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1、第 7 章 PLC 模块故障的特点及诊断方法,本章要点： 1 了解 PLC 在数控机床上的功能 2 掌握 PLC 的工作原理和过程 3 掌握 PLC 模块故障诊断的特点和方法,全国高职高专数控模具规划教材,第 7 章 PLC 模块故障的特点及诊断方法,7.1 概述 7.2 PLC的工作原理及特点 7.3 数控机床PLC故障的诊断与典型实例,全国高职高专数控模具规划教材,相关知识,在数控机床中，除了对各坐标轴的位置进行连续控制 外，还需要对诸如主轴正转和反转、启动和停止、入库 及换入机械手控制、工件夹紧松开、工作台交换、气液 压、冷却和润滑等辅助动作进行顺序控制。 顺序控制的信息主要是I /O
2、控制，如控制开关、行 程开关、压力开关和温度开关等输入元件，继电器、接 触器和电磁阎等输出元件；同时还包括主轴驱动和进给 伺服驱动的使能控制和机床报警处理等。,全国高职高专数控模具规划教材,相关知识,现代数控机床均采用可编程逻辑控制器来完成上述功能，数控机床 PLC 的形式有两种：一是采用单独的CPU完成 PLC功能，即配有专门的 PLC ，PLC 在 CNC外部，称为外装型PLC;二是采用数控系统与PLC合用一个CPU 的方法，PLC在CNC内部，称为内装型PLC 。,全国高职高专数控模具规划教材,7.1 概述,PLC与外部信息的交换,全国高职高专数控模具规划教材,机床至 PLC 上 机床侧
3、的开关量信号通过 I/O 单元接口输入至 PLC 中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所占用 PLC 的地址均可由 PLC 程序设计者自行定义，如在 SINUMERIK810 数控系统中，机床侧的某一开关信号通过I /O端子板输入至I/O模块中。设该开关信号用I10.2 来定 义，在软键功能DIAGNOSYS的 PLC STATUS 状态下，通过 观察 Ib10 的第 4 位0或1来获知该开关信号是否有效。,PLC与外部信息的交换,全国高职高专数控模具规划教材,PLC 至机床 PLC 控制机床的信号通过 PLC 的开关量输出接口送 到机床侧，所有开关量输出信号的含义及所占用 PLC 的 地
4、址均可由 PLC 程序设计者自行定义。如在SIUMERIK 810 数控系统中，机床侧某电磁阀的动作由 PLC 的输出 信号来控制，设该信号用Q1.4来定义。该信号通过I/O模 块和I/O端子板输出至中间继电器线圈，继电器的触点又 使电磁阀的线圈得电，从而控制电磁阀的动作。同样， Q1.4信号可在 PLC STATUS 状态下，通过观察 QB1的第 3 位0或1来获知该输出信号是否有效。,PLC与外部信息的交换,全国高职高专数控模具规划教材,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 的信号含义和地址均由 CNC厂家 确定，
5、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。,PLC与外部信息的交换,全国高职高专数控模具规划教材,PLC 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。,PLC与外部信息的交换,全国高职高专数控模具规划教材,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模具规划教材,机床操作面板控制 将机床操作面板上的控制信号直接送入 PLC ，以控制数控系统的运行。,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模
6、具规划教材,机床外部开关输入信号控制 将机床侧的开关信号送入 PLC ，经逻辑运算后，输出给控制对象。这些控制开关包括各类控制开关。行程开关。接近开关。压力开关和温控开关等。,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模具规划教材,输出信号控制 PLC 输出的信号经强电柜中的继电器、接触器，通过机床侧的液压或气动电磁阀，对入库。机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还对冷却泵电动机。润滑泵电动机及电磁制动器等进行控制。,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模具规划教材,伺服控制 控制主轴和何服进给驱动装置的使能信号， 以满足何服驱动的条件。通过驱动装置，驱动主 轴电动机、何服进给电动机和
7、入库电动机等。,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模具规划教材,报警处理控制 PLC 收集强电柜、机床侧和何服驱动装置的 故障信号，将报警标志区中的相应报警标志位置 位，数控系统便显示报警号及报警文本以方便故 障诊断。,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模具规划教材,软盘驱动装置控制 有些数控机床用计算机软盘取代了传统的光电阅读 机。通过控制软盘驱动装置，实现与数控系统进行零件程 序、机床参数、零点偏置和入具补偿等数据的传输。,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模具规划教材,转换控制 有些加工中心的主轴可以立卧转换，当进行立卧转换 时， PLC 完成下述工作： 切换主轴
8、控制接触器。 通过 PLC 的内部功能，在线自动修改有关机床数据位。 切换何服系统进给模块，并切换用于坐标轴控制的各种 开关、按键等。,数控机床 PLC 的功能,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的基本结构,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的基本结构,PLC是专为工业生产过程而设置的控制器，实质上也 是一种工业控制专用计算机。由于微处理器及计算机技 术的引入。也使得PLC与微机的界限变得模糊起来。因 此，PLC的组成基本上与微机类似，只不过它比微机具 有更强的与工业过程相连的接口，有更直接的适用于控制 要求的编程语言。通常PLC是以8位单片微机或16 、32 位微机芯片为主体，配以高抗干
9、扰的I/O接口电路构成。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的基本结构,软件配置功能很强，易于把复杂的自动控制线路，很方便地编成程序输入到PLC中，并可随时监视运行过程或修改工艺流程。PLC的主体是由CPU、存储器、输入输出模块、电源等组件组成，系统内各部分之间通过总线连接。总线分电源总线。控制总线。地址总线和数据总线。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的基本结构,此外，系统还配有编程器，其作用是对用户 程序进行编制。编辑、调试和监视。分为简易型 和智能型两类，前者带有简易键盘和数码显示 器，只能联机编程。智能型编程器既可联机又可 脱机编程，除了一股的编程功能外，它往往具有 梯形图绘制、
10、彩色显示、通信联网及事务管理等 功能。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的基本结构,另外，还配置了其他一些外部设备，如盒式 磁带机，用以记录程序或信息；打印机，用以打 印程序或制表； EPROM 写入器，用以 将程序写 入用户 EPROM 中；高分辨率大屏葛彩色图形监 控系统，用以显示或监视有关部分的运行状态； 通信网络接口，以实现工业通信网络的功能等。,全国高职高专数控模具规划教材,用来描述可编程控制器内部CPU的工作过程。 CPU在PLC控制系统中的作用类似于人体的神经中 枢。它是PLC的运算，控制中心，用来实现逻辑运 算、算术运算，并对全机进行控制。,PLC的工作过程,扫描,全国高职
11、高专数控模具规划教材,扫描完成的任务 接收并存储由编程器键入的用户程序和数据。 用扫描方式接收现场输入的数据或状态。 逐条地执行用户程序并产生相应的控制信号，执行程序的 存取、传送、组合和变换，完成用户程序规定的逻辑和算 术运算。 刷新输出状态寄存器内容，控制生产过程的操作。,PLC的工作过程,扫描,全国高职高专数控模具规划教材,所谓扫描就是依次对各种规定的操作项目全部 进行访问和处理。PLC 运行时用户程序中有众多的 操作需要去执行。但一个CPU每时刻只能执行一个操 作而不能同时执行多个操作，因此CPU按程序规定的 顺序依次执行各个操作。这种需要处理多个作业时 依次顺序处理的工作方式称为扫描
12、工作方式。由于 扫描是周而复始无限循环的，每扫描一个循环所用 的时间称为扫描周期。,PLC的工作过程,扫描,全国高职高专数控模具规划教材,PLC 的工作过程基本上就是用户程序的执行过程，是 在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户逻辑 解算控制逻辑，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。 除此之外，为提高工作的可靠性和及时接收外来的控制命 令，在每个扫描周期还要进行故障自诊断以及处理与编程 器。计算机的通信请求。,PLC的工作过程,扫描,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的工作过程,自诊断,输入现 场状态,与外设 通信,输出 结果,解算用 户逻辑,全国高职高专数控模具规划教材,PLC
13、的工作过程,自诊断 自诊断功能可使 PLC 系统防患于未然，加在发生故 障时能尽诀修复。为此 PLC 每次扫描用户程序以前都对 CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断 正常则继续扫描过程，而一旦发现故障或异常现象则转入 处理程序，保留现行工作状态、关闭全部输出。然后停机 并显示出错信息。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的工作过程,输入现场状态 完成前两步工作后 PLC 使扫描各输入点，读入各输 入点的状态和数据如开关的通断状态、AD 转换值、 BCD 码数据等并把这些状态值和数据写入已定义为输入状态表 和数据存储器的暂存单元中，形成现场输入的输入过程映 像。这一过程也称为输
14、入采样和输入刷新，在一个扫描周 期内输入过程映像的内容不变，即使外部实际开关状态己 发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷 新，解算用户逻辑时所用的输入值是该输入的输入过程映 像值而不是当时现场的实际值。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的工作过程,解算用户逻辑 即执行用户程序。一般是从用户程序存储器的最低地 址存放的第一条程序开始，在无跳转情况下按存储器地址 递增的方向顺序扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断 和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。解算过程中所用 的计数器、定时器。内部继电器、特殊功能继电器等编程 元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器、输出继电 器则用其输入过
15、程映像值。在一个扫描周期内，某个输入 信号的状态不管外部实际情况是否己经变化，对整个用户 程序是一致的，不会造成运算结果的混乱。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的工作过程,输出结果 将本次扫描过程中解算逻辑的最新结果送到输出模块 取代前一次扫描解算的结果。也称为输出刷新。解算用户 逻辑到用户程序结束为止，每一步所得到的输出信号被存 入输出过程映像寄存器并未送到输出模块，相当于输出信 号被输出门阻隔，待全部解算完后打开输出门一并输出， 所有输出信号由输出过程映像寄存器送到输出模块，其相 应开关动作，驱动用户输出设备即 PLC 的实际输出。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的工作过程,在
16、依次完成上述 5 步操作后， PLC 又从自 诊断开始进行下一次扫描。由于程序的处理是连 续重复执行，所以这个过程称为周期程序处理过 程。如此不断地反复进行循环扫描，实现对生产 过程及设备的连续控制，直至接收到停止运行命 令或者停电、出现故障等信号才停止工作。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的主要功能和特点,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的主要功能和特点,基本逻辑控制 PLC 设置了与（AND）、或（OR） l、非 （NOT）等逻辑指令，能处理继电器接点的串联、 并联、串并联等各种连接。因此，它可以代替继电器进行开关控制。,全国高职高专数控模具规划教材,PLC的主要功能和特点,计时、计数控制 PLC 为用户提供了着干个计时器和计数器，并设置了 计时指令和计数指令。其中计时器的计时值和计数器的计 数值可以由用户在编程时设定，也可以用拨盘开关设定。 计时值和计数值可以在运行中被读出，也可以在运行中被 修改，使用灵活、操作方便、程序投入运行后，PLC将根 据用户设定的计时值对某个操作进行计数控制和延时控 制，以满足生产工艺的要求。,全国高职高专
