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YCF（中职）数控系统第5章教学课件第第5章章 数控系统中的数控系统中的PLC控制控制第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换和控的信息交换和控制功能的实现制功能的实现第三节第三节 数控系统中的数控系统中的PLC应用实例应用实例第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 可编程序控制器可编程序控制器PLC是一种新型的工业控制器，由计算机是一种新型的工业控制器，由计算机实现顺序控制。所谓顺序控制是按生产工艺要求，根据事先实现顺序控制。所谓顺序控制是按生产工艺要求，根据事先编好的程序，在输入信号的作用下，控制系统的各个执行机编好的程序，在输入信号的作用下，控制系统的各个执行机构按一定规律自动地实现顺序动作的控制。这些功能的控制构按一定规律自动地实现顺序动作的控制。这些功能的控制优劣将直接影响数控机床的生产效率、加工精度及加工质量优劣将直接影响数控机床的生产效率、加工精度及加工质量的稳定性。可编程序控制器的稳定性。可编程序控制器PC (Programmable Controller)是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运行而设计。是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运行而设计。下一页返回第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 它采用可编程序的存储，用于存储执行逻辑运算、顺序控它采用可编程序的存储，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。这是国际电工委员会过程。这是国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器的定义。对可编程序控制器的定义。为了与个人计算机为了与个人计算机PC (Personal Computer)相区别，仍采用相区别，仍采用旧称旧称 PLC(Programmable Logic Controller)。数控系统内部信息流大致分为两类，一类是控制机床坐标数控系统内部信息流大致分为两类，一类是控制机床坐标轴运动的连续数字信息轴运动的连续数字信息;另一类是通过另一类是通过PLC控制的辅助功能控制的辅助功能(M、S、T等等)信息，如信息，如图图5-1所示。所示。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC一、一、PLC的基本结构的基本结构 尽管尽管PLC的种类型号很多，其结构、型号也各不相同，但的种类型号很多，其结构、型号也各不相同，但它们的基本结构形式大体上是相同的，都是由中央处理单元它们的基本结构形式大体上是相同的，都是由中央处理单元(CPU)、存储器、存储器(RAM/ROM)、输入、输入/输出单元输出单元(I/O)、编程器、编程器、电源模块和外部设备等组成，并且内部采用总线结构，如电源模块和外部设备等组成，并且内部采用总线结构，如图图5-2所示。所示。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 1.PLC的硬件结构的硬件结构 (1)电源电源单元的作用是将外部提供的交流电转换为电源电源单元的作用是将外部提供的交流电转换为PLC内部所需的直流电源。一般地，电源单元有三路输出，一路内部所需的直流电源。一般地，电源单元有三路输出，一路供给供给CPU模块使用模块使用;一路供给编程器接口使用一路供给编程器接口使用;还有一路供给还有一路供给各种接口模板使用。由于各种接口模板使用。由于PLC直接用于工业现场，因此对电直接用于工业现场，因此对电源单元的技术要求较高，不但要求它具有较好的电磁兼容性源单元的技术要求较高，不但要求它具有较好的电磁兼容性能，而且还要求工作电源稳定，以适应电网波动和温度变化能，而且还要求工作电源稳定，以适应电网波动和温度变化的影响，并且还有过电流和过电压的保护功能，以防止在电的影响，并且还有过电流和过电压的保护功能，以防止在电压突变时损坏压突变时损坏CPU。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 图图5-3所示为西门子所示为西门子SIMATIC 57-300型可编程序控制器结型可编程序控制器结构图。构图。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC (2)中央处理单元中央处理单元CPU PLC中的中的CPU与通用计算机中的与通用计算机中的CPU一样，是一样，是PLC的核心。的核心。CPU按照系统程序赋予的功能，按照系统程序赋予的功能，接收存储从编程器输入的用户程序和数据，用扫描方式查询接收存储从编程器输入的用户程序和数据，用扫描方式查询现场输入状态以及各种信号状态或数据，并存入输入状态寄现场输入状态以及各种信号状态或数据，并存入输入状态寄存器中，在诊断了存器中，在诊断了PLC内部电路、编程语句和电源都正常后，内部电路、编程语句和电源都正常后，PLC进入运行状态。在进入运行状态。在PLC进入运行状态后，从存储器逐条进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，完成用户程序中的逻辑运算或算术运算任务。读取用户程序，完成用户程序中的逻辑运算或算术运算任务。根据运算结果，更新有标志位的状态和输出状态寄存器的内根据运算结果，更新有标志位的状态和输出状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、数据通信和制表打印等功能。实现输出控制、数据通信和制表打印等功能。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC PLC实现的控制任务，主要是完成一些动作和速度要求不实现的控制任务，主要是完成一些动作和速度要求不特别快的顺序控制，在一般情况下，不需要使用高速的微处特别快的顺序控制，在一般情况下，不需要使用高速的微处理器。为了提高理器。为了提高PLC的控制功能，通常采用多的控制功能，通常采用多CPU控制方式，控制方式，如用一个如用一个CPU来管理逻辑运算及专用功能指令来管理逻辑运算及专用功能指令;用另一个用另一个CPU来管理来管理I/O接口和通信等功能。中、小型接口和通信等功能。中、小型PLC常用常用8位或位或16位位微处理器，大型微处理器，大型PLC则采用高速单片机。则采用高速单片机。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC (3)编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试、监编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试、监视以及运行应用程序的特殊工具，一般由键盘、显示屏、智视以及运行应用程序的特殊工具，一般由键盘、显示屏、智能处理器、外部设备能处理器、外部设备(如硬盘如硬盘/软盘驱动器等软盘驱动器等)组成，它通过通组成，它通过通信接口与信接口与PLC相连，完成人一机对话功能。相连，完成人一机对话功能。编程器分为简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程器分为简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接口与编程，它通过一个专用接口与PLC连接连接;智能型编程器既可以智能型编程器既可以在线编程也可以离线编程，还可与微型计算机接口或与打印在线编程也可以离线编程，还可与微型计算机接口或与打印机接口连接，实现程序的存储、打印、通信等功能。机接口连接，实现程序的存储、打印、通信等功能。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC (4)存储器存储器PLC存储器主要包括随机存储器存储器主要包括随机存储器RAM和只读存储和只读存储器器ROM，用于存放用户程序、工作数据和系统程序。用户程，用于存放用户程序、工作数据和系统程序。用户程序是指用户根据现场的生产过程和工艺要求而编写的应用程序是指用户根据现场的生产过程和工艺要求而编写的应用程序，在修改调试完成后可由用户固化在序，在修改调试完成后可由用户固化在EPROM中或存储在磁中或存储在磁盘中。工作数据是盘中。工作数据是PLC运行过程中需要经常存取，并且随时运行过程中需要经常存取，并且随时改变的一些中间数据，为了适应随机存取的要求，它们一般改变的一些中间数据，为了适应随机存取的要求，它们一般存放在存放在RAM中。中。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 系统程序是指控制和完成系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序，包括监控各种功能的程序，包括监控程序、模块化应用功能子程序、指令译码程序、故障诊断和程序、模块化应用功能子程序、指令译码程序、故障诊断和各种管理程序等，这些程序出了时由制造厂家固化在各种管理程序等，这些程序出了时由制造厂家固化在PROM型存储器中。可见型存储器中。可见PLC所用存储器基本上由所用存储器基本上由EPROM、RAM和和PROM三种形式组成，其存储容量随着三种形式组成，其存储容量随着PLC类别或规模的类别或规模的不同而改变。不同而改变。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC (5)输入输入/输出输出(I/O)模块模块I/O模块是模块是PLC与现场与现场I/O装置或其装置或其他外部设备之间进行信息交换的桥梁。其任务是将他外部设备之间进行信息交换的桥梁。其任务是将CPU处理处理产生的控制信号输出传送到被控设备或生产现场，驱动各种产生的控制信号输出传送到被控设备或生产现场，驱动各种执行机构动作，实现实时控制执行机构动作，实现实时控制;同时将被控对象或被控生产过同时将被控对象或被控生产过程的各种变量转换成标准的逻辑电平信号，送入程的各种变量转换成标准的逻辑电平信号，送入CPU处理。处理。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 2.PLC的软件结构的软件结构 在可编程控制器中，在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分的软件分为两大部分:系统监控程序系统监控程序:用于控制可编程控制器本身的运行，主要用于控制可编程控制器本身的运行，主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用;.用户程序用户程序:它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。被控装置的运行。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC二、二、PLC的工作原理的工作原理 PLC的工作过程是在硬件的支持下运行软件的过程，如的工作过程是在硬件的支持下运行软件的过程，如图图5-4和和图图5-5所示。所示。用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器内，用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器内，CPU对用对用户程序循环扫描并顺序执行。这是户程序循环扫描并顺序执行。这是PLC的基本工作方式。的基本工作方式。图图5-4给出了给出了GE系列系列PLC的的CPU扫描过程。扫描过程。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 只要只要PLC接通电源，接通电源，CPU就对用户存储器的程序进行扫描。就对用户存储器的程序进行扫描。扫描从扫描从0000 H地址所存储的第一条用户程序开始，顺序进行，地址所存储的第一条用户程序开始，顺序进行，直到存储器结尾或用户程序的最后一个地址为止，形成一个直到存储器结尾或用户程序的最后一个地址为止，形成一个扫描循环，周而复始。每扫描一次，扫描循环，周而复始。每扫描一次，CPU进行输入点的状态进行输入点的状态采集、用户程序的逻辑解算、相应输出状态的更新和采集、用户程序的逻辑解算、相应输出状态的更新和I/O执行。执行。接入编程器时，也对编程器的输入产生响应，并更新其显示。接入编程器时，也对编程器的输入产生响应，并更新其显示。然后然后CPU对自身的硬件进行快速自检，并对监视扫描用定时对自身的硬件进行快速自检，并对监视扫描用定时器进行复位。完成自检后，器进行复位。完成自检后，CPU又从存储器的又从存储器的0000 H地址重地址重新开始扫描运行。新开始扫描运行。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 图图5-5是一个行程开关是一个行程开关PB1被压下时被压下时PLC的控制过程。的控制过程。.当按钮当按钮PB1压下，输入继电器压下，输入继电器X401的线圈接通的线圈接通;X401常开触头闭合，输出继电器常开触头闭合，输出继电器Y430通电通电;外部输出点外部输出点Y430闭合，指示灯亮闭合，指示灯亮;.当当PB1被放开时，输入继电器被放开时，输入继电器X401的线圈不再工作，其对的线圈不再工作，其对应的触头应的触头X401断开，这时输出继电器断开，这时输出继电器Y430仍保持接通，这是仍保持接通，这是因为因为Y430的触头接通后，其中的一个触头起到了自锁作用的触头接通后，其中的一个触头起到了自锁作用;下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 当行程开关当行程开关LS1被压下时，继电器被压下时，继电器X403的线圈接通，的线圈接通，X403的常闭触头断开，使得继电器的常闭触头断开，使得继电器Y430的线圈断电，指示灯灭，的线圈断电，指示灯灭，输出继电器输出继电器Y430的自锁功能复位的自锁功能复位;PB1被按下的同时，被按下的同时，X401的另一个常开触点接通另一个的另一个常开触点接通另一个梯级，这时若触头梯级，这时若触头M 100也处于闭合状态，定时器通电，到达也处于闭合状态，定时器通电，到达定时器设定的时间后，定时器断开。定时器设定的时间后，定时器断开。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC三、数控系统中三、数控系统中PLC的特点的特点 1.与现场信号直接连接与现场信号直接连接 针对不同的现场信号针对不同的现场信号(如直流或交流、开关量与模拟量、电如直流或交流、开关量与模拟量、电压或电流、脉冲或电位、弱电或强电等压或电流、脉冲或电位、弱电或强电等)，有相应的输入和输，有相应的输入和输出模块可与现场的工业器件出模块可与现场的工业器件(如按钮、行程开关、传感器、电如按钮、行程开关、传感器、电磁阀、控制阀、电动机启动装置磁阀、控制阀、电动机启动装置)直接相连，并通过数据总线直接相连，并通过数据总线与微处理器模块相连接。与微处理器模块相连接。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 2.灵活性好灵活性好 PLC通常采用积术式结构，便于将通常采用积术式结构，便于将PLC与数据总线连接，与数据总线连接，产品具有系列化、通用化，稍作修改就可应用于不同的控制产品具有系列化、通用化，稍作修改就可应用于不同的控制对象。对象。3.可靠性高可靠性高 由于由于PLC针对恶劣的工业环境设计，在其硬件和软件方面针对恶劣的工业环境设计，在其硬件和软件方面均采取了很多有效措施来提高其可靠性。在硬件方面采取了均采取了很多有效措施来提高其可靠性。在硬件方面采取了滤波、光电隔离、屏蔽等措施滤波、光电隔离、屏蔽等措施;在软件方面采取了故障自诊断、在软件方面采取了故障自诊断、信息保护与恢复等，从而可以直接应用于工业现场。信息保护与恢复等，从而可以直接应用于工业现场。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 4.编程简单编程简单 PLC沿用了梯形图编程简单的优点，易于现场操作人员理沿用了梯形图编程简单的优点，易于现场操作人员理解和掌握。解和掌握。5.网络通信网络通信 利用利用PLC的网络通信功能可实现计算机网络控制。的网络通信功能可实现计算机网络控制。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 6.安装简单维修方便安装简单维修方便 PLC对环境的要求不高，使用时只需将检测器件及执行设对环境的要求不高，使用时只需将检测器件及执行设备与备与PLC的的I/O端子连接无误，系统即可工作。端子连接无误，系统即可工作。PLC 80%以上以上的故障均出现在外围的输入的故障均出现在外围的输入/输出设备上，故能快速准确地诊输出设备上，故能快速准确地诊断故障。目前，已能达到断故障。目前，已能达到15 min内排除故障，恢复生产。内排除故障，恢复生产。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC四、数控系统中的四、数控系统中的PLC分类分类 数控系统中的数控系统中的PLC可分为可分为“内装型内装型”(Built-in-Type)PLC和和“独立型独立型”(Standalone-Type)PLC两种类型。两种类型。1.内装型内装型PLC 内装型内装型PLC是指是指PLC内置于内置于CNC装置内，从属于装置内，从属于CNC装置，装置，与与CNC装置集于一体，如装置集于一体，如图图5-6所示。所示。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 内装型内装型PLC的性能指标的性能指标(如输入如输入/输出点数、程序最大步数、输出点数、程序最大步数、每步执行时间、程序扫描时间、功能指令数目等每步执行时间、程序扫描时间、功能指令数目等)是根据所从是根据所从属的属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。其系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。其硬件和软件都被作为硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能与系统的基本功能与CNC系统统一设系统统一设计制造的。因此系统结构十分紧凑。计制造的。因此系统结构十分紧凑。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 在系统的结构上，内装型在系统的结构上，内装型PLC可与可与CNC共用一个共用一个CPU，如，如图图5-7 (a)所示，也可单独使用一个所示，也可单独使用一个CPU，如图，如图5-7(b)所示所示;内装型内装型PLC一般单独制成一电路板，插装到一般单独制成一电路板，插装到CNC主板的插座主板的插座上，上，PLC与所从属与所从属CNC装置之间的信号传送均在其内部进行，装置之间的信号传送均在其内部进行，不单独配置不单独配置I/O接口，而是使用接口，而是使用CNC装置本身的装置本身的I/O接口，接口，PLC控制部分及部分控制部分及部分I/O电路所用电源由电路所用电源由CNC装置提供。装置提供。SINUMERIK 810数控系统的数控系统的I/O模块如模块如图图5-8所示。所示。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC SINUMERIK 810数控系统的数控系统的I/O模块采用内装型模块采用内装型PLC结构，结构，扩大了扩大了CNC内部直接处理数据的能力，可以使用梯形图编辑，内部直接处理数据的能力，可以使用梯形图编辑，传送复杂的控制功能，提高了传送复杂的控制功能，提高了CNC的性能的性能/价格比。价格比。世界上著名的数控系统生产厂家均在其世界上著名的数控系统生产厂家均在其CNC系统中开发了系统中开发了内装型内装型PLC功能，如日本的功能，如日本的FANUC公司、德国的公司、德国的SIEMENS公司等，见公司等，见表表5-1。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 2.独立型独立型PLC 独立型独立型PLC是完全独立于是完全独立于CNC装置、具有完备的硬件和软装置、具有完备的硬件和软件功能、能够独立完成件功能、能够独立完成CNC系统规定控制任务的装置，如系统规定控制任务的装置，如图图5-9所示。所示。独立型独立型PLC的基本功能结构与通用型的基本功能结构与通用型PLC完全相同。完全相同。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 由由图图5-9可见，独立型可见，独立型PLC的的CNC系统中不但要进行机床侧系统中不但要进行机床侧的的I/O连接，而且还要进行连接，而且还要进行CNC装置侧的装置侧的I/O连接，连接，CNC和和PLC均具有各自的均具有各自的I/O接口电路。独立型接口电路。独立型PLC一般采用模块化一般采用模块化结构，装在插板式机笼内，结构，装在插板式机笼内，I/O点数和规模可通过点数和规模可通过I/O模块的模块的增减灵活配置。对于数控车床、数控铣床和加工中心等单台增减灵活配置。对于数控车床、数控铣床和加工中心等单台设备，选用微型或小型设备，选用微型或小型PLC;对于对于FMC、FMS、FA、CIMS等等大型数控系统，则需要选用中型或大型大型数控系统，则需要选用中型或大型PLC。下一页返回上一页第一节第一节 数控系统中的数控系统中的PLC 独立型独立型PLC造价较高，其性能造价较高，其性能/价格比不如内装型价格比不如内装型PLC。生产通用型生产通用型PLC的厂家很多，数控系统中选用较多的产品的厂家很多，数控系统中选用较多的产品有德国有德国SIEMENS公司的公司的SI-MATIC S5、S7系列、日本系列、日本OMRON公司的公司的OMRON-SYS-MAC系列、日本系列、日本FANUC公司公司的的PMC系列、三菱公司系列、三菱公司FX系列等。西门子公司的系列等。西门子公司的SIMATIC S7-300可编程序控制器如可编程序控制器如图图5-10所示。所示。总的来说，内装型总的来说，内装型PLC多用于单微处理器的多用于单微处理器的CNC系统中，系统中，而独立型而独立型PLC主要用于多微处理器的主要用于多微处理器的CNC系统中。但它们的系统中。但它们的作用是相同的，都是配合作用是相同的，都是配合CNC装置实现刀具的轨迹控制和机装置实现刀具的轨迹控制和机床顺序控制。床顺序控制。返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现一、一、PLC的信息交换的信息交换 数控系统中数控系统中PLC的信息交换是指以的信息交换是指以PLC为中心，在为中心，在PLC、CNC和机床三者之间的信息交换。讨论和机床三者之间的信息交换。讨论PLC、CNC和机床各和机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数控机床分为控机床分为“NC侧侧”和和“MT侧侧”(即机床侧即机床侧)两大部分。两大部分。“NC侧侧”包括包括CNC系统的硬件、软件以及与系统的硬件、软件以及与CNC系统连接的外部系统连接的外部设备。设备。“MT侧侧”包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板、继电器线路和机床润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板、继电器线路和机床强电线路等。强电线路等。PLC处于处于CNC和和MT之间，对之间，对NC侧和侧和MT侧的侧的输入输入(输出输出)信号进行处理。信号进行处理。下一页返回第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 1.PLC的信息交换过程的信息交换过程 PLC、CNC和和MT之间的信息交换包括以下四个部分。之间的信息交换包括以下四个部分。(1)CNC传送给传送给PLC CNC送至送至PLC的信息可由开关量输的信息可由开关量输出信号出信号(对对CNC侧而言侧而言)完成，也可由完成，也可由CNC直接送入直接送入PLC的寄的寄存器中，主要包括各种功能代码存器中，主要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动的信息，手动/自动自动方式信息及各种使能信息等。方式信息及各种使能信息等。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 (2)PLC传送给传送给CNC PLC送至送至CNC的信息由开关量输入的信息由开关量输入信号信号(对对CNC侧而言侧而言)完成，所有完成，所有PLC送至送至CNC的信息地址与的信息地址与含义由含义由CNC系统生产厂家确定，系统生产厂家确定，PLC编程者只可使用，不可编程者只可使用，不可改变和增删，主要包括改变和增删，主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。对应的机床参考点信息等。(3)PLC传送给传送给MT PLC控制机床的信号通过控制机床的信号通过PLC的开关的开关量输出接口送至量输出接口送至MT中，主要用来控制机床的执行元件，如电中，主要用来控制机床的执行元件，如电磁阀、继电器、接触器以及各种状态指示和故障报警等。磁阀、继电器、接触器以及各种状态指示和故障报警等。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 (4)MT传传送送给给PLC 机机床床侧侧的的开开关关量量信信号号可可通通过过PLC的的开开关关量量输输入入接接口口送送入入PLC中中，主主要要是是机机床床操操作作面面板板输输入入信信息息和和其其上上各各种种开开关关、按按钮钮等等信信息息，如如机机床床的的起起停停、主主轴轴正正反反转转和和停停止止、各各坐坐标标轴轴点点动动、刀刀架架卡卡盘盘的的夹夹紧紧与与松松开开、切切削削液液的的开开关、倍率选择及各运动部件的限位开关信号等信息。关、倍率选择及各运动部件的限位开关信号等信息。不同数控系统不同数控系统CNC与与PLC之间的信息交换方式、功能强弱之间的信息交换方式、功能强弱差别很大，但其最基本的功能是差别很大，但其最基本的功能是CNC将所需执行的将所需执行的M、S、T功能代码送到功能代码送到PLC，由，由 PLC控制完成相应的动作，然后再由控制完成相应的动作，然后再由PLC送给送给CNC完成信号完成信号FIN。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 2.PLC信息交换实例信息交换实例 下面以下面以FAGOR 8025/8030车床系统中的车床系统中的PLC为例介绍信息为例介绍信息的交换过程，如的交换过程，如图图5-11所示。所示。内装型内装型PLC的输入信号的输入信号I42I104借助于连接器借助于连接器I/O1和和I/O2将将CNC的输出传递给机床，同时借助于的输出传递给机床，同时借助于I/O1和和I/O2将机床信息通将机床信息通过过PLC的的O25O64传送给传送给CNC。另外，。另外，I/O3为主轴和为主轴和6个进给个进给轴的伺服系统提供模拟输出控制电压。轴的伺服系统提供模拟输出控制电压。I1I41分散与三个连接分散与三个连接器连接，其中器连接，其中I/O1上有上有8个输入信号，个输入信号，I/O2上有上有32个输入信号，个输入信号，I/O3上有一个输入信号，上有一个输入信号，01O24与与I/O1连接。连接。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 (1)PLC的输入的输入 PLC共有共有104个输入信号，其中个输入信号，其中41个外部个外部输入信号，其编号为输入信号，其编号为I1I41已们主要是机床上的有关输入信号。已们主要是机床上的有关输入信号。另外另外63个内部逻辑输入信号，通过内部存储器由个内部逻辑输入信号，通过内部存储器由CNC传送给传送给PLC，其编号为，其编号为I42I104。每个信号对应的含义见。每个信号对应的含义见表表5-2所示。所示。(2)PLC的输出的输出 PLC共有共有64个输出信号，其中个输出信号，其中24个外部输个外部输出信号通过出信号通过I/O1输出，其编号为输出，其编号为O1O24，它们主要是给机床，它们主要是给机床输入各种开关信号。另外输入各种开关信号。另外40个内部逻辑输出信号通过内部存个内部逻辑输出信号通过内部存储器由储器由PLC传送给传送给CNC，其编号为，其编号为O25O64。每个信号对应。每个信号对应的含义见的含义见表表5-3所示。所示。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现二、二、PLC控制功能的实现控制功能的实现 在数控系统中，机床离散信息的控制主要是靠在数控系统中，机床离散信息的控制主要是靠M、S、T功功能代码，通过能代码，通过PLC输入输入/输出接口，来协调刀具轨迹和机床顺输出接口，来协调刀具轨迹和机床顺序动作的控制。序动作的控制。1.M功能的实现功能的实现 M功能称为辅助功能，用功能称为辅助功能，用M后跟二位数字来表示。根据后跟二位数字来表示。根据M代码的编程，可以实现机床主轴正反转及停止、数控加工程代码的编程，可以实现机床主轴正反转及停止、数控加工程序运行停止、冷却液的开关、自动换刀、卡盘的夹紧和松开序运行停止、冷却液的开关、自动换刀、卡盘的夹紧和松开等功能的控制。某数控系统的基本辅助功能见等功能的控制。某数控系统的基本辅助功能见表表5-4。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 表中表中M功能的执行条件不完全相同，有的辅助功能经过译功能的执行条件不完全相同，有的辅助功能经过译码处理传送到工作寄存器后码处理传送到工作寄存器后(即在程序段中的坐标轴运动之前即在程序段中的坐标轴运动之前)就立即起作用，称为段前辅助功能，记为就立即起作用，称为段前辅助功能，记为I，例如，例如M03、M04、M07等。有些辅助功能要等到它们所在程序段中的坐等。有些辅助功能要等到它们所在程序段中的坐标轴运动完成之后才起作用，称为段后辅助功能，记为标轴运动完成之后才起作用，称为段后辅助功能，记为A，如，如M02、M05、M09等。有些辅助功能一旦被编人执行后便一等。有些辅助功能一旦被编人执行后便一直有效，直至被取代或注销为止，记为直有效，直至被取代或注销为止，记为H，如，如M10、M11等。等。还有一些辅助功能只在本程序段中起作用，对其他程序段不还有一些辅助功能只在本程序段中起作用，对其他程序段不起作用，记为起作用，记为C，如，如M06等。等。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 根据上述辅助功能动作类型的不同，在译码后的处理方法根据上述辅助功能动作类型的不同，在译码后的处理方法也不同。如在数控加工程序被译码处理后，也不同。如在数控加工程序被译码处理后，CNC系统控制软系统控制软件就将辅助功能的有关编码信息通过件就将辅助功能的有关编码信息通过PLC输入接口传送到相输入接口传送到相应寄存器中，供应寄存器中，供PLC的逻辑处理软件扫描采样，并输出处理的逻辑处理软件扫描采样，并输出处理结果，通过输出接口来控制有关执行元件。结果，通过输出接口来控制有关执行元件。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 2.S功能的实现功能的实现 S功能是主轴转速控制功能，以往用功能是主轴转速控制功能，以往用52位代码形式指定主轴位代码形式指定主轴转速，现代数控系统一般用转速，现代数控系统一般用54位代码来编程。位代码来编程。S4位代码编程是指用位代码编程是指用S后跟后跟4位十进制数字来直接指定主轴位十进制数字来直接指定主轴转速，如转速，如S1200表示主轴转速为表示主轴转速为1 200r/min,S4位代码表示的位代码表示的转速范围为转速范围为00009 999r/min，如，如图图5-12所示。数控系统控制所示。数控系统控制主轴转速时，要进行限幅处理，以保证主轴转速处于一个安主轴转速时，要进行限幅处理，以保证主轴转速处于一个安全范围内。如将主轴转速限制在全范围内。如将主轴转速限制在203 150 r/min，一旦主轴转，一旦主轴转速超过给定上下边界值时，则取相应边界值输出即可。速超过给定上下边界值时，则取相应边界值输出即可。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 为了提高主轴转速的稳定性，保证低速切削时有足够的转为了提高主轴转速的稳定性，保证低速切削时有足够的转矩，有些数控系统以矩，有些数控系统以600r/min为标准，增设了一级齿轮变速，为标准，增设了一级齿轮变速，并通过辅助功能代码来进行换挡。例如，当并通过辅助功能代码来进行换挡。例如，当S 600r/min时，时，使用使用M38可将主轴转速变换成可将主轴转速变换成20600 r/min范围，当范围，当S600r/min时，使用时，使用M39代码可将主轴转速变换成代码可将主轴转速变换成6003150r/min范围。范围。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 S2位代码编程是指用位代码编程是指用S后跟后跟2位十进制数字来指定主轴转速，位十进制数字来指定主轴转速，共有共有100级级(S00S99)并按等比级数递增，其公比为并按等比级数递增，其公比为 ，即后一级速度比前一级速度增加，即后一级速度比前一级速度增加12%。这样根据主轴转速。这样根据主轴转速的上、下限和等比关系就可以获得的上、下限和等比关系就可以获得S2位代码与主轴转速位代码与主轴转速(BCD码码)的对应表格，它用于的对应表格，它用于S2位代码的译码。位代码的译码。图图5-13所示为所示为S2位位代码在代码在PLC中的处理框图，图中译中的处理框图，图中译S代码和数据转换实质是从代码和数据转换实质是从上述表格中查出上述表格中查出S2代码相对应的主轴转速大小，并将其转换代码相对应的主轴转速大小，并将其转换成二进制数，经限幅处理后，将得到的数字量进行成二进制数，经限幅处理后，将得到的数字量进行D/A转换，转换，输出一个相对应的直流控制电压输出一个相对应的直流控制电压(010V、05V或或-10+10V)给主轴驱动系统或主轴变频器，使主轴按指定速度进行旋转。给主轴驱动系统或主轴变频器，使主轴按指定速度进行旋转。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 在这里需要明确的是，在这里需要明确的是，D/A转换接口电路既可装在转换接口电路既可装在CNC单单元内，也可装在元内，也可装在PLC单元内，即可由单元内，即可由CNC与与PLC配合完成控配合完成控制任务，也可由它们单独完成控制任务。如制任务，也可由它们单独完成控制任务。如图图5-14所示，图所示，图中中CNC根据给定的数字量产生对应的模拟电压值，用于主轴根据给定的数字量产生对应的模拟电压值，用于主轴驱动回路的控制，驱动回路的控制，PLC完成传动单元变速逻辑控制和数字转完成传动单元变速逻辑控制和数字转速指令功能。该系统主轴转速是由速指令功能。该系统主轴转速是由CNC与与PLC共同完成控制共同完成控制的。的。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 3.T功能的实现功能的实现 T功能称为刀具功能，用功能称为刀具功能，用T代码后跟代码后跟25位数字表示刀具号位数字表示刀具号和刀具补偿号。根据和刀具补偿号。根据T代码通过代码通过PLC可以实现数控机床的自动可以实现数控机床的自动换刀及刀库管理，即根据刀具和刀具座的编号，可以方便、换刀及刀库管理，即根据刀具和刀具座的编号，可以方便、可靠地进行选刀和换刀控制。可靠地进行选刀和换刀控制。下一页返回上一页第二节第二节 数控系统中数控系统中PLC的信息交换的信息交换和控制功能的实现和控制功能的实现 根据取刀和还刀的位置是否固定，可将换刀功能分为固定根据取刀和还刀的位置是否固定，可将换刀功能分为固定存取和随机存取换刀控制。在固定存取换刀控制中，被取刀存取和随机存取换刀控制。在固定存取换刀控制中，被取刀具和被还刀具的位置都是固定的，也就是说，换下的刀具必具和被还刀具的位置都是固定的，也就是说，换下的刀具必须放回预先安排好的固定位置，这种换刀方式的换刀时间较须放回预先安排好的固定位置，这种换刀方式的换刀时间较长，但其控制较简单。在随机存取换刀控制中，取刀和还刀长，但其控制较简单。在随机存取换刀控制中，取刀和还刀与刀具座编号无关，还刀位置是随机的。在执行换刀的过程与刀具座编号无关，还刀位置是随机的。在执行换刀的过程中，当取出所需刀具后，刀库不需转动，由机械手将机床上中，当取出所需刀具后，刀库不需转动，由机械手将机床上换下来的刀具存到取出刀具的位置。这种换刀控制方式，其换下来的刀具存到取出刀具的位置。这种换刀控制方式，其取刀、换刀和存刀一次完成，换刀时间较短，提高了生产效取