《数控系统 教学课件 ppt 作者 张伦玠 第二章 数控机床PLC控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控系统 教学课件 ppt 作者 张伦玠 第二章 数控机床PLC控制（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 数控机床PLC控制,第二章 数控机床PLC控制,第一节 可编程序控制器概述 第二节 PLC应用的基本电气知识 第三节 数控机床PLC系统的设计及调试 第四节 数控机床PLC控制应用实例,第一节 可编程序控制器概述,一、可编程序控制器的特点与分类 二、可编程序控制器的组成及工作方式 三、常见的编程语言 四、梯形图和语句表,一、可编程序控制器的特点与分类,(一)可编程序控制器(PLC)的特点,(二)可编程序控制器(PLC)的分类,图2-1 内装型PLC的CNC系统框图,(1)内装型PLC 从属于数控系统，PLC与数控系统之间的信号传送在数控系统内部即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC
2、输入/输出接口电路实现信号传送，如图2-1所示。,一、可编程序控制器的特点与分类,图2-2 独立型PLC的数控系统框图,(2)独立型PLC 独立型PLC又称外装型或通用型PLC。对数控机床而言，独立型PLC独立于数控系统，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。采用独立型PLC的数控系统框图如图2-2所示。,一、可编程序控制器的特点与分类,图2-3 独立型PLC功能结构框图,独立型PLC具有如下特点： 1)独立型PLC具有如下基本的功能结构：CPU及其控制电路、系统程序存储器、用户程序存储器、输入/输出接口电路、与编程机等外部设备通信的接口和电源等，如图2-3所示。,一、可编
3、程序控制器的特点与分类,图2-4 独立型PLC,3)性能价格比不如内装型PLC。目前，提供独立型PLC厂商主要有德国西门子、美国罗克韦尔、日本三菱等公司。图2-4所示为独立型PLC实物图。,二、可编程序控制器的组成及工作方式,图2-5 PLC程序执行过程,PLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基本上与微机相同，主要包括微处理器(CPU)、存储器、用户输入/输出部分、输入/输出扩展接口、外围设备以及电源等。对于内装型PLC，CPU、存储器、外围设备、电源等部分一般与数控系统共用。,(二)PLC的基本工作方式 PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信号有
4、足够的执行速度，从宏观上看是实时响应的。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，如图2-5所示。,三、常见的编程语言,PLC是针对工业自动控制而开发的，其主要使用者是各生产部门的电气操作及维修人员，为此，PLC通常不采用微机的编程语言，而采用下列编程表达方法。 (1)梯形逻辑图(LAD) 梯形逻辑图简称梯形图(ladder diagram 简写为LAD),它是从继电器-接触器控制系统的电气原理图演化而来的，是一种图形语言，它沿用了常开触。 (2)指令语句表(STL) 指令语句表简称语句表(statement list 简写
5、为STL)，类似于计算机的汇编语言，它是用语句助记符来编程的。 (3)计算机的通用语言 计算机通用语言可以实现梯形图法和指令语句表法难以实现的复杂逻辑控制功能，但它没有梯形图法形象，比指令语句表编程复杂，因此较难掌握。常用的通用语言有C、BASIC、PASCAL、FORTRAN等，其中采用C语言较多。,四、梯形图和语句表,图2-6 梯形图绘制示意图 a)继电器接触器控制电路 b)PLC控制的输入/输出电路 c)PLC内部梯形图,四、梯形图和语句表 正如前述，梯形图和语句表是PLC中最常用的两种编程语言，下面将对这两种编程语言作一阐述。 (一)梯形图,(4)梯形图的绘制原则 以图2-6为例说明梯
6、形图绘制的原则。图2-6a为电动机起、停继电器接触器控制电路。图2-6b为PLC控制的输入/输出电路。,四、梯形图和语句表,(二)语句表 采用语句表编程的PLC的指令各有不同，一般包括两种指令：基本指令和功能指令。在设计顺序程序时，使用得最多的是基本指令，如RD、AND、OR等。数控机床执行的顺序逻辑往往比较复杂，仅使用基本指令编程十分困难，即使可以实现，程序规模往往很庞大，因此，必须借助功能指令以简化程序。 (1)基本指令(见表2-1)。,表2-1 基本指令,(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要求，例如，由NC输出的M、S、T二进制代码信号的译码，
7、机械部件运动状态或液压系统动作状态的延时确认，加工零件计数，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等。,第二节 PLC应用的基本电气知识,一、NC侧与MT侧的概念 二、接口信息 三、安全互锁,一、NC侧与MT侧的概念,数控机床所受控制可分为两类：一类是“数字控制”，例如，数控机床各坐标轴的移动距离，各轴运行的插补、补偿控制等；另一类是“顺序控制”，根据机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号，并根据预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的启/停、换向、刀具的更换、工件的夹紧/松开、液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。,二、接口信息,图2-7 输入开关量接口等效电路NP
8、N型,数控机床PLC主要包括两类接口信息，即硬件电气接口信息和软件寄存器接口信息。其中前者是指PLC与数控系统、机床及机床电气设备之间的电气连接部分；后者是指PLC为了运算和实现某些特殊功能的需要，以及内装式PLC与NC间数据交换的需要设置的寄存器变量或功能函数。,(一)电气接口 电气接口从信号的流向看包括输入接口和输出接口；从信号的幅值特性看包括模拟量接口和开关量接口。,(1)开关量输入接口 典型的开关量输入接口电路如图2-7与图2-8所示。,二、接口信息,图2-8 输入开关量接口等效电路PNP型,二、接口信息,2M9.TIF,(2)开关量输出接口 PLC输出电路一般为晶体管输出，如图2-9
9、与图2-10所示。最大输出电流一般为100mA左右，可以驱动发光二极,2M10.TIF,二、接口信息,图2-11 用输出开关量驱动DC24V继电器 a)带NPN输出继电器 b)带PNP输出继电器,如图2-11所示。有些继电器自带续流二极管；在公共输出端必须串接短路保护器件(熔断器或空开)。,二、接口信息,图2-12 电压型模拟指令 输出接口等效电路,(3)模拟量输出接口 模拟量输出接口有电压和电流输出两种，电压型模拟指令输出接口的等效电路如图2-12所示。,二、接口信息,图2-13 计数器(C),(二)寄存器接口 PLC要实现对各接口的通断和电平状态信息进行识别和处理，必须把它们转换成内部计算
10、机可以识别的变量，这些变量称之为寄存器。,(1)寄存器 根据不同机型的PLC，常用的寄存器有以下几种： 1)输入寄存器(X/I)保存各输入接口的状态。 2)输出寄存器(Y/O)保存各输出接口的状态。 3)辅助寄存器(R/M)。,(2)计数器(C) 计数器(Conunter，简称C或CNT)的符号如图2-13所示。计数器的计数值根据程序需要设定。,二、接口信息,图2-14 定时器功能图,图2-14 定时器功能图(3)定时器(T) 定时器(Timer，简称T)的工作时间即延时时间由程序设定。定时器线圈接受到输入信号后，按数值递减的方式进行。当前数值变为0时进行一次输出，即定时器常开触头闭合。 图2
11、-14为定时器功能图，当输入继电器X00接受到输入信号后，触头X00接通，即为逻辑1状态，定时器线圈通电开始计时，经过设定时间(图中为10s)后，其常开触头T00闭合，输出继电器Y00线圈通电即为1态。,二、接口信息,图2-15 定时器的应用 a)断开延时控制 b)接通、断开延时控制,图2-15a为定时器应用于常开断电延时的梯形图，当输入端有X00信号输入时，Y00通电并经其常开触头自保，因此为常开瞬时接通触头。当输入信号X00消失时，定时器线圈T00通电，到达设定时间后，T00常闭触头断开，Y00线圈断电。因此构成了常开断电延时触头。,在对某触头即需要通电延时，又需要断电延时，则可采用图2-
12、15b由两个定时器组成的电路。此电路相当于常开通电延时闭合、断电延时断开触头。由此可见，利用PLC内部继,三、安全互锁,图2-16 三相异步电动机换向 a) 掉换任意两相电源 b) 带双向安全互锁的两个交流接触器,若目前有A、B两个过程，出于安全的目的，当A动作后将限制B的动作，称A对B有安全互锁；若B对A也有安全互锁，称A、B之间为双向安全互锁，简称A、B之间安全互锁。转方向，如图2-16a所示。如果控制正转和反转的两个交流接触器同时闭合，则三相电源中的两相会发生短路，因此这两个交流接触器的控制必须进行双向安全互锁如图2-16b所示。,第三节 数控机床PLC系统的设计及调试,一、PLC系统设
13、计步骤 二、PLC程序设计 三、 PLC调试,一、PLC系统设计步骤,一、PLC系统设计步骤 (一)工艺分析 首先对被控机床设备的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、功能和特性进行分析，估算I/O开关量的点数，I/O模拟量的接口数量和精度要求，从而对PLC提出整体要求。 (二)系统调研 对根据设备的要求初步选定的数控系统进行调研，了解其所提供的PLC系统的功能和特点，包括PLC的类型、接口种类和数量、接口性能、扩展性、PLC程序的编制方法、售后服务等内容。有必要的话应该和供应商直接联系。 (三)确定方案 根据前两步的工作，综合考虑数控系统和PLC系统的功能、性能、特点，本单位的需要和使用习
14、惯以及整机性价比确定PLC系统的方案。,(四)电气设计 PLC控制系统的电气设计包括内容有：原理图、元器件清单、电柜布置图、接线图与互连图，如果是定型设备还应包括工艺图，这在其他章节有详细介绍。,二、PLC程序设计,图2-17 电动机的异地控制 a)继电器控制电路 b)等效梯形图,目前，数控机床特别是通用数控机床的各项功能，例如主轴控制、车床刀架转位、加工中心刀库的换刀、润滑、冷却的启/停等已经标准化，各种数控系统一般都内置或提供满足这些功能的PLC程序。采用独立型PLC时，一般厂家也会提供满足通用数控机床要求的标准PLC程序。因此，设计PLC程序最重要的方法就是详细了解并参考系统提供的标准P
15、LC程序。,三、 PLC调试,图2-17为电动机的异地控制电路，图中SB1和SB2、SB3和SB4为分别在两个操作台上控制同一个电动机启动、停止的按钮。KM为启动电动机的交流接触器。当任意启动按钮(SB1、SB3)按下，则启动电动机；当任意停止按钮(SB2，SB4)按下，则停止电动机；图2-17a和b分别是继电器控制电路和等效梯形图，可以看到两者非常相似。,(1)输入程序 根据型号的不同，PLC有多种程序输入方法，例如，在PLC上本地输入； 通过数控系统输入；通过外部专用编程器输入；通过PLC提供的基于PC的软件在外部PC上输入。多数PLC都提供PC机编程输入功能。 (2)检查电气线路 如果电
16、气线路安装有误，不仅会严重影响PLC程序的调试进度，而且有可能损坏元器件。 (3)模拟调试 正如前述，PLC处在数控系统与机床电气之间，起着承上启下的作用，如果PLC指令有误，即使电气线路没有错误，也有可能引起事故，损坏设备。,(4)运行调试 接通功率器件的动力，如电动机及其驱动器的强电、气压、液压等，按照实际运行的需要调试，在运行调试中要注意电气与机械的配合。 (5)非常规调试，验证安全保护和报警的功能 按照与设计功能不同的顺序输入或输出信号,(6)安全检查并投入考验性试运行 待一切正常后可将程序固化到PLC存储器中，并作备份和详细文档说明程序的功能和使用方法等信息。,第四节 数控机床PLC控制应用实例,一、主轴系统 二、 定时润滑 三、车床刀架,前面已经提到，在PLC设计方面需要详细了解被控过程的工作过程和工作原理；在编程方面可以学习和参考数控系统提供的标准程序和编程说明书以及其他专门介绍PLC编程语言的参考书。因此，本节对具体的编程方法未作详细的介绍，只针对数控机床PLC控制中比较典型的三个应
