数控机床PLC系统的维修毕业设计论文.pdf
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1、目录摘 要.-1-1前言.-2-2 2数控徐 PLCPLC系统的原软组成.-3-2.1 PLC系统的介绍.-3-2.1.1 PLC在数控机床中的应用形式.-3-2.1.2 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换.-4-2.1.3 PLC在数控机床中的工作流程.-4-2.1.4 PLC在数控机床中的控制功能.-5-2.2 PLC系统的原理.-6-2.3 PLC系统的组成及各部分功能.-6-2.4常见PLC系统的用途.-9-3PLC3PLC的发展趋势.-10-3.1 PLC微型化发展.-10-3.2 PLC网络技术化发展.-11-3.3向模块化、智能化发展.-11-3.4 PLC操作向简易化方向发
2、展.-11-3.5编程语言和编程工具的多样化和标准化.-12-4 4国内外PLCPLC系统现状.-12-4.1国外现状.-12-4.2国内发展现状.-14-5 5 PLCPLC系统故障分类和故障诊断.-14-5.1 PLC控制系统故障类型.-15-5.1.1外部设备故障.-15-5.1.2系统故障.-15-5.1.3硬件故障.-15-5.1.4软件故障.-15-5.2 PLC控制系统的故障自诊断.-15-5.2.1 PLC的自诊断测试.-15-5.2.2 PLC控制系统的故障自诊断.-16-5.3 PLC控制系统故障分布和分层排除.-17-5.3.1第一层故障.-18-5.3.2第二层故障.-
3、18-5.3.3第三层故障.-18-5.4 PLC的日常维护.-19-5.4.1定期检查.-19-5.4.2更换锂电池和继电器.-20-参考文赢.-21-2-摘要摘要:从P L C数控机床概述入手,PLC广泛应用于数控机床等工业控制中。现代数控机床采用PLC控制代替传统的继电器控制来完成逻辑控制。它不仅使数控机 床结构更紧凑、功能更丰富、响应速度和可靠性大大提高,而且控制灵活、编程方便、扩展能力强。其拥有的自诊断、履历情报存储及监控功能对其内部工作状态、通信状态、机床的信号输入输出点均有显示,电气维修人员可以通过它快速准确地找到故障点,及 时做出的维修措施。关键词:PLC控制;数控机床;电气维
4、修;故障诊断数控机床PLC系统的维修1前言PLC在数控机床上起着连接NC与机床的桥梁作用,一方面,它不仅接受NC的 控制指令,还要根据机床侧的控制信号,在内部顺序程序的控制下,给机床侧发出控制 指令,控制电磁阀、继电器、指示灯,并将状态信号发送到NC:另一方面,在对大量 开关信号处理过程中,任何一个信号不到位,任何一个执行元件不动作,都会使机床出 现故障。在数控机床的维修过程中,这类故障占有比较大的比例。因此掌握用PLC查 找故障的方法很重要。-2-2数控机床PLC系统的原理及组成2.1 PLC系统的介绍PLC在数控机床上起着连接NC与机床的桥梁作用,一方面,它不仅接受NC的控 制信号,还要根
5、据机床侧的控制信号,在内部顺序控制程序下,给机床侧发出指令,控 制电磁阀、继电器、指示灯、并将状态信号发送到NC:另一方面,在对大量开关信号 处理过程中,任何一个信号不到位,任何一个执行元件不动作,都会使机床出现故障。在数控机床的维修过程中,这类故障占有比较大的比例。因此掌握用PLC查找故障的 方法很重要。2.1.1 PLC在数控机床中的应用形式数控机床中所用的PLC可分为两类:一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制 造的内装型PLC(built-in Type),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控制功能等均能满足数控机床控制要求的独立型 PLC(Stand
6、-alone Type)o内装式PLC也称集成式PLC,采用这种方式的数控系统,在 设计之初就将NC和PLC结合起来考虑,NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的 基础上进行的,因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU 也可以是单独的CPU这种结构从软硬件整体上考虑,PLC和NC之间没有多余的导线连 接,增加了系统的可靠性,而且NC和PLC之间易实现许多高级功能。PLC中的信息也能 通过CNC的显示器显示,这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统 一般都采用这种形式的PLC。独立式PLC也称外装式PLC,它独立于NC装宣,具有 独立完成控制功能的PLCo在
7、采用这种应用方式式,可根据用户自己的的特点,选用不 同专业PLC厂商的产品,并且可以更为方便的对控制规模进行调整。-3-2.1.2 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换相对于PLC,机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换,对于 PLC的功能发挥,是非常重要的。PLC与外部的信息交换,通常有四个部分:(1 x机床侧至PLC:机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中,除 极少数信号外,绝大多数信号的含义及所配置的输入地址,均可由PLC程序编制者或 者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置,对 PLC程序和地址分配进行修改。(2 X PLC至
8、机床:PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧,所有输出 信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。(3 X CNC至PLC:CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中,所有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编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T功能,通过CNC译码 后直接送入PLC相应的寄存器中。(4 XPLC至CNC:PLC送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成,所有PLC 送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定,PLC编程者只可使用,不可改变和增删。2.1.3 PLC在数控
9、机床中的工作流程PLC在数控机床中的工作流程,和通常的PLC工作流程基本上是一致的,分为以 下几个步骤:(1 x输入采样:输入采样,就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信 号状态,并将此状态,读入到输入映象寄存器中。当然,在程序运行周期中这些信号状 态是不会变化的,除非一个新的扫描周期的到来,并且原来端口信号状态已经改变,读 到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。-4-(2 X程序执行:程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描,并且同时读入 输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据,在进行相关运算后,将运算结果存 入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。(3X出刷新阶段:在所指令
10、执行完成后,输出映像寄存区的所有输出继电器的状 态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,通过特定方式输出,驱动外部负 载。2.1.4 PLC在数控机床中的控制功能(1 X操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面 板的控制信号先是进入NC,然后由NC送到PLC,控制数控机床的运行。机床操作面 板控制信号,直接进入PLC,控制机床的运行。(2 X机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入PLC,进行逻辑运 算。这些开关信号,包括很多检测元件信号(如:行程开关、接近开关、模式选择开关 等等)(3输出信号控制:PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、
11、电磁阀 等输出给控制对象。(4 X功能实现。系统送出T指令给PLC,经过译码,在数据表内检索,找到T 代码指定的刀号,并与主轴刀号进行比较。如果不符,发出换刀指令,刀具换刀,换刀 完成后,系统发出完成信号。(5 X M功能实现。系统送出M指令给PLC,经过译码,输出控制信号,控制主 轴正反转和启动停止等等。M指令完成,系统发出完成信号。-5-2.2 PLC系统的原理它是一种即时系统有别于个人电脑.传统式以继电器为主的电机控制系统中,每当 变更设计时,整个系统几乎都要重新制作,不但费时又费力;同时由于继电器还有接点接 触不良、磨损、体积大之缺点,因此造成成本升高、可靠性低、不易检修等问题.为了改
12、 善这些缺点,美国DEC在1969年首度发表 河编程式控制器(Programmable Controller)。程式控制器在发表初期被称为(Programmable Logic-Controller)简称PLC,最先的 目的是取代继电器,从而执行继电器逻辑及其他计时或计数等功能的顺序控制为主,所 以也称顺序控制器,其结构也像一部微电脑,所以也可称为微电脑可程式控制器(MCPC),直到1976年,美国电机制造协会正式给予命名为Programmable Controller,即可程式 控制器,简称PC,由于目前个人电脑(Personal Computer)极为普遍,加上常与可程式控 制器配合使用,
13、为了区分两者,所以一般都称可程式控制器为PLC以加以分别。目前市 面上之PLC控制器种类繁多,依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异,但是每种厂 牌可依机组复杂度分为大、中、小型;而一般工厂及学校通常使用小型PLC,其中以日系 F系列及我国A系列PLC较受国人爱用.而本CAI将以三菱FX2 PLC控制器为主加 以介绍,望使用者能对PLC有更深的了解,在使用PLC时能更得心应手.可程式控制器 内部基本结构可用下图来表示,其内部处单元包括CPU、输入模组、输出模组三大部门,PLC控制器的CPU会经由输入棋组取得输入元件所产生的讯号,再从记忆体中逐一取 出原先以程式书写器中输入的控制指令,经由运算部
14、门逻辑演算后,再将结果通过输出 模组加以驱动外在的输出元件。2.3 PLC系统的组成及各部分功能(1)cpu运算和控制中心:起“心脏作用-6-纵:当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中,然后CPU根据系统所赋予 的功能(系统程序存储器的解释编译程序),把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户 编译程序。横:输入状态和输入信息从输入接口输进,CPU将之存入工作数据存储器中或输 入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存 器或工作数据存储器中,然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成:CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU 通过地
15、址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。(2)存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序:存储器用以存放系统程序,包括管理程序,监控程序以及对用户程序做 编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的,内容不可更改,断电不消失。用户存储器:分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器(RAM)组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源,寿命一般为35 年。(3)输入/输出接口输入接口:光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号,发光二极管就产生与输入-7-信号变化规律相同的
16、光信号。光电三级管:在光信号的照射下导通,导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合 器的线性工作区内,输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程:当开关合上,二极管发光,然后三极管在光的照射下导通,向内部电路输入信号。当开关断开,二极管不发光,三极管不导通。向内部电路输入信 号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。输出接口:PLC的继电器输出接口电路工作过程:当内部电路输出数字信号1,有电流流过,继电器线圈有电流,然后常 开触点闭合,提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0,则没有电流流 过,继电器线圈没有电流,然后常开触点断开,断开负载的
17、电流或电压。也就是通过输 出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型:继电器输出:有触点、寿命短、频率低、交直流负载;晶体管输出:无触点、寿命长、直蒲负载;晶闸管输出:无触点、寿命长、交流负载。(4)编程器:编程器分为两种,一种是手持编程器,方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232 口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件(或 WINDOWS下软件)向PLC内部输入程序。-8-2.4常见PLC系统的用途目前,PLC控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使
18、用情况大致可归纳为如下 几类。(1)开关量的逻辑控制这是PLC控制器最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻 辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如 注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2)模拟量控制在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等 都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。(3)运动控制PLC控制器可以用于
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