工信版（中职）数控系统选用与维护第五章教学课件.ppt

Y CF（中职）数控系统选用与维护第五章教学课件第5 章 数控机床可编程控制器 5.1 概述 5.2 数控机床用PLC 5.3FanucPLC 指令系统 5.4simatic 系列可编程控制器简介 5.5 典型PLC 类型及选用 5.6 思考与练习 5.1 概述 5.1.1PLC 的产生与发展 可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,它是一类以微处理器为基础的通用型自动控制装置。它一般以顺序控制为主，回路调节为辅，能够完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能。即能控制开关量，也能控制模拟量。近年来PLC 技术发展很快，每年都推出不少新产品。据不完全统计，美国、日本、德国等生产PLC 的厂家已达150 多家，产品有数百种。PLC的功能也在不断增长。5.1 概述 5.1.2PLC 的基本功能 在数控机床出现以前，顺序控制技术在工业生产中已经得到广泛应用。许多机械设备的工作过程都需要遵循一定的步骤或顺序。顺序控制即是以机械设备的运行状态和时间为依据，使其按预先规定好的动作次序顺序地进行工作的一种控制方式。数控机床所用的顺序控制装置（或系统）主要有两种，一种是传统的“继电器逻辑电路”，简称RLC（Relay Logic Circuit）。另一种是“可编程序控制器”，即PLC。RLC 是将继电器、接触器、按钮、开关等机电式控制器件用导线连接而成的以实现规定的顺序控制功能的电路。在实际应用中，RLC 存在一些难以克服的缺点。如：只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时、计数等有限几种功能控制，难以实现复杂的逻辑运算、算术运算、数据处理，以及数控机床所需要的许多特殊控制功能，修改控制逻辑需要增减控制元器件和重新布线，安装和调整周期长，工作量大；继电器、接触器等器件体积较大，每个器件工作触点有限。当机床受控对象较多，或控制动作顺序较复杂时，需要采用大量的器件，因而整个RLC 体积庞大，功耗高，可靠性差等。由于RLC 存在上述缺点，因此只能用于一般的工业设备和数控车床、数控钻床、数控镗床等控制逻辑较为简单的数控机床。5.1 概述 5.1.3PLC 的基本结构 可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC 实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC 与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC 采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC 的基本结构如图5-1所示：图5-1 PLC 基本结构图 5.1 概述 PLC 常用的存储器类型：（1）RAM（Random Assess Memory）这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。PLC 存储空间的分配：虽然各种 PLC 的CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC 的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：（1）系统程序存储区（2）系统RAM 存储区（包括I/O 映象寄存区和系统软设备等）。（3）用户程序存储区 5.1 概述 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实习室涉及到的信号当中，开关量最普遍，也是实验条件所限，在次我们主要介绍开关量接口电路。可编程序控制器优点之一是抗干扰能力强。这也是其I/O 设计的优点之处，经过了电气隔离后，信号才送入CPU 执行的,防止现场的强电干扰进入。如下图5-2 就是采用光电耦合器(一般采用反光二极管和光电三极管组成)的开关量输入接口电路：图5-2 光电耦合器的开关量输入接口电路5.1 概述 可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式，如图5-3 所示。图5-3 可编程序控制器的输出 5.1 概述 5.1.4PLC 的规模和几种常用名称 在实际运用中，当需要对PLC 的规模作出评价时，较为普遍的作法是根据输入输出点数的多少或者程序存储器容量（字数）的大小作为评价的标准，将PLC分为小型、中型和大型（或小规模、中规模和大规模）三类。评价指标PLC 规模输入/输出点数（二者总点数）程序存储容量（KB 千字）小型PLC 小于128 点1KB 以下中型PLC128 点至512 点1 4KB 大型PLC512 点以上4KB 以上。为了突出可编程序控制器作为工业控制装置的特点，或者为了与个人计算机“PC”或脉冲编码器“PLC”等术语相区别，除通称可编程控制器为“PLC”外，目前不少厂家，其中有些是世界著名的PLC 厂家，还采用了与PLC 不同的其他名称。现将几种常见名称列举如下：微机可编程控制器（Microprocessor Programmable Controller-MPC）；可编程接口控制器（Programmable Interface Controller-PIC）；可编程机器控制器（Programmable Machine Controller-PMC）；可编程顺序控制器（Programmable Seguence Controller-PSC）。5.2 数控机床用PLC 5.2.1 数控机床用PLC 数控机床用PLC 可分为两类。一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的“内装型”（Built-in Type）PLC。另一类是输入输出信号接口技术规范、输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的“独立型”（Stand-alone Type）PLC。“内装型”PLC（或称“内含型”PLC、“集成式”PLC）从属于CNC 装置，PLC 与NC 间的信号传送在CNC 装置内部即可实现。PLC 与MT 间则通过CNC 输入输出接口电路实现信号传送（如图5-4 所示）。图5-4 具有内装型PLC 的CNC机床系统框图5.2 数控机床用PLC 内装型PLC 有如下特点：1）内装型PLC 实际上是CNC 装置带有的PLC 功能，一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。2）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）是根据所从属的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 系统其他功能一起统一设计、制造的。因此，系统硬件和软件整体结构十分紧凑，且PLC 所具有的功能针对性强，技术指标亦较合理、实用，尤其适用于单机数控设备的应用场合。3）在系统的具体结构上，内装型PLC 可与CNC 共用CPU，也可以单独使用一个CPU；硬件控制电路可与CNC 其他电路制作在同一块印刷板上，也可以单独制成一块附加板，当CNC 装置需要附加PLC 功能时，再将此附加板插装到CNC 装置上，内装PLC 一般不单独配置输入输出接口电路，而是使用CNC 系统本身的输入输出电路；PLC 控制电路及部分输入输出电路（一般为输入电路）所用电源由CNC 装置提供，不需另备电源。4）采用内装型PLC 结构，CNC 系统可以具有某些高级的控制功能。如：梯形图编辑和传送功能，在CNC 内部直接处理NC 窗口的大量信息等。5.2 数控机床用PLC“独立型”PLC 又称“通用型”PLC。独立型PLC是独立于CNC 装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。采用独立型PLC 的数控机床系统框图如图 5-5 所示：图5-5 具有独立型PLC 的CNC 机床系统框图 5.2 数控机床用PLC 5.2.2PLC 的工作过程 用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器，CPU 对用户程序循环扫描并顺序执行，这是PLC 的基本工作过程。对用户程序的循环扫描执行过程，可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，如图5-6 所示。图5-6 PLC 程序执行的过程5.3FanucPLC 指令系统 5.3.1 继电器触点 5.3.2 继电器线圈指令 5.3.3 计时器 GE FANUC PLC 计时器分为三种类型：延时计时器、保持延时计时器、断电延时计时器。5.3.4 计数器 GE FANUC PLC 的计数器有两种：加计数器、减计数器。5.3FanucPLC 指令系统 5.3.5 数学运算 1）四则运算和求余 2)开方 5.3.6 比较指令 1)普通比较指令 2)CMP 指令 3)Range 指令5.3FanucPLC 指令系统 5.3.7 位操作指令 1)与、或、非操作 2)移位指令（左移、右移指令）3)位测试指令 4)位置位（BSET）与位清零（BCLR）指令：5)定位指令（BPOS）6)屏蔽比较指令（MSKCMP）：