數(shù)控機(jī)床用可編程控制器培訓(xùn)課程

1第五章數(shù)控機(jī)床用可編程控制器

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5.1概述

一、PLC的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱PLC,它是一類以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置。它一般以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能夠完成邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能。即能控制開關(guān)量，也能控制模擬量。在數(shù)控機(jī)床上采用PLC代替繼電器控制，使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊，功能更豐富，響應(yīng)速度和可靠性大大提高。在數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化程度高的加工設(shè)備和生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，PLC是不可缺少的控制裝置。3

5.1概述

PLC的功能也在不斷增長(zhǎng)，主要表現(xiàn)在：

1）控制規(guī)模不斷擴(kuò)大，單臺(tái)PLC可控制成千乃至上萬個(gè)點(diǎn)，多臺(tái)PLC進(jìn)行同位鏈接可控制數(shù)萬個(gè)點(diǎn)。

2）指令系統(tǒng)功能增強(qiáng)，能進(jìn)行邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、PID運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、ASCⅡ碼處理。高檔PLC還能處理中斷、調(diào)用子程序等。使得PLC能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯控制、模擬量控制、數(shù)值控制和其他過程監(jiān)控，以至在某些方面可以取代小型計(jì)算機(jī)控制。

3）處理速度提高，每個(gè)點(diǎn)的平均處理時(shí)間從10μs左右提高到1μs以內(nèi)。

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5.1概述

4）編程容量增大，從幾K字節(jié)增大到幾十K，甚至上百K字節(jié)。

5）編程語(yǔ)言多樣化，大多數(shù)使用梯形圖語(yǔ)言和語(yǔ)句表語(yǔ)言，有的還可使用流程圖語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言。

6）增加通信與聯(lián)網(wǎng)功能，多臺(tái)PLC之間能互相通信，互相交換數(shù)據(jù)，PLC還可以與上位計(jì)算機(jī)通信，接受計(jì)算機(jī)的命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計(jì)算機(jī)。通信接口多采用RS-422／RS-232C等標(biāo)準(zhǔn)接口，以實(shí)現(xiàn)多級(jí)集散控制。5

5.1概述

發(fā)展方向：

1）低檔PLC向小型、簡(jiǎn)易、廉價(jià)方向發(fā)展，使之廣泛地取代繼電器控制

2）中、高檔PLC向大型、高速、多功能方向發(fā)展，使之能取代工業(yè)控制微機(jī)的部分功能，對(duì)大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。6

5.1概述

二、PLC的基本功能順序控制以機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)間為依據(jù)，使其按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作次序順序地進(jìn)行工作的一種控制方式。數(shù)控機(jī)床所用的順序控制裝置（或系統(tǒng)）傳統(tǒng)的“繼電器邏輯電路”，簡(jiǎn)稱RLC（RelayLogicCircuit）

“可編程序控制器”，即PLC7

5.1概述RLC是將繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等機(jī)電式控制器件用導(dǎo)線連接而成的以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能的電路。缺點(diǎn)：

1）只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制功能

2）修改控制邏輯復(fù)雜

3）體積龐大8

5.1概述

PLC的特點(diǎn)：

1）PLC是由計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化而來的。為適應(yīng)順序控制的要求，PLC省去了計(jì)算機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能，而強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算控制功能，是一種功能介于繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制之間的自動(dòng)控制裝置。

2）靈活性好。用戶控制邏輯用軟件實(shí)現(xiàn)。適用于控制對(duì)象動(dòng)作復(fù)雜，控制邏輯需要靈活變更的場(chǎng)合。

3）編程簡(jiǎn)單，使用方便。用戶程序多采用圖形符號(hào)和邏輯順序關(guān)系與繼電器電路十分近似的“梯形圖”編輯。梯形圖形直觀，工作原理易于理解和掌握。9

5.1概述4）PLC可與專用編程機(jī)、編程器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等設(shè)備聯(lián)接，可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲(chǔ)和傳送等操作。

5）可靠性高。PLC沒有繼電器那種接觸不良，觸點(diǎn)熔焊、磨損和線圈燒斷等故障。運(yùn)行中無振動(dòng)、無噪音，且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以在環(huán)境較差（如：粉塵、高溫、潮濕等）的條件下穩(wěn)定、可靠地工作。

6）便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化。

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信號(hào)處理功能電源功能通信功能人機(jī)接口功能編程和調(diào)試、試驗(yàn)功能應(yīng)用程序的執(zhí)行操作系統(tǒng)功能應(yīng)用程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至傳感器和執(zhí)行件的接口外部設(shè)備外部供電操作者應(yīng)用程序設(shè)計(jì)至機(jī)床控制過程圖5-1PLC系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)115.1概述三、PLC的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)1）硬件系統(tǒng)統(tǒng)2）軟件系統(tǒng)統(tǒng)12圖5-2通用型PLC的硬件基本本結(jié)構(gòu)5.1概述CPU電池用戶RAM用戶EPROM系統(tǒng)程序EPROM編程設(shè)備輸入/輸出電路功能開關(guān)和指示器13接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入部件外設(shè)接口擴(kuò)展接口輸出部件電源運(yùn)算器控制器微處理器RAM用戶戶程程序序EPROM系統(tǒng)統(tǒng)程程序序盒式式磁磁帶帶機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)受控元件I/O擴(kuò)展單元存儲(chǔ)儲(chǔ)器器打印印機(jī)機(jī)EPROM寫入入器器PLC或上上位位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)編程程器器通用用型型PLC的硬硬件件結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)框框圖圖5.1概述述145.1概述述表5-1PLC的規(guī)規(guī)模模及及其其應(yīng)應(yīng)用用155.2數(shù)控控機(jī)機(jī)床床用用PLC一、、數(shù)控控機(jī)機(jī)床床PLC的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式內(nèi)裝裝型型（Built-inType）PLC（或或稱稱集集成成式式、、內(nèi)內(nèi)含含式式））。。它它是是為為數(shù)數(shù)控控設(shè)設(shè)備備順順序序控控制制而而設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)制制造造的的專專用用PLC。獨(dú)立立型型（Stand-aloneType）PLC（或或稱稱““通通用用型型””PLC）。。它它是是適適應(yīng)應(yīng)范范圍圍較較廣廣、、功功能能齊齊全全、、通通用用化化程程度度較較高高的的PLC。161）“內(nèi)內(nèi)裝裝型型””PLC內(nèi)裝裝型型PLC從屬屬于于CNC裝置置，，PLC與NC間的的信信號(hào)號(hào)傳傳送送在在CNC裝置置內(nèi)內(nèi)部部即即可可實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。。PLC與MT間則則通通過過CNC輸入入／／輸輸出出接接口口電電路路實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)信信號(hào)號(hào)傳傳送送。。5.2數(shù)控控機(jī)機(jī)床床用用PLC17CNC裝置

┇機(jī)床電氣柜NCPLC輸入、輸出電路CRT/MDI面板機(jī)床操做面板強(qiáng)電、氣、液動(dòng)控制電路刀庫(kù)伺服單元主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元位置檢測(cè)圖5－3具有有內(nèi)內(nèi)裝裝型型PLC的CNC機(jī)床床系系統(tǒng)統(tǒng)框框圖圖18“內(nèi)裝裝型型””PLC的特特點(diǎn)點(diǎn)：：1）內(nèi)內(nèi)裝裝型型PLC實(shí)際際上上是是CNC裝置置帶帶有有的的PLC功能能，，一一般般是是作作為為一一種種基基本本的的或或可可選選擇擇的的功功能能提提供供給給用用戶戶。。2）系系統(tǒng)統(tǒng)硬硬件件和和軟軟件件整整體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)十十分分緊緊湊湊，，且且PLC所具具有有的的功功能能針針對(duì)對(duì)性性強(qiáng)強(qiáng)，，技技術(shù)術(shù)指指標(biāo)標(biāo)亦亦較較合合理理、、實(shí)實(shí)用用，，尤尤其其適適用用于于單單機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)控控設(shè)設(shè)備備的的應(yīng)應(yīng)用用場(chǎng)場(chǎng)合合。。3）在在系系統(tǒng)統(tǒng)的的具具體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上，，內(nèi)內(nèi)裝裝型型PLC可與與CNC共用用CPU，也也可可以以單單獨(dú)獨(dú)使使用用一一個(gè)個(gè)CPU；硬硬件件控控制制電電路路可可與與CNC其他他電電路路制制作作在在同同一一塊塊印印刷刷板板上上，，也也可可以以單單獨(dú)獨(dú)制制成成一一塊塊附附加加板板，，內(nèi)內(nèi)裝裝PLC使用用CNC系統(tǒng)統(tǒng)本本身身的的輸輸入入／／輸輸出出電電路路；；所所用用電電源源由由CNC裝置置提提供供。。5.2數(shù)控控機(jī)機(jī)床床用用PLC194）采采用用內(nèi)內(nèi)裝裝型型PLC結(jié)構(gòu)構(gòu)，，CNC系統(tǒng)統(tǒng)可可以以具具有有某某些些高高級(jí)級(jí)的的控控制制功功能能。。如如：：梯梯形形圖圖編編輯輯和和傳傳送送功功能能，，在在CNC內(nèi)部部直直接接處處理理NC窗口口的的大大量量信信息息等等。。采用用內(nèi)內(nèi)裝裝型型PLC省去去了了PLC與NC間的的連連線線，，又又具具有有結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)緊緊湊湊、、可可靠靠性性好好、、安安裝裝和和操操作作方方便便等等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，，和和在在擁?yè)碛杏蠧NC裝置置后后，，又又去去另另外外配配購(gòu)購(gòu)一一臺(tái)臺(tái)通通用用型型PLC作控控制制器器的的情情況況相相比比較較，，無無論論在在技技術(shù)術(shù)上上還還是是經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)上上對(duì)對(duì)用用戶戶來來說說都都是是有有利利的的。。5.2數(shù)控控機(jī)機(jī)床床用用PLC202）““獨(dú)獨(dú)立立型型””PLC獨(dú)立立型型PLC是獨(dú)獨(dú)立立于于CNC裝置置，，具具有有完完備備的的硬硬件件和和軟軟件件功功能能，，能能夠夠獨(dú)獨(dú)立立完完成成規(guī)規(guī)定定控控制制任任務(wù)務(wù)的的裝裝置置。。5.2數(shù)控控機(jī)機(jī)床床用用PLC21圖5－4具有有獨(dú)獨(dú)立立型型PLC的CNC機(jī)床床系系統(tǒng)統(tǒng)框框圖圖PLC裝置CNC裝置NCPLC輸入、輸出電路CRT/MDI面板機(jī)床操做面板位置檢測(cè)

┇機(jī)床電氣柜強(qiáng)電、氣、液動(dòng)控制電路刀庫(kù)伺服單元主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元輸入、輸出電路輸入、輸出電路22“獨(dú)立立型型””PLC的特特點(diǎn)點(diǎn)：：1）獨(dú)獨(dú)立立型型PLC具有有如如下下基基本本的的功功能能結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)：：CPU及其其控控制制電電路路，，系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器，，用用戶戶程程序序存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器、、輸輸入入／／輸輸出出接接口口電電路路、、與與編編程程機(jī)機(jī)等等外外部部設(shè)設(shè)備備通通信信的的接接口口和和電電源源等等。2）獨(dú)獨(dú)立立型型PLC一般般采采用用積積木木式式模模塊塊化化結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或籠籠式式插插板板式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，各各功功能能電電路路多多做做成成獨(dú)獨(dú)立立的的模模塊塊或或印印刷刷電電路路插插板板，，具具有有安安裝裝方方便便，，功功能能易易于于擴(kuò)擴(kuò)展展和和變變更更等等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。。3）獨(dú)獨(dú)立立型型PLC的輸輸入入、、輸輸出出點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)可可以以通通過過I／O模塊塊或或插插板板的的增增減減靈靈活活配配置置。。有有的的獨(dú)獨(dú)立立型型PLC還可可通通過過多多個(gè)個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程終終端端連連接接器器構(gòu)構(gòu)成成有有大大量量輸輸入入、、輸輸出出點(diǎn)點(diǎn)的的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，，以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)大大范范圍圍的的集集中中控控制制。。5.2數(shù)控控機(jī)機(jī)床床用用PLC23獨(dú)立立型型PLC可用用作作單單元元控控制制器器，，也也可可用用于于單單機(jī)機(jī)控控制制。。國(guó)國(guó)外外有有些些數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床制制造造廠廠家家，，或或是是為為了了展展示示自自己己長(zhǎng)長(zhǎng)期期形形成成的的技技術(shù)術(shù)特特色色，，或或是是為為了了保保守守某某些些技技術(shù)術(shù)絕絕竅竅，，或或純純粹粹是是因因管管理理上上的的需需要要，，在在購(gòu)購(gòu)進(jìn)進(jìn)的的CNC系統(tǒng)中，舍棄棄了PLC功能，而采用用外購(gòu)或自行行開發(fā)的獨(dú)立立型PLC作控制器。5.2數(shù)控機(jī)床用PLC24二、CNC、PLC、機(jī)床之間的的信號(hào)處理過過程CNC裝置→機(jī)床：：CNC裝置CNC裝置的RAMPLC的RAM中。PLC軟件對(duì)其RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行行邏輯運(yùn)算處處理。處理后的數(shù)據(jù)據(jù)仍在PLC的RAM中，對(duì)內(nèi)裝型PLC，PLC將已處理好的的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送送至機(jī)床；對(duì)獨(dú)立型PLC，其RAM中已處理好的的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送送至機(jī)床。5.2數(shù)控機(jī)床用PLC25機(jī)床→CNC裝置對(duì)于內(nèi)裝型PLC，信號(hào)傳送處處理如下：從機(jī)床輸入開開關(guān)量數(shù)據(jù)CNC裝置的RAMPLC的RAM。PLC的軟件進(jìn)行邏邏輯運(yùn)算處理理。處理后的數(shù)據(jù)據(jù)仍在PLC的RAM中，同時(shí)傳送送到CNC裝置的RAM中。CNC裝置軟件讀取取RAM中數(shù)據(jù)。對(duì)于獨(dú)立型PLC，輸入的第一一步，數(shù)據(jù)通通過PLC的輸入接口送送到PLC的RAM中，然后進(jìn)行行上述的第2步，以下均相相同。5.2數(shù)控機(jī)床用PLC26三、CNC、PLC、機(jī)床之間的的信息交換PLCCNC的信號(hào)：主要有機(jī)床各各坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)信號(hào)，M、S、T功能的應(yīng)答信信號(hào)等。PLC機(jī)床的信號(hào)：：主要是控制機(jī)機(jī)床執(zhí)行件的的執(zhí)行信號(hào)，，如電磁鐵、、接觸器、繼繼電器的動(dòng)作作信號(hào)以及確確保機(jī)床各運(yùn)運(yùn)動(dòng)部件狀態(tài)態(tài)的信號(hào)及故故障指示。機(jī)床PLC的信息：主要有機(jī)床操操作面板上各各開關(guān)、按鈕鈕等信息，其其中包括機(jī)床床的起動(dòng)、停停止，機(jī)械變變速選擇，主主軸正/反轉(zhuǎn)、停止，，冷卻液的開開/關(guān)，各坐標(biāo)的的點(diǎn)動(dòng)和刀架架、夾盤的松松/夾等信號(hào)，以以及上述各部部件的限位開開關(guān)等保護(hù)裝裝置、主軸伺伺服保護(hù)監(jiān)視視信號(hào)和伺服服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)準(zhǔn)備等信號(hào)。。5.2數(shù)控機(jī)床用PLC27四、PLC的工作過程用戶程序通過過編程器順序序輸入到用戶戶存儲(chǔ)器，CPU對(duì)用戶程序循循環(huán)掃描并順順序執(zhí)行，這這是PLC的基本工作過過程。CPU是按分時(shí)操作作原理。這種