1、第5章 通信及可编程控制器,5.1 通信接口与网络,CNC装置作为现代制造系统的一个组成部分,既要通过有关的通信设备与上级计算机及其他的控制设备直接通信,又要通过计算机网络传输有关的控制信号和信息,进行数据的网络通信.现代CNC系统具有与上级计算机或DNC计算机直接通信或者连入工厂局域网络通信的功能.,5.1.1 数控系统的通信设备及接口,5.1.2 数据通信的基本概念,5.1.2.1 数据通信系统的组成,计算机,调制解调器,信道,调制解调器,数控系统,DTE,DCE,DCE,DTE,图5-2 数据通信系统的组成,5.1.2.2 数据通信方式CNC装置要与各种系统和设备进行信息的传送,可以采用
2、串行方式或并行方式.串行方式:串行数据传输时,数据是一位一位地在通信线上传输,发送端将并行数据经并串转换硬件转换成串行信号,再逐位经传输线到达接收端,并在接收端阍数据从串行信号重新转换成并行数据.特点是数据按位顺序传送,最少只需一根传输线,传输速度慢,成本低. 并行方式:并行数据传输时,数据的多个数据位在两个设备之间同时传输,发送设备将多个数据位通过对应的数据线传送给接收设备,还可附加一位数据校验位.接收设备可同时接收到这些数据,不需作任何变换就可使用.其特点是传输速度快,效率高,成本高,且只适用于近距离通信.,3,2,1,4,5,6,7,8,1,3,2,4,5,6,7,8,发 送 设 备,1
3、,3,2,4,5,6,7,8,发 送 设 备,校验,接 收 设 备,串行到并 行的转换,并行到串 行的转换,数据线,数据位,图5-3 数据通信方式,串行通信方式,并行通信方式,5.1.2.3 数据通信的连接方式 1.点-点连接.计算机与数控设备之间直接通过调制解调器MOKEM连接.适用于单台数控设备的数据通信. 2.分支式连接.通过主线路将多台数控设备与计算机连接的通信方式,适用于DNC系统等. 3.集线式连接.先抒各台数控设备经集中器集中起来,再用一频带较宽的线路与计算机连接,适用于CIMS或大型现代制造系统.,5.1.3 通信接口,5.1.3.1 异步串行通信接口常采用EIA RS-232
4、C(V24),20ma电流环,EIA RS-422以及EIA RS-485等标准. 1.EIA RS-232C在串行通信中,广泛应用的标准是RS-232C标准.接口标准使用25针D型连接器或9针连接器.对连接器的尺寸及各插针的排列位置等都作了明确的规定.传输距离不大于15m时,最大速率为19.2kb/S 2.20mA电流环.通常与232C接口一起配置,特点是电流控制,采用电流信号进行通信抗干扰能力强,发送和接收之间可采用隔离技术,传输距离可达100m.,3.EIA RS-422接口.全称是平衡型电压数字接口电路的电气特性.连接器使用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终端设备的通用37针
5、和9针连接器相接.由于采用双线平衡传输,抗干扰能力大大增强,它的传输距离和数据传输速率等性能远远优于RS-232C.,5.1.3.2 DNC通信接口 1.DNC接口通信功能下传NC程序,上传NC程序及系统状态采集和远程控制 2.DNC结构 (1)接口配置为纸带新闻记者机输入接口 (2)接口配置为RS-232C接口 (3)接口配置为DNC接口 (4)接口配置为网络接口,3.DNC通信结构 (1)点点式.最常见,最简便的连接方式,但存在所连设备有限,通信距离短,通信速率低及通信竞争不易解决等问题 (2)现场总线式.可克服点式连接中存在的问题,是目前底层设备连接方式的发展方向 (3)局域网式.是一种
6、先进的DNC通信结构形式,但相对现场总线方式来讲,实时性要差些,5.1.4 通信,5.1.4.1 开放式互联系统参考模型(OSI/RM) 通信协议:联网的计算机和数控设备为保证高速,可靠地传输程序和数据,必须事先约定一种规则,这种规则称为通信协议OSI/RM是国际标准化组织提出的分层结构的计算机通信协议的模型,实现了不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信使不同厂家生产的设备能够互联.,5.1.4.2 局域网络(LAN)标准 1.IEEE802局域网络标准,2.SINEC HI工业局域网络协议,3.MAP制造自动化协议是美国GM公司发起研究开发的应用于工厂车间环境的通用网络通信标
7、准,目前已成为工厂自动化的通信标准. 4.现场总线控制是一种由IEC提出的连接工业底层设备的局域网,被广泛应用于工业自动化加工控制领域,在分布式数控系统中现场总线驳起着重要的作用.目前常见的现场总线有SERCOS,PROFIBUS等几种现场总线标准.,5.2 数控系统中的PLC,5.2.1 PLC的基本结构及工作原理 5.2.1.1 基本结构,5.2.1.2 PLC的工作过程,输入采样阶段,程序执行阶段,输出刷新阶段,重复工作,5.2.2 数控机床中的PLC,数控机床的控制可分为两大部分:一部分是坐标轴运动的位置控制;另一部分是数控机床加工过程的顺序控制. CNC和机床输入/输出信号的处理包括
8、如下两方面: 1.CNC机床 2.机床CNC,5.2.2.2 数控机床用PLC的形式 1.内装型PLC:,2.独立型PLC,5.2.2.3 数控机床中PLC的信息交换数控机床中PLC信息交换就是指以PLC为中心,在CNC,PLC和机床之间的信息传递. 1.CNCPLC M.S.T功能,手动/自动方式信息及各种使能信息等.PLC CNC MST功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等.上述所有信息含义和地址均由CNC厂家确定,编程者只可使用,不可改变或增删. 2. PLC 机床 控制机床的招待元件及各种状态指示和故障报警等机床 PLC 机床操作面板输入信息和其上各种开关按钮等信息,5.2.
9、3 M、S、T功能的实现,5.2.3.1 M功能的实现M功能在数控加工程序被译码处理后,CNC系统控制软件将辅助功能的有关编码信息通过PLC输入接口传送到PLC中相应寄存器中,供PLC的逻辑处理软件扫描采样,并输出处理结果,通过PLC输出接口用来控制有关的执行元件.,5.2.3.2 S功能的实现早期的数控系统常用S2位代码形式指定主轴转速,现代数控系统一般用S4位代码形式进行编程.为提高主轴转速的稳定性,保证低速切削时有足够的功率,有些数控系统还增设了一级齿轮箱变速,并通过辅助功能代码来进行换档. 5.2.3.3 T功能的实现根据T代码,通过PLC可以实现数控机床的自动换刀及刀库管理,可以简便
10、,可靠地进行选刀和换刀控制.,5.3 PLC在FANUC-0i系统中的应用,CNC,F,PLC,MT,Y,G,X,FANUC系统的信息交换图,5.3.1 PMC的性能与规格,FANUC-0i系统分为3种,分别为0i-A,0i-B,0i-C系列.0i-A系统的PMC可采用SA1或SA3两种类型,一般配置为SA3,0iB/0iC系统的PMC可采用SA1或SB7两种类型,一般系统配置为SB7. 1.PMC程序作为用户文件存储在系统的FROM中,程序备份,修改,恢复都非常方便 2.PMC信号传递采用FANUC系统的I/O link BUS(FSSB)总线控制,增加了I/O点数,而且大大提高了系统的传输
11、速度和运行的可靠性 3.PMC具有丰富的功能指令,可完成机床的复杂控制,便于机床厂家编写机床报警信息,也方便面用户维修.,4.PMC具有信号跟踪功能,便于用户对故障原因进行分析和处理 5.系统具有内装PMC编辑功能,便于系统梯形图的修改 6.FANUC-0iB/0iC系统的PMC还增加了PMC的强制功能,可以方便地判断机床故障的具体部位 7.可利用存储卡或LADDER-编程软件对系统的梯形图及PMC参数进行备份和恢复.,5.3.3 FANUC系统PMC的指令,FANUC系统PMC指令分为基本指令和功能指令. 5.3.3.2 功能指令数控机床用PLC的指令必须满足数控机床信息处理和动作控制的特殊
12、要求,在编制程序时,对于控制,比较,代码转换,信息显示等控制功能,仅用基本指令编程,实现起来会十分困难,因此,需要增加具有专门控制功能的功能指令.,1.功能指令格式 功能指令不能使用继电器的符号，必须使用如下图所示的格式符号，这种格式包括：控制条件，指令标号，参数和输出几个部分。,1）控制条件,2）指令,3）参数,4）输出,5）要处理的数据,6）数字数据示例,7）功能指令中所处理数据的地址,2部分功能指令说明 1）顺序程序结束指令（END1，END2）,2）定时器指令 在数控机床梯形图编制中，定时器是不可缺少的指令，用于顺序程序中需要与时间建立逻辑关系的场合。功能相当于一种通常的定时继电器。
13、TMR定时器 TMR指令为设定时间可更改的定时器，指令格式及语句表如下所示,TMRB定时器 TMRB为设定时间固定的定时器，TMRB与TMR的区别在于，TMRB的设定时间编在梯形图中，在指令和定时器号的后面加上一项参数预设定时间，与顺序程序一起被写入ROM中，所以一旦写入就不能更改。,3）译码指令（DEC）数控机床在执行加工程序中规定的M，S，T机能时，CNC装置以BCD代码形式输出MST代码信号。这些信号需要经过译码才能从BCD状态转换成具有特定功能含义的一位逻辑状态，DEC功能指令的格式如下图所示。,F7.0:读M代码 F1.3:进给分配结束 F10:M功能代码,3011:表示对译码地址F
14、10中的两位BCD码的高低位均译码,并判断该地址中的数据是否为30,当F10的内容与30一时,R228.1=1,例:,4）二进制进制译码指令（DECB）,指令格式如下图所示：,Y2.0:主轴正转 Y2.1:主轴反转 F7.0:读M代码 F10F13: M功能代码:M00M31,5）计数器指令（CTR）,指令格式如下图所示：,（e）输出W1,6）逻辑“与”后传输指令（MOVE） 该指令的作用是把比较数据（梯形图中写入的）和处理数据（数据地址中存放的）进行逻辑“与”运算，并将结果传输到指定地址。也可用于将指定地址里的8位信号不需要的位消除掉。指令格式如下图所示：,7）符合检查指令（COIN）此指令
15、用来检查参考值与比较值是否一致，可用于检查刀库，转台等旋转体是否到达目标位置等。该指令仅用于BCD数据。功能指令格式如图所示：,控制条件说明：,输入数据指定格式：,输入值：,比较数据地址： 比较数据的存放地址,8）数值大小小判别指令（COMP）基准值和比较值进行比较来判别大小。指令格式如下：,控制条件说明：,输入数据格式：,输入数据：,9）旋转指令（ROT） 该指令可以对刀库，回转工作台等实现选择最短途径的旋转方向；计算现在位置和目标位置之间的步距数；计算目标前一个位置的位置数或达到目标前一个位置的步距数。指令格式如下： 控制条件：,转台定位地址： 给出转台定位号 当前位置地址： 指定存储当前
16、位置的地址 目标位置地址： 指定存储目标位置的地址（或指令值）。如存储CNC输出的T代码的地址。 计算结果输出地址：,旋转方向输出： W1=0时为正向旋转（FOR），即转位号随旋转增加； W1=1时为反向旋转（REV）。即转位号随旋转减少； W1的地址可任意选定。然而，要使用W1的结果时，总是要检测ACT=1的条件。,例:加工中心转盘式刀库控制PLC程序刀库刀具容量为12把刀,在换刀过程中,刀库先以正常速度沿最短路径旋转,使目标刀具趋近换刀位置,在到达目标位置前一刀座位置时刀库减速,使目标刀具在换刀位置实现稳定,精确的定位. 接口信号地址含义: X0004-当前刀位编码 F0026-NC译码,
17、将加工程序中刀具号存入F0026 R102-指令刀具号高位屏蔽后的结果输出地址 R120.3-到达目标刀位标志 R551-计算目标刀位的前一相邻位置的结果输出地址 G4.3-M/S/T功能结束信号,3FANUC PLC梯形图编制的规则 梯形图是设计，维修等技术人员经常使用的技术文件。其编制应尽可能简单明了，并应尽量有一种规范化的约定，通常规定如下： 1) 输入/输出信号及继电器等的名称和记号应易懂，确切，名称长度不超过8个字符，第1个字符用字母P代表“正”，B代表“非”，N代表“负”。如B.SP是用于自动操作的停止信号. 2)梯形图中的继电器,一般按其作用来给定符号,且字母要大写. 3)当出现
18、PLC机床侧的信号名称之后加“M”,以便与CNC信号相区别.为区分CNC侧与机床侧信号,在画梯形图时常采用下表所示的图形符号.,5.3.4 FANUC-0i系统的PMC控制应用程序,分为两部分,即第一级顺序程序和第二级顺序程序,程序,图5-13 PMC控制程序执行顺序时序图,5.3.4.1 第一级顺序程序高级顺序和低级顺序:为适应不同控制信号的不同响应要求,PLC程序常分为高级程序和低级程序两部分.应把需要迅速处理的信号及快速响应的顺序编在高级顺序中,即第一级程序,如急停,坐标轴极限超程等逻辑,其他信号则编在低级顺序中即第二级程序.,1.数控机床操作面板PMC控制,图5-15 数控机床操作面板,EDIT,MEM,MDI,HND,JOG,REF,2.数控机床加工程序功能开关PMC控制,程序单段,程序段跳过,程序段跳过,程序再起,程序锁住,程序空运行,进给暂停,循环启动,辅助功能锁,AFL,循环启动,进给保持,机床锁住,程序单段,程序段跳过,程序再起,程序空运行,辅助功能锁,辅助选择停,
