（中职）数控系统选用与维护第五章教学课件.ppt

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1、YCF正版可修改PPT（中职）数控系统选用与维护第五章教学课件第第5章章数控机床可编程控制器数控机床可编程控制器 5.1概述概述 5.2数控机床用数控机床用PLC 5.3FanucPLC指令系统指令系统 5.4simatic系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介 5.5典型典型PLC类型及选用类型及选用 5.6思考与练习思考与练习 5.1概述概述5.1.1PLC的产生与发展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

2、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概述概述5.1.2PLC的基本功能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

3、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

4、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概述概述5.1.3PLC的基本结构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

5、结构图 5.1概述概述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

6、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

7、的开关量输入接口电路5.1概述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概述概述5.1.4PLC的规模和几种常用名称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14KB大型PLC512点

8、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

9、 Seguence Controller-PSC）。5.2 数控机床用PLC5.2.1数控机床用数控机床用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

10、 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

11、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

12、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PLC5.2.2PLC的工作过程的工作过程 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、

13、保持延时计时器、断电延时计时器。5.3.4计数器计数器GE FANUC PLC的计数器有两种：加计数器、减计数器。5.3FanucPLC指令系统指令系统5.3.5数学运算数学运算1）四则运算和求余）四则运算和求余2)开方开方5.3.6比较指令比较指令1)普通比较指令普通比较指令 2)CMP指令3)Range指令5.3FanucPLC指令系统指令系统5.3.7位操作指令位操作指令1)与、或、非操作与、或、非操作2)移位指令（左移、右移指令）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）：5.3Fan

14、ucPLC指令系统指令系统5.3.8数据移动指令数据移动指令1)数据移动指令（MOVE）2)块移动指令3)块清零指令（BLKCLR）4)翻转指令（SWAP）5)通讯指令（COMMREQ）6)数据初始化指令（DATA_INIT）5.3FanucPLC指令系统指令系统5.3.9数据表格指令数据表格指令1)表读出指令（表读出指令（TBLRD）2)表写入指令（表写入指令（TBLWRT）3)堆栈指令堆栈指令4)数组移动（数组移动（ARRAY_MOVE）5.3.10 数据转换指令5.3FanucPLC指令系统指令系统5.3.11控制指令控制指令1)调用子程序（CALL，CALL EXTERNAL）2)分支

15、指令（MCR、ENDMCR）3)跳转指令（JUMP、LABLE）4)PLC Service Request（SVCREQ）5.4simatic系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介 5.4.1SIMATICS7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。S7-200的主机单元集成一定数字I/O点的CPU共有两个系列：CPU21X（CPU212、214、215、216，为S7-2

16、00的第一代产品）及CPU22X（CPU221、222、224、226、226XM）。5.4simatic系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介5.4.2SIMATICS7-300 PLC S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独 的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作统内，人机对话的编程要求大大减少。S

17、IMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。5.4simatic系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介5.4.3SIMATICS7-400PLC S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。5.4simatic系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介5.4.4工业通讯网络工业

18、通讯网络 通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。5.4simatic系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介5.4.5人机界面（人机界面（HMI）硬件）硬件 HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SI

19、MATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。5.4simatic系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介5.4.6SIMATICS7工业软件工业软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：1)编程和工程工具 2)基于PC的控制软件3)人机界面软件 5.5 典型PLC类型及选用 现在常用的西门子PLC有S7-200，S7-300，S7-400三种。其主要的引用场合如下：S7-200：用于小型的电气控制系统中，着重于逻辑控制；S7-300：用于稍大系统，可实现复杂的工艺控制，如PID、脉宽调制等；S7-40

20、0：用于大型控制系统，主要是实现冗余控制 5.5 典型PLC类型及选用三者主要的硬件区别如下：（1）最主要地区别就是S7-300/400更模块化了，S7-200系列是整体式的，CPU模块、I/O模块和电源模块都在一个模块内，称为CPU模块；而S7-300/400系列的，从电源，I/O，CPU都是单独模块的。但是这么说容易让人误解200系列不能扩展，实际上200系列也可以扩展，只不过买来的CPU模块集成了部分功能，一些小型系统不需要另外定制模块，200系列的模块也有信号、通信、位控等模块。（2）200系列的对机架没有什么概念，称之为导轨；为了便于分散控制，300/400系列的模块装在一根导轨上的

21、，称之为一个机架，与中央机架对应的是扩展机架，机架还在软件里反映出来。（3）200系列的同一机架上的模块之间是通过模块正上方的数据接头联系的；而300/400则是通过在底部的U型总线连接器连接的。（4）300/400系列的I/O输入是接在前连接器上的，前连接器再接在信号模块上，而不是I/O信号直接接在信号模块上，这样可以更换信号模块而不用重新接线。（5）300/400系列的CPU带有profibus（profibus是一种国际化开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准）接口。5.5 典型PLC类型及选用三者主要的软件区别如下：（1）200系列用的STEP7-Micro/WIN32软件；300/4

22、00使用的是STEP7软件，带了Micro和不带的区别是相当的明显的。（2）200系列的编程语言有三种语句表（STL）、梯形图（LAD）、功能块图（FBD）；300/400系列的除了这三种外，还有结构化控制语言（SCL）和图形语言（S7 graph）。（3）300/400软件最大的特点就是提供了一些数据块来对应每一个功能块（Block-FB），称之为Instance。（4）300/400再也不能随意的自定义Organization Block、sub-routine和Interrupt routine了。（5）300/400中提供了累加器（ACCU）和状态字寄存器、诊断缓冲区。5.6 思考与练习 1、PLC有哪些组成?有什么特点？2、PLC的软件部分包含哪些组成及其特点？3、内装型PLC的特点？4、独立型PLC的特点？5、简述PLC的工作过程和特点？6、例举常见的西门子PLC的规格和区别？