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类型数控系统中的PLC控制.ppt

  • 上传人:hskm5268
  • 文档编号:8179557
  • 上传时间:2019-06-13
  • 格式:PPT
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    1、第5章 数控系统中的PLC控制,第一节 数控系统中的PLC 第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现 第三节 数控系统中的PLC应用实例,第一节 数控系统中的PLC,可编程序控制器PLC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。,下一页,返回,第一节 数控系统

    2、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过程。这是国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器的定义。为了与个人计算机PC ( Personal Computer)相区别,仍采用旧称 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轴运动的连续数字信息;另一类是通过PLC控制的辅助功能(M、S、T等)信息,如图5-1所示。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,一、PLC的基本结构尽管PL

    3、C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(CPU)、存储器(RAM/ROM)、输入/输出单元(I/O )、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,如图5 -2所示。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,1. PLC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PLC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CPU模块使用;一路供给编程器接口使用;还有一路供给各种接口模板使用。由于PLC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能,而且还要求工作电

    4、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,以防止在电压突变时损坏CPU。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,图5 -3所示为西门子SIMATIC 57-300型可编程序控制器结构图。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,(2)中央处理单元CPU PLC中的CPU与通用计算机中的CPU一样,是PLC的核心。CPU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PLC内部电路、编程语句和电源都正常后,PLC进入运行状态。在PLC进入运行状态后

    5、,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。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 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PLC的控制功能,通常采用多CPU控制方式,如用一个CPU来管理逻辑运算及专用功能指令;用另一个CPU来管理I/O接口和通信等功能。中、小型PLC常用8位或16位微处理器,大型PLC则采用高速单片机。,下一页,返回,上

    6、一页,第一节 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(如硬盘/软盘驱动器等)组成,它通过通信接口与PLC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,它通过一个专用接口与PLC连接;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 数控系统中的PLC,(4)存储器PLC存储器主要包括随机存储器RAM和只读存储器ROM,用于存放用户程序、工作数据和系统程序。用

    7、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,在修改调试完成后可由用户固化在EPROM中或存储在磁盘中。工作数据是PLC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,它们一般存放在RAM中。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,系统程序是指控制和完成PLC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PLC所用存储器基本上由EPROM、RAM和PROM三种形式组成,其存储容量随着PLC类别或规模的不同而改变。,下一页,返回,上一页,第一节

    8、 数控系统中的PLC,(5)输入/输出(I/O)模块I/O模块是PLC与现场I/O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CPU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程的各种变量转换成标准的逻辑电平信号,送入CPU处理。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,2. PLC的软件结构在可编程控制器中,PLC的软件分为两大部分:系统监控程序: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;.用户程序: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。,下

    9、一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,二、PLC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,如图5-4和图5 -5所示。用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器内,CPU对用户程序循环扫描并顺序执行。这是PLC的基本工作方式。图5-4给出了GE系列PLC的CPU扫描过程。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,只要PLC接通电源,CPU就对用户存储器的程序进行扫描。扫描从0000 H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,形成一个扫描循环,周而复始。每扫描一次,CPU进行输入点的状态采集、用户程序的逻辑解算、相应输

    10、出状态的更新和I/O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。然后CPU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,CPU又从存储器的0000 H地址重新开始扫描运行。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,图5 -5是一个行程开关PB1被压下时PLC的控制过程。.当按钮PB1压下,输入继电器X401的线圈接通; X401常开触头闭合,输出继电器Y430通电;外部输出点Y430闭合,指示灯亮;.当PB1被放开时,输入继电器X401的线圈不再工作,其对应的触头X401断开,这时输出继电器Y430仍保持接通,这是因为Y430的触头接通后,其中的

    11、一个触头起到了自锁作用;,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,当行程开关LS1被压下时,继电器X403的线圈接通,X403的常闭触头断开,使得继电器Y430的线圈断电,指示灯灭,输出继电器Y430的自锁功能复位; PB1被按下的同时,X401的另一个常开触点接通另一个梯级,这时若触头M 100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。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,三、数控系统中PLC的特点1.与现场信号直接连接针对不同的现场信号(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),有相应的输入和输出模块可与现场的工业器

    12、件(如按钮、行程开关、传感器、电磁阀、控制阀、电动机启动装置)直接相连,并通过数据总线与微处理器模块相连接。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,2.灵活性好PLC通常采用积术式结构,便于将PLC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对象。3.可靠性高由于PLC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。在硬件方面采取了滤波、光电隔离、屏蔽等措施;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。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,4.编程简单PLC沿用了梯形图编程简单的优点,

    13、易于现场操作人员理解和掌握。5.网络通信利用PLC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 数控系统中的PLC,6.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备与PLC的I/O端子连接无误,系统即可工作。PLC 80%以上的故障均出现在外围的输入/输出设备上,故能快速准确地诊断故障。目前,已能达到15 min内排除故障,恢复生产。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,四、数控系统中的PLC分类数控系统中的PLC可分为“内装型”(Built-in-Type) PLC和“独立型”( Standalone-Type) PLC两种类型。

    14、1.内装型PLC内装型PLC是指PLC内置于CNC装置内,从属于CNC装置,与CNC装置集于一体,如图5 -6所示。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,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、程序扫描时间、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。其硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能与CNC系统统一设计制造的。因此系统结构十分紧凑。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,在系统的结构上,内装型PLC可与CNC共用一个CPU,如图5 -7 (a )所示,也可单独使用一个CPU,如图5-7 (b)所示

    15、;内装型PLC一般单独制成一电路板,插装到CNC主板的插座上,PLC与所从属CNC装置之间的信号传送均在其内部进行,不单独配置I/O接口,而是使用CNC装置本身的I/O接口,PLC控制部分及部分I/O电路所用电源由CNC装置提供。SINUMERIK 810数控系统的I/O模块如图5 -8所示。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,SINUMERIK 810数控系统的I/O模块采用内装型PLC结构,扩大了CNC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CNC的性能/价格比。世界上著名的数控系统生产厂家均在其CNC系统中开发了内装型PLC功能,如日本的FA

    16、NUC公司、德国的SIEMENS公司等,见表5-1。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,2.独立型PLC独立型PLC是完全独立于CNC装置、具有完备的硬件和软件功能、能够独立完成CNC系统规定控制任务的装置,如图5 -9所示。独立型PLC的基本功能结构与通用型PLC完全相同。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,由图5 -9可见,独立型PLC的CNC系统中不但要进行机床侧的I/O连接,而且还要进行CNC装置侧的I/O连接,CNC和PLC均具有各自的I/O接口电路。独立型PLC一般采用模块化结构,装在插板式机笼内,I/O点数和规模可通过I/O模块的增减灵活配置。对于

    17、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PLC;对于FMC、FMS、FA、CIMS等大型数控系统,则需要选用中型或大型PLC。,下一页,返回,上一页,第一节 数控系统中的PLC,独立型PLC造价较高,其性能/价格比不如内装型PLC。生产通用型PLC的厂家很多,数控系统中选用较多的产品有德国SIEMENS公司的SI-MATIC S5、S7系列、日本OMRON公司的OMRON-SYS-MAC系列、日本FANUC公司的PMC系列、三菱公司FX系列等。西门子公司的SIMATIC S7-300可编程序控制器如图5-10所示。总的来说,内装型PLC多用于单微处理器的CNC系统中,而独立型PL

    18、C主要用于多微处理器的CNC系统中。但它们的作用是相同的,都是配合CNC装置实现刀具的轨迹控制和机床顺序控制。,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,一、PLC的信息交换数控系统中PLC的信息交换是指以PLC为中心,在PLC、CNC和机床三者之间的信息交换。讨论PLC、 CNC和机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时,常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”(即机床侧)两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件、软件以及与CNC系统连接的外部设备。“MT侧”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、继电器线路和机床强电线路等。

    19、PLC处于CNC和MT之间,对NC侧和MT侧的输入(输出)信号进行处理。,下一页,返回,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,1. PLC的信息交换过程PLC、CNC和MT之间的信息交换包括以下四个部分。(1) CNC传送给PLC CNC送至PLC的信息可由开关量输出信号(对CNC侧而言)完成,也可由CNC直接送入PLC的寄存器中,主要包括各种功能代码M、S、T的信息,手动/自动方式信息及各种使能信息等。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,(2) PLC传送给CNC PLC送至CNC的信息由开关量输入信号(对CNC侧而言)完成,所有PLC送

    20、至CNC的信息地址与含义由CNC系统生产厂家确定,PLC编程者只可使用,不可改变和增删,主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。(3) PLC传送给MT PLC控制机床的信号通过PLC的开关量输出接口送至MT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。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,(4) MT传送给PLC 机床侧的开关量信号可通过PLC的开关量输入接口送入PLC中,主要是机床操作面板输入信息和其上各种开关、按钮等信息,如机床的起停、主轴正反转和停止、各坐标轴点动、刀架卡盘的夹紧与松

    21、开、切削液的开关、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CNC与PLC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CNC将所需执行的M、S、T功能代码送到PLC,由 PLC控制完成相应的动作,然后再由PLC送给CNC完成信号FIN。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,2. PLC信息交换实例下面以FAGOR 8025/8030车床系统中的PLC为例介绍信息的交换过程,如图5-11所示。内装型PLC的输入信号I42I104借助于连接器I/O1和I/O2将CNC的输出传递给机床,同时借助于I/O1和I/O2将机床信息通过PLC的O

    22、25O64传送给CNC。另外,I/O3为主轴和6个进给轴的伺服系统提供模拟输出控制电压。I1I41分散与三个连接器连接,其中I/O1上有8个输入信号,I/O2上有32个输入信号,I/O3上有一个输入信号,01O24与I/O1连接。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,(1) PLC的输入 PLC共有104个输入信号,其中41个外部输入信号,其编号为I1I41已们主要是机床上的有关输入信号。另外63个内部逻辑输入信号,通过内部存储器由CNC传送给PLC,其编号为I42I104。每个信号对应的含义见表5 -2所示。(2) PLC的输出 PLC共有64个输出信号

    23、,其中24个外部输出信号通过I/O1输出,其编号为O1O24,它们主要是给机床输入各种开关信号。另外40个内部逻辑输出信号通过内部存储器由PLC传送给CNC,其编号为O25O64 。每个信号对应的含义见表5 -3所示。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,二、PLC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M、 S、T功能代码,通过PLC输入/输出接口,来协调刀具轨迹和机床顺序动作的控制。1. M功能的实现M功能称为辅助功能,用M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、数控加工程序运行停止、冷却液的开关、自动换刀、卡

    24、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表5-4。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,表中M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(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I,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标轴运动完成之后才起作用,称为段后辅助功能,记为A,如M02、M05、 M09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H,如M10、 M11等。还有一些辅助功能只在本程序段中起作用,对其他程序段不起作用,记为C,如

    25、M06等。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,根据上述辅助功能动作类型的不同,在译码后的处理方法也不同。如在数控加工程序被译码处理后,CNC系统控制软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,通过输出接口来控制有关执行元件。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,2.S功能的实现S功能是主轴转速控制功能,以往用52位代码形式指定主轴转速,现代数控系统一般用54位代码来编程。S4位代码编程是指用S后跟4位十进制数字来直接指定主轴转速,如S1200表示

    26、主轴转速为1 200r/min, S4位代码表示的转速范围为00009 999r/min,如图5 -12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全范围内。如将主轴转速限制在203 150 r/min,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。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,为了提高主轴转速的稳定性,保证低速切削时有足够的转矩,有些数控系统以600r/min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S 600r/min时,使用M38可将主轴转速变换成20600 r/ min范围,当S

    27、600r/min时,使用M39代码可将主轴转速变换成6003150r/min范围。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,S2位代码编程是指用S后跟2位十进制数字来指定主轴转速,共有100级( S00S99)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12%。这样根据主轴转速的上、下限和等比关系就可以获得S2位代码与主轴转速(BCD码)的对应表格,它用于S2位代码的译码。图5-13所示为S2位代码在PLC中的处理框图,图中译S代码和数据转换实质是从上述表格中查出S2代码相对应的主轴转速大小,并将其转换成二进制数,经限幅处理后,将得到的数字量进行

    28、D/A转换,输出一个相对应的直流控制电压(010V、 05V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。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,在这里需要明确的是,D/A转换接口电路既可装在CNC单元内,也可装在PLC单元内,即可由CNC与PLC配合完成控制任务,也可由它们单独完成控制任务。如图5-14所示,图中CNC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,PLC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CNC与PLC共同完成控制的。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交

    29、换和控制功能的实现,3.T功能的实现T功能称为刀具功能,用T代码后跟25位数字表示刀具号和刀具补偿号。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,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。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,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,取刀和还刀与刀具座编号无关,还刀位置是随机的。在执行换

    30、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,提高了生产效率,但其控制较复杂。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,图5-15所示为采用固定存取换刀控制方式的T功能处理枢图。零件数控加工程序经CNC装置译码处理后,得到机床坐标轴运动的连续控制信息和机床开关量控制信息。开关量控制信息由CNC系统控制软件传送给PLC,其中T代码在PLC中进一步经过译码并在刀具数据表内检索,找到T代码所对应的刀具编号(即数据表中的地址),然后与目前使用的刀号相比较。如果相同

    31、,则说明T代码所指定的刀具就是目前正在使用的刀具,不需要进行刀具更换。,下一页,返回,上一页,第二节 数控系统中PLC的信息交换和控制功能的实现,如果不相同则要进行更换刀具操作,首先将主轴(或刀架)上的刀具卸下放到它的固定刀座号上,然后将刀库回转控制信号送刀库控制系统,直至T代码所指定的刀具转到换刀位置,刀库停止回转,最后取出所需刀具装到主轴(或刀架)上。至此,一把刀具的换刀过程结束。根据以上换刀过程,编制出T功能处理的流程图,如图5-16所示。,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,一、典型PLC介绍数控机床用FANUC PLC有PMC-A、PMC-B、PMC-C、PMC-D、P

    32、MC-GT和PMC-L等多种型号,它们分别适用于不同的FANUC系统组成内装型的PLC。FANUC系列的PLC中,有基本指令和功能指令两种,不同型号,其功能指令的数量也有所不同,除此之外,指令系统完全相同。,下一页,返回,第三节 数控系统中的PLC应用实例,在基本指令和功能指令执行中,PLC用一个堆栈寄存器暂存逻辑操作的中间结果,堆栈寄存器有9位,如图5 -17所示,按照“先进后出、后进先出”的原理工作。“写”操作结果压入时,堆栈各原状态全部左移一位;“取”操作结果时,堆栈全部右移一位,最后压入的信号首先恢复读出。1.基本指令基本指令共12条,指令及处理内容见表5 -5。,下一页,返回,上一页

    33、,第三节 数控系统中的PLC应用实例,基本指令格式如下:基本指令格式如下:,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,如RD100. 6,其中RD为操作指令码,100. 6为操作数,即指令操作对象。它实际上是PLC内部数据存储器某一个单元中的一位,100. 6表示第100号存储单元中的第6位。RD100. 6这一位的数据状态“1”或“0”读出并写入结果寄存器ST0中。图5-18所示为梯形图,通过编程向PLC输入程序的程序语句表如下:,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,值得说明的是,本例一部分是“块

    34、”操作形式。信号1. 0、1.1是一组,1.4、1.5又是一组,每一组中的两信号是“与”操作,两组间又是“或”操作,组成一大块;信号1. 2、1. 3、1. 6、1. 7是类似的情况,组成另一大块,两大块之间再进行“与”操作。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,2.功能指令数控机床用的PLC指令必须满足数控机床信息处理和动作顺序控制的特殊要求,例如CNC输出的M、S、T二进制代码信号的译码(DEC);加工零件的计数(CTR);机械运动状态或液压系统动作状态的延时(TMR)确认;刀库、分度工作台沿最短路径旋转和现在位置至目标位置步数的计算(ROT);换刀时数据检索(DSC

    35、H)和数据变址传送指令(XMOV)等。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,对于上述的译码、计数、定时、最短路径的选择,以及比较、检索、转移、代码转换、四则运算、信息显示等控制功能,仅用一位操作的基本指令编程,实现起来将会十分困难,因此要增加一些具有专门控制功能的指令,这些专门指令就是功能指令。功能指令都是一些子程序,应用功能指令就是调用相应的子程序。FANUC PLC的功能指令数目视型号不同而有所不同,其中PMC-A、 PMC-B、PMC-C、PMC-D为22条,PMC-GT为23条,PMC-L为35条。表5 -6所示为PMC-L功能指令和处理内容。,下一页,返回,上一

    36、页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,(1)功能指令的格式功能指令不能使用继电器的符号,必须使用如图5-19所示格式符号。这种格式包括控制条件、指令标号、参数和输出几个部分。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,.控制条件。控制条件的数量和意义随功能指令的不同而变化。控制条件被存入堆栈寄存器中,其顺序是固定不变的;指令标号。功能指令的种类见表5 -6,指令有三种格式,格式1用于梯形图;格式2用于在纸带穿孔和程序显示;格式3用编程器输入程序时的简化指令。对于TMR和DEC指令在编程器上有其专用指令键,其他功能指令则用SUB键和其后的数字键输入;,下一页,返回,上一页,第三

    37、节 数控系统中的PLC应用实例,.参数。功能指令不同于基本指令,可以处理各种数据,数据本身或存有数据的地址可作为功能指令的参数,参数的数量和含义随指令的不同而不同;.输出。功能指令的执行情况可用一位“1”和“0”表示,把它输出到R1软继电器,R1继电器的地址可随意确定,但有些功能指令不用R1,如MOVE、COM、JMP等。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,(2)部分功能指令说明顺序程序结束指令(END1、END2 )。 END1:高级顺序程序结束指令;END2:低级顺序程序结束指令。指令格式其中i=1或2,分别表示高级和低级顺序程序结束指令。,下一页,返回,上一页,第

    38、三节 数控系统中的PLC应用实例,定时器指令(TMR、TMRB)。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。其功能相当于一种通常的定时继电器。a. TMR指令设定时间可更改的定时器,指令格式如图5 -20所示,语句表如下:,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,定时器的工作原理是:当控制ACT = 0时,定时继电器TM断开;当ACT=1时,定时器开始计时,到达预定的时间后,定时继电器TM接通。定时器设定时间的更改可通过数控系统(CRT/MDI)在定时器数据地址中来设定,设定值用二进制数表示。例如有则4. 5s的延时数据通过手

    39、动数据输入板(MDI)在CRT上预先设定,由系统存入第203号数据存储单元。TM01即1号定时继电器,数据位为206. 6。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,定时器数据的设定以50ms为单位。将定时时间化为ms数再除以50,然后以二进制数写入选定的存储单元。本例定时4.5 s,即用4500ms除以50得90,将90以二进制数表示为01011010,存入203号数据单元,该二进制数只占用16位的203号数据存储单元中的低8位。b. 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,在指令和定时器的后面加上一项参数的预设定时间,与

    40、顺序程序一起被写入EPROM,所设定的时间不能用CRT/MDI改写。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,c.译码指令(DEC)是数控机床在执行加工程序中规定的M、S、T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功能指令的格式如图5 -21所示。译码信号地址是指CNC至PLC的二字节BCD码的信号地址,译码规格数据由译码值和译码位数两部分组成,其中译码值只能是两位数,例如M30的译码值为30。译码位数的设定有三种情况。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,01:译码地址中的两位BCD码,高位不变,只译低

    41、位码。10:高位译码,低位不译码。11:两位BCD码均被译码。DEC指令的工作原理是,当控制条件ACT = 0时,不译码,译码结果继电器R1断开;当控制条件ACT =1时,执行译码,当指定译码信号地址与译码规格数据相同时,输出R1=1,否则R1 = 0。译码输出地址由设计人员确定。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,例5-1 M30的译码梯形图如图5 -22所示,语句表如下:0067为译码信号地址,3011表示对译码地址0067中的二位BCD码的高低位均译码,并判断该地址中的数据是否为30,译码后的结果存入228. 1地址中。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的

    42、PLC应用实例,二、PLC应用实例1.主轴运动的控制控制主轴运动的局部梯形图如图5 -23所示。图中包括主轴旋转方向控制和主轴齿轮换挡控制两部分。控制方式分手动和自动两种工作方式。图中各信号含义如下:,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,HS. M 手动操作开关AS. M 自动操作开关CW.M 主轴正转按钮CCW.M 主轴反转按钮OFF. M 主轴停转按钮SPLGEAR 齿轮低速换挡到位行程开关SPHGEAR 齿轮高速换挡到位行程开关LEGAR 手动低速换挡到位开关HEGAR 手动高速换挡到位开关,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,程序中应用了译码

    43、和延时2个功能指令,所涉及的M功能是:M03 主轴正转M04 主轴反转M05 主轴停转M41 主轴齿轮换低速挡M42 主轴齿轮换高速挡,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,当机床操作面板上的工作方式开关选手动时,HS. M为“1“。此时,自动工作方式信号AUTO为“0“。由于HS. M为“1“,软继电器HAND线圈接通,梯级1中的HAND常开软节点闭合,线路处于自保持状态,从而处于手动工作方式。在主轴顺时针旋转梯级中,HAND = 1,主轴旋转方向选择旋钮置于顺时针位置,CW. M=1,又由于主轴停止旋钮开关OFF. M没接通,SPOFF常闭触头为“1“,使主轴手动控制顺

    44、时针旋转。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,当方向选择旋钮置于逆时针接通状态时,HAND = 1 , CCW. M = 1 , SPOFF常闭触头为“1”,使主轴手动控制逆时针旋转。工作方式选择开关在自动位置时,AS. M = 1,使系统处于自动工作方式。由于自动方式和手动方式的常闭触头接在对方的互锁支路中,所以两者也是互锁的。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,在自动方式下,通过程序给出主轴顺时针旋转指令M03,或逆时针旋转指令M04,或主轴停止旋转指令M05,分别控制主轴的两个旋转方向和停止。图中DEC为译码功能指令。当输入零件加工程序时,

    45、如程序中出现M03指令,则经过一段时间延时(约80ms)后,MF=1,开始执行DEC指令,译码确定为M03指令后,M03软继电器接通,其接在主轴顺时 针旋转梯级中的M03软常开触头闭合,继电器SPCW接通,主轴在自动方式下顺时针旋转。若程序中出现M04指令,其控制过程类似,主轴逆时针旋转。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,在机床运行中,主轴齿轮需换挡时,零件加工程序中应给出换挡指令。M41代码为主轴齿轮低速挡指令,M42代码为主轴齿轮高速挡指令。下面以执行M41指令为例,说明自动换挡过程。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,输入带有M41代码的

    46、程序段并开始执行后,经过延时,MF=1,执行DEC译码,当译码与程序中的码一致时,M41为“1“,使M41软继电器接通,其接在“变低速挡齿轮”梯级中的软常开触头M41闭合,从而使继电器SPL接通,齿轮箱齿轮换到低速挡。SPL的常开触头接在延时梯级中,当其闭合时,定时器TMR开始工作。经过定时器设定的时间后,如果接收到换挡到位信号,即SPLGEAR = 1,换挡成功。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,SPLGEAR信号使换挡成功软继电器GEAROK接通,GEAROK的常闭软触头断开,使SPERR软继电器断开,即SPERR = 0 ,表示主轴换挡成功。如果换挡过程不顺利或

    47、出现机械故障时,则接收不到换挡成功信号,延时后SPLGEAR = 0,使GEAROK = 0,经过TMR延时后,延时常开触头TMO1闭合,接通了主轴错误继电器SPERR,通过其常开触头的闭合自保,发出错误信号,表示主轴齿轮换挡出错。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,处于手动工作方式时,也可以进行手动主轴齿轮换挡。此时,将机床操作面板上的选择开关LEGAR置“1“,即可完成手动将主轴齿轮换为低速挡。同样也可由主轴出错显示来表明齿轮换挡是否成功。执行M42指令进行主轴齿轮高速换挡过程与执行M41指令类似。表5 -7为梯形图5 -23所对应的程序表。,下一页,返回,上一页,

    48、第三节 数控系统中的PLC应用实例,2.润滑系统自动控制某数控机床润滑系统的电气控制原理图如图5 -24所示。图5 -25为润滑系统控制系统流程图。(1)润滑系统正常工作控制过程 按下运转准备按钮SB8 , 23 N行X17. 7为“1“,输出信号Y86. 6接通中间继电器KA4线圈,通过KA4触头又接通接触器KM4,使润滑电动机M4启动,23P行的Y86. 6触头自锁。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,当Y86. 6为“1”时,24 A行Y86. 6触头闭合,TMl7号定时器(8613. 0)开始计时,设定时间为15s(通过MDI面板设定),到达15s后,TMl7为

    49、“1“ , 23P行的8613. 0触头断开,此时Y86. 6为“0“,润滑电动机停止运行。同时也使24 D行输出R600. 2为“1”并自锁。24F行的R600. 2为“1“,使TM18定时器开始计时,时间设定为25min,当到达时间后,输出信号R613. 1为“1“,使24 G行的R613. 1触头闭合,Y86. 6输出并自锁,润滑电动机M4重新启动运行,重复上述控制过程。图5-26为该润滑系统PLC控制梯形图。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,(2)润滑系统故障监控当润滑油路出现堵塞或压力开关SP2失灵的情况下,在M4已停止运行25 min后压力开关SP2未关闭,则24G行的X4. 5闭合,R600. 4输出为“1”,一方面使24I行的R616. 7输出为“1”,使23N行的R616. 7触头打开,润滑电动机断开;另一方24 M行R616. 7触头闭合,使Y48. 0输出为“1”,报警指示灯(H Ll亮),并通过TM02、TM03定时器控制,使信号报警灯闪烁。,下一页,返回,上一页,第三节 数控系统中的PLC应用实例,

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