化了了强强电结构，提高了系统的牢靠性。电结构，提高了系统的牢靠性。PLC在数控机床上的配置方式在数控机床上的配置方式（4）l第四种 运用独立型PLC，但PLC与数控系统之间通过通信线连接，简化了连线，通信信息量也大大增加。五、可编程限制器与外部的信息交换五、可编程限制器与外部的信息交换 2PLC至机床（至机床（PLCMT）l PLC限制机床的信号通过PLC的开关量输出接口送到机床侧，全部开关量输出信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。l举例 在SINUMERIK 810数控系统中，机床侧某电磁阀的动作由PLC的输出信号来限制，设该信号用Q14来定义。该信号通过IO模块和IO端子板输出至中间继电器线圈，继电器的触点又使电磁阀的线圈得电，从而限 制 电 磁 阀 的 动 作。同 样，Q1 4信 号 可 在 PLC STATUS状态下，通过视察QBl的第4位“0”或“1”来获知该输出信号是否有效。3CNC至至PLC（CNCPLC）l CNC送至PLC的信息可由CNC干脆送入PLC的寄存器中，全部CNC送至PLC的信号含义和地址（开关量地址或寄存器地址）均由CNC厂家确定，PLC编程者只可运用，不行变更和增删。l举例 数控指令的M、S、T功能，通过CNC译码后 干 脆 送 入 PLC相 应 的 寄 存 器 中。在SINUMERIK810数控系统中，M03指令经译码后，送入FY273寄存器中。4PLC至至CNC（PLCCNC）lPLC送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成，全部PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可运用，不行变更和增删。l举例 SINUMERIK 810数控系统中，Q108.5为PLC至CNC的进给使能信号。六、数控机床用可编程限制器功能六、数控机床用可编程限制器功能1 1S功能处理功能处理 l主轴转速可以用S 2位代码或S 4位代码干脆指定。例如：某数控机床的主轴最高转速为4000rmin，最低转速为50rmin，若用S 4位代码，CNC送出S4位代码至PLC，将进行二十进制数转换，然后进行限位，当S代码大于4000时限制S为4000，当S代码小于50时，限制S为50，此数值送到DA转换器，转换成504000rmin相对应的输出电压，作为转速指令限制主轴的转速；若用S2位代码指定主轴的转速，应首先制定S2位代码与主轴转速的对应表，CNC输出S2位代码进入PLC，经过一系列处理，很简洁实现对主轴转速的限制。T功能处理功能处理 l数控机床通过PLC可管理刀库，特殊是对加工中心的自动换刀带来了很大的便利。处理的信息包括选刀方式，刀具累计运用的次数，刀具剩余寿命和刀具刃磨次数等。M功能处理功能处理 lM功能是协助功能，依据不同的M代码，可限制主轴的正、反转和停止，主轴齿轮箱的换档变速，主轴准停，切削液的开、关，卡盘的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、归刀等动作。思索与练习：思索与练习：l说明数控机床用可编程限制器的基本工作过程？如何理解“扫描工作方式”？l数控机床用可编程限制器与外设间存在哪些信息交换？哪些信号通过PLC的“I口”，哪些信号通过PLC的“O口”？l数控机床用可编程限制器主要实现哪些功能？