數(shù)控機床電氣控制課件

1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程1.2數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)1.3數(shù)控機床控制系統(tǒng)1.4進給運動控制（插補）1.5開關(guān)量（順序）控制1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控(NC)階段（１９５２－１９７０年）電腦數(shù)控(CNC)階段（１９７０－至今）

控制介質(zhì)1.2數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)

輸入裝置

數(shù)控裝置

驅(qū)動裝置和檢測裝置

機床本體

輔助控制裝置基本結(jié)構(gòu)圖基本結(jié)構(gòu)圖基本結(jié)構(gòu)圖控制介質(zhì)

數(shù)控機床工作時必須編制加工程式，而加工程式需存儲在控制介質(zhì)上，常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、磁帶和磁片等。輸入裝置輸入裝置的作用是將控制介質(zhì)上的數(shù)控代碼傳遞並存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。輸入裝置根據(jù)控制介質(zhì)的不同分為光電閱讀機、磁帶機和軟碟驅(qū)動器。數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞。數(shù)控裝置從內(nèi)部記憶體中取出或接收輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程式，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟體進行編譯、運算和邏輯處理後，輸出各種控制資訊和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和動作。驅(qū)動裝置和檢測裝置驅(qū)動裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)大都採用直流或交流伺服電動機。驅(qū)動裝置接收來自數(shù)控裝置的指令資訊，經(jīng)功率放大後，嚴格按照指令資訊的要求驅(qū)動機床的移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。檢測裝置將數(shù)控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，經(jīng)回饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控中。數(shù)控裝置將回饋回來的實際位移量值與設(shè)定值進行比較，控制驅(qū)動裝置按指令值運動。輔助控制裝置輔助控制裝置包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟停，工件和機床部件的鬆開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運算，再經(jīng)功率放大後驅(qū)動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動作。輔助控制裝置普遍使用PLC。機床本體數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，只是在整體佈局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(gòu)等方面發(fā)生了很大的變化?？刂平橘|(zhì)輸入裝置數(shù)控裝置機床驅(qū)動裝置輔助控制裝置檢測裝置數(shù)控機床的基本結(jié)構(gòu)圖1.3數(shù)控機床控制系統(tǒng)

系統(tǒng)組成圖

數(shù)控裝置（CNC）

進給伺服系統(tǒng)

主軸伺服系統(tǒng)

機床強電控制系統(tǒng)數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成圖數(shù)控裝置（CNC）數(shù)控裝置是數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的控制中心。它能夠自動地對輸入的數(shù)控加工程式進行處理，將數(shù)控加工程式資訊按兩類控制量分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往伺服系統(tǒng)；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往機床強電控制系統(tǒng)，從而協(xié)調(diào)控制機床各部分的運動，完成數(shù)控機床所有運動的控制，實現(xiàn)數(shù)控機床的加工過程。

進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)由進給軸伺服電機(一般內(nèi)裝速度和位置檢測器件)和進給伺服裝置組成。進給伺服系統(tǒng)驅(qū)動機床各坐標軸的切削進給，提供切削過程中所需要的轉(zhuǎn)矩、運轉(zhuǎn)速度。主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)包括主軸電機(含速度檢測器件)和主軸伺服裝置，實現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制，有的主軸伺服裝置還含有主軸定向控制功能。

機床強電控制系統(tǒng)

包括可編程控制器控制系統(tǒng)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)。機床強電控制系統(tǒng)，除了對機床輔助運動和輔助動作(包括電動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、冷卻箱及潤滑油箱等)的控制外，還包括對保護開關(guān)、各種行程極限開關(guān)和操作盤上所有元件(包括各種按鍵、操作指示燈、波段開關(guān))的檢測和控制。在機床強電控制系統(tǒng)中，可編程控制器(PLC)可替代機床上傳統(tǒng)的強電控制中大部分機床電器，從而實現(xiàn)對潤滑、冷卻、氣動、液壓和主軸換刀等系統(tǒng)的邏輯控制。

1.4進給運動控制（插補）

按運動軌跡分類

按伺服系統(tǒng)分類按運動軌跡分類

點位控制系統(tǒng)

直線控制系統(tǒng)

輪廓控制系統(tǒng)

示意圖

示意圖

示意圖數(shù)控鑽床點位控制示意圖點位控制系統(tǒng)只是精確地控制刀具相對工件從一個座標點移動到另一個座標點，移動過程中不進行任何切削加工，點與點之間移動軌跡、速度和路線決定了生產(chǎn)率的高低。為了提高加工效率，保證定位精度，系統(tǒng)採用“快速趨近，減速定位”的方法實現(xiàn)控制。這類數(shù)控機床有數(shù)控鑽床、數(shù)控鏜床和數(shù)控衝床等。

數(shù)控銑床直線控制示意圖直線控制系統(tǒng)不僅要求具有準確的定位功能，而且要控制兩點之間刀具移動的軌跡是一條直線，且在移動過程中刀具能以給定的進給速度進行切削加工。直線控制系統(tǒng)的刀具運動軌跡一般是平行於各坐標軸的直線；特殊情況下，如果同時驅(qū)動兩套運動部件，其合成運動的軌跡是與坐標軸成一定夾角的斜線。這類數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等。

數(shù)控線切割機床加工示意圖輪廓控制系統(tǒng)能同時控制兩個或兩個以上坐標軸，需要進行複雜的插補運算，即根據(jù)給定的運動代碼指令和進給速度，計算刀具相對工件的運動軌跡，實現(xiàn)連續(xù)控制。這類數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控加工中心等。按伺服系統(tǒng)分類

開環(huán)控制系統(tǒng)

半閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖開環(huán)控制系統(tǒng)框圖開環(huán)控制系統(tǒng)沒有檢測回饋裝置，以步進電機作為驅(qū)動元件，由步進驅(qū)動裝置和步進電機組成。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，CNC裝置輸出的指令脈衝經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大，控制步進電機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機床傳動機構(gòu)帶動工作臺移動。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，調(diào)試和維修都比較方便，但無位置閉環(huán)控制，精度主要取決於步進電機及傳動機構(gòu)的精度，因而精度較差。半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

半閉環(huán)控制系統(tǒng)位置檢測裝置安裝在電動機或絲杠軸端，通過角位移的測量，間接測量機床工作臺的實際位置，並與CNC裝置的指令值進行比較，用差值進行控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)以交、直流伺服電機作為驅(qū)動元件，由位置比較、速度控制、伺服電機等組成。

閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，直接測量工作臺的實際位移，並與CNC裝置的指令值進行比較，用差值進行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)以交直流伺服電機作為驅(qū)動元件，用於高精度設(shè)備的控制。1.5開關(guān)量（順序）控制輸入介面接收機床操作面板各開關(guān)、按鈕的信號，分為

輸出介面將機床各種工作狀態(tài)燈的資訊送到機床操作面板，把控制機床動作的信號送到強電櫃，分為首先通過濾波吸收來抑制干擾信號的產(chǎn)生，然後採用光電隔離的辦法使微機與強電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導，同時實現(xiàn)電子轉(zhuǎn)換。

觸點輸入的接收電路電壓輸入的接收電路繼電器輸出電路無觸點輸出電路光電隔離電路觸點輸入的接收電路電壓輸入的接收電路繼電器輸出電路無觸點輸出電路光電隔離電路2.1數(shù)控機床常用低壓電器及選擇2.2機床電氣控制系統(tǒng)識圖2.3機床電氣系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)2.4典型數(shù)控機床電器控制線路分析2.1數(shù)控機床常用低壓電器及選擇2.1.1概述2.1.2主令電器2.1.4低壓斷路器2.1.5接觸器2.1.6繼電器2.1.7保護電器2.1.3組合開關(guān)2.1.8變壓器及直流穩(wěn)壓電源2.1.1概述對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用起控制、調(diào)節(jié)、檢測、轉(zhuǎn)換及保護作用的電工器械稱電器。工作在交流電壓1200V，或直流電壓1500V及以下的電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品叫做低壓電器。一、低壓電器的分類1.按用途分類按用途分控制電器：用於各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，如接觸器、繼電器等。主令電器：用於自動控制系統(tǒng)中發(fā)送控制指令的電器，如按鈕、行程開關(guān)等。保護電器：用於保護電路及用電設(shè)備的電器，如熔斷器、熱繼電器等。配電電器：用於電能的輸送和分配的電器。如低壓斷路器、隔離器、執(zhí)行電器：用於完成某種動作或傳動功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。一、低壓電器的分類2.按工作原理分類：（1）電磁式電器：依據(jù)電磁感應原理來工作的電器，如交直流接觸器、各種電磁式繼電器等。（2）非電量控制器：電器的工作是靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關(guān)、行程開關(guān)、按鈕、速度繼電器壓力繼電器、溫度繼電器等。二、低壓電器的發(fā)展方向目前正沿著體積小、重量輕、安全可靠、使用方便的方向發(fā)展，大力發(fā)展電子化的新型控制電器，如接近開關(guān)、光電開關(guān)、電子式時間繼電器、固態(tài)繼電器與接觸器等以適應控制系統(tǒng)迅速電子化的需要。2.1.2主令電器主令電器是用來發(fā)佈命令、改變控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器。主要有控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)開關(guān)等。一、控制按鈕按鈕的外形圖和結(jié)構(gòu)

常用於接通和斷開控制電路。(b)結(jié)構(gòu)(a)外形圖常閉觸點常開觸點按鈕圖形符號和文字元號SBSB動合（常開）觸頭動斷（常閉）觸頭複合觸頭按鈕的選擇應根據(jù)使用場合、控制電路所需觸點數(shù)目及按鈕顏色等要求選用。

SB數(shù)控機床上的按鈕站一般用：紅色表示停止和急停；綠色表示起動；黑色表示點動；藍色表示複位；另外還有黃、白等顏色，供不同場合使用。二、行程開關(guān)作用：用來控制某些機械部件的運動行程和位置或限位保護。結(jié)構(gòu)：行程開關(guān)是由操作機構(gòu)、觸點系統(tǒng)和外殼等部分成。分類：按結(jié)構(gòu)分為直桿式旋轉(zhuǎn)式單輪旋轉(zhuǎn)式雙輪旋轉(zhuǎn)式(b)示意圖未撞擊撞擊(a)外形圖行程開關(guān)結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。行程開關(guān)的選擇在選擇行程開關(guān)時，應根據(jù)被控制電路的特點、要求、生產(chǎn)現(xiàn)場條件和觸點數(shù)量等因素進行考慮。常用的行程開關(guān)有LX19、LX31、LX32、JLXK1等系列產(chǎn)品。符號常開（動合）觸點常閉（動斷）觸點SQSQ三、接近開關(guān)接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)，它是一種非接觸型的檢測裝置。1、作用：可以代替行程開關(guān)完成傳動裝置的位移控制和限位保護，還廣泛用於檢測零件尺寸、測速和快速自動計數(shù)以及加工程式的自動銜接等。2、特點：工作可靠、壽命長、功耗低、重複定位精度高、靈敏度高、頻率回應快以及適應惡劣的工作環(huán)境等。3、分類：按工作原理分為高頻振盪型電容型永久磁鐵型霍爾效應型4、高頻振盪型接近開關(guān)感應頭

高頻振盪器整形放大器信號輸出金屬體振盪線圈交變磁場無金屬體接近金屬體接近

振盪器振盪後，在感應頭的感應面上產(chǎn)生交變磁場，當金屬物體進入高頻振盪器的線圈磁場（感應頭）時，金屬體內(nèi)部產(chǎn)生渦流損耗，吸收了振盪器的能量，使振盪減弱以致停振。振盪與停振兩種不同的狀態(tài)，由整形放大器轉(zhuǎn)換成二進位的開關(guān)信號，從而達到檢測有無金屬物的目的。5、常用接近開關(guān)：主要系列產(chǎn)品有LJ2、LJ6、LXJ18和35G等系列。6、接近開關(guān)的文字符號及圖形符號a)動合觸點SQb)動斷觸點SQ

2.1.3組合開關(guān)常用在機床的控制電路中，作為電源的引入開關(guān)或是自我控制小容量電動機的直接起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和停止的控制開關(guān)等。組合開關(guān)有單極、雙極和多極之分。它由動觸片、靜觸片、轉(zhuǎn)軸、手柄、凸輪、絕緣桿等部件組成。當轉(zhuǎn)動手柄時，每層的動觸片隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，使動觸片分別和靜觸片保持接通和分斷。為了使組合開關(guān)在分斷電流時迅速熄弧，在開關(guān)的轉(zhuǎn)軸上裝有彈簧，能使開關(guān)快速閉合和分斷。

組合開關(guān)外形圖組合開關(guān)的圖形符號和文字元號QQ（a）單極（b）三極組合開關(guān)的主要參數(shù)有額定電壓額定電流有10A、25A、60A等極數(shù)2.1.4、低壓斷路器(自動開關(guān))低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān)或自動空氣斷路器，簡稱自動開關(guān)。一、低壓斷路器的作用及分類作用：用於電動機和其他用電設(shè)備的電路中，在正常情況下，它可以分斷和接通工作電流；當電路發(fā)生超載、短路、失壓等故障時，它能自動切斷故障電路，有效地保護串接於它後面的電器設(shè)備；還可用於不頻繁地接通、分斷負荷的電路，控制電動機的運行和停止。分類：按結(jié)構(gòu)分為框架式（萬能式）塑膠外殼式（裝置式）鎖鉤主觸點手動閉合

過流脫扣器

欠壓脫扣器銜鐵連桿裝置釋放彈簧超載脫扣器二、低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理觸點系統(tǒng)和滅弧裝置：用於接通和分斷主電路，為了加強滅弧能力，在主觸點處裝有滅弧裝置。脫扣器是斷路器的感測元件，當電路出現(xiàn)故障時，脫扣器收到信號後，經(jīng)脫扣機構(gòu)動作，使觸點分斷。

①欠壓脫扣器

②過電流脫扣器

③超載脫扣器脫扣機構(gòu)和操作機構(gòu)是斷路器的機械傳動部件，當脫扣結(jié)構(gòu)接收到信號後由斷路器切斷電路。三、低壓斷路器的圖形符號和文字元號QF四、低壓斷路器的主要技術(shù)參數(shù)額定電壓額定電流極數(shù)脫扣器型整定電流範圍分斷能力動作時間等五、低壓斷路器的選用原則1）根據(jù)電氣裝置的要求確定斷路器的類型2）根據(jù)對線路的保護要求確定斷路器的保護形式3）低壓斷路器的額定電壓和額定電流應大於或等於線路、設(shè)備的正常工作電壓和工作電流4）低壓斷路器的極限通斷能力大於或等於電路最大短路電流5）欠電壓脫扣器的額定電壓等於線路的額定電壓6）過電流脫扣器的額定電流大於或等於線路的最大負載電流2.1.5接觸器一、接觸器的用途和分類用途：用來頻繁接通和斷開電動機或其他負載主電路。是機床電動機主電路中最重要的控制電器。分類：接觸器分為交流接觸器

直流接觸器

二、接觸器的結(jié)構(gòu)接觸器結(jié)構(gòu)電磁系統(tǒng)觸點系統(tǒng)滅弧裝置電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng)由鐵心銜鐵勵磁線圈等幾部分組成

常用的磁路結(jié)構(gòu)1-銜鐵2-鐵心3-線圈觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有橋式指式點接觸式:用於電流不大的場合面接觸式:用於電流較大的場合:適合於觸頭分合次數(shù)多、電流大的場合觸頭分為主觸頭:用於通斷電流較大的主電路。輔助觸頭:用於通斷電流較小的控制電路。觸頭分為主觸頭:用於通斷電流較大的主電路。輔助觸頭:用於通斷電流較小的控制電路。滅弧裝置作用：用來迅速熄滅主觸點在分斷電路時所產(chǎn)生的電弧，保護觸點不受電弧灼傷，並使分斷時間縮短。滅弧措施：（1）機械滅弧（2）磁吹滅?。?）窄縫滅弧（4)柵片滅弧

柵片滅弧1-熄弧柵片2-觸點3-電弧三、接觸器的工作原理當接觸器的勵磁線圈通電後，在銜鐵氣隙處產(chǎn)生電磁吸力，使銜鐵吸合。由於主觸點支持件與銜鐵固定在一起，銜鐵吸合帶動主觸點也閉合，接通主電路。與此同時，銜鐵還帶動輔助觸電動作，使動合觸點閉合，動斷觸點斷開。當線圈斷電或電壓顯著降低時，電磁吸力消失或變小，銜鐵在複位彈簧的作用下打開，使主、輔觸電恢復到原來的狀態(tài)，把電路切斷。四、交流接觸器交流接觸器用於遠距離控制電壓至380V，電流至600A的交流電路，以及頻繁起動和控制交流電動機的控制電器。常用的交流接觸器產(chǎn)品，國內(nèi)有NC3（CJ46）、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列；引進國外技術(shù)生產(chǎn)的有B系列、3TB、3TD、LC—D等系列。CJ20系列交流接觸器的主觸點均做成三極，輔助觸點則為兩動合兩動斷形式。此系列交流接觸器常用於控制籠型電動機的起動和運轉(zhuǎn)。

結(jié)構(gòu)示意圖1-動觸頭2-靜觸頭3-銜鐵4-緩衝彈簧5-電磁線圈6-鐵心7-墊氈8-觸頭彈簧9-滅弧罩10-觸頭壓力簧片

五、直流接觸器直流接觸器與交流接觸器的工作原理相同。結(jié)構(gòu)也基本相同，不同之處是，鐵心線圈通以直流電，不會產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，所以不發(fā)熱。為方便加工，鐵心由整塊軟鋼製成。為使線圈散熱良好，通常將線圈繞製成長而薄的圓筒型，與鐵心直接接觸，易於散熱。常用的直流接觸器有：CZ0、CZ18等系列。六、接觸器的圖形和文字元號KMKMKM

線圈常開（動合）觸頭常閉（動斷）觸頭

KM七、接觸器的主要技術(shù)參數(shù)1、額定電壓2、主觸頭額定電流3、輔助觸頭額定電流4、主觸點和輔助觸點數(shù)目5、吸引線圈額定電壓6、接通和分斷能力八、接觸器的選用選用接觸器的原則：1）控制交流負載應選用交流接觸器，控制直流負載則選用直流接觸器。2）接觸器的使用類別應與負載性質(zhì)相一致。3）主觸點額定電壓應大於或等於負載回路的額定電壓。4）主觸點的額定電流應大於或等於負載的額定電流。5）吸引線圈電流種類和額定電壓應與控制回路電壓相一致，接觸器線上圈額定電壓85%及以上時應能可靠吸合。6）接觸器的主觸點和輔助觸點的數(shù)量應滿足控制系統(tǒng)的要求。

使用類別

繼電器交流接觸器按使用類別分為12種，使用類別代號和相應典型用途舉例如下：

使用類別代號典型用途舉例AC-1無感或微感負載、電阻爐AC-2繞線轉(zhuǎn)子非同步電動機的起動、分斷AC-3籠型電動機的起動、運轉(zhuǎn)中分斷AC-4籠型電動機的起動、反接制動AC-5a控制放電燈的通斷AC-5b控制白熾燈的通斷AC-6a變壓器的通斷繼電器是一種利用電流、電壓、時間、溫度等信號的變化來接通或斷開所控制的電路，以實現(xiàn)自動控制或完成保護任務的自動電器。2.1.6繼電器一、中間繼電器中間繼電器和接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。主要區(qū)別：接觸器的主觸點可以通過大電流；繼電器的體積和觸點容量小，觸點數(shù)目多，且只能通過小電流。所以，繼電器一般用於機床的控制電路中。KAKAKA

線圈

常開觸頭

常閉觸頭二、時間繼電器時間繼電器是從得到輸入信號(線圈通電或斷電)起，經(jīng)過一段時間延時後觸頭才動作的繼電器。適用於定時控制。按工作原理分空氣阻尼式電磁式電動式電子式等。按延時方式分通電延時型斷電延時型數(shù)控機床中一般由電腦軟體實現(xiàn)時間控制。時間繼電器的文字符號和圖形符號

a)b)c)d)e)f)g)h)i)KTKTKTKTKTKTKTKTa)一般線圈符號b)通電延時線圈c)斷電延時線圈d)延時閉合的動斷觸點e)延時斷開的動斷觸點f)延時斷開的動合觸點g)延時閉合的動斷觸點h)暫態(tài)動合觸點i)暫態(tài)動斷觸點2.1.7保護電器熱繼電器電流繼電器熔斷器滅弧器電壓繼電器熱繼電器外形結(jié)構(gòu)(a)外形(b)結(jié)構(gòu)導板觸點熱元件手動複位按鈕觸點接線柱主電路接線柱電流調(diào)節(jié)凸輪熱繼電器作用及分類熱繼電器是一種利用電流的熱效應來切斷電路的保護電器。專門用來對連續(xù)運轉(zhuǎn)的電動機進行超載及斷相保護，以防電動機過熱而燒毀。按相數(shù)分為兩相熱繼電器三相熱繼電器不帶斷相保護帶斷相保護熱繼電器工作原理：發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間超載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹係數(shù)大，使其彎曲，推動導板運動，常閉觸點斷開。

熱繼電器主要參數(shù)及常用型號主要參數(shù)1.熱繼電器額定電流：指可以安裝的熱元件的最大整定電流2.相數(shù)3.熱元件額定電流：指熱元件的最大整定電流。4.整定電流：指長期通過熱元件而不引起熱繼電器動作的最大電流。按電動機額定電流整定。5.調(diào)節(jié)範圍：是指手動調(diào)節(jié)整定電流的範圍。常用的熱繼電器有JR0、JR14、JR15、JR16、JR20等系列。熱繼電器的基本技術(shù)數(shù)據(jù)可查閱有關(guān)資料。熱繼電器的選擇1）根據(jù)實際要求確定熱繼電器的結(jié)構(gòu)類2）根據(jù)電動機的額定電流來確定熱繼電器的型號、熱元件的電流等級和整定電流。a)熱元件b)動斷觸點FR電流繼電器根據(jù)輸入電流大小而動作的繼電器。使用時，電流繼電器的線圈和被保護的設(shè)備串聯(lián)，其線圈匝數(shù)少而線徑粗、阻抗小、分壓小，不影響電路正常工作。

按用途分為過電流繼電器：當電路發(fā)生短路及過流時立即切斷電路欠電流繼電器：當電路電流過低時立即切斷電路I＞KII＜KIa)過電流繼電器線圈b)欠電流繼電器線圈c)動合觸點d)動斷觸點電壓繼電器根據(jù)輸入電壓大小而動作的繼電器。使用時，電壓繼電器的線圈與負載並聯(lián)，其線圈匝數(shù)多而線徑細。電壓繼電器分過電壓繼電器起過電壓保護作用欠電壓繼電器起欠電壓保護作用零電壓繼電器起零電壓保護作用U＞KVU＜KVa)過電壓繼電器線圈b)欠電壓繼電器線圈c)動合觸點d)動斷觸點電壓繼電器分過電壓繼電器起過電壓保護作用欠電壓繼電器起欠電壓保護作用零電壓繼電器起零電壓保護作用電壓繼電器分過電壓繼電器：起過電壓保護作用欠電壓繼電器：起欠電壓保護作用零電壓繼電器：起零電壓保護作用熔斷器用於低壓線路中的短路保護。常用的熔斷器有插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、管式熔斷器和有填料式熔斷器。FU熔斷器的選擇1.根據(jù)線路的要求、使用場合和安裝條件選擇熔斷器類型。2.熔斷器額定電壓應大於或等於線路的工作電壓。3.熔斷器額定電流應大於或等於所裝熔體的額定電流。4.熔體額定電流的選擇1）電路上、下兩級都裝設(shè)熔斷器時，為使兩級保護相互配合良好，兩極熔體額定電流的比值不小於1.6：1。2）用於電爐、照明等電阻性負載的短路保護，熔體的額定電流等於或稍大於電路的工作電流。3）保護一臺非同步電動機時，考慮電動機衝擊電流的影響，熔體的額定電流按下式計算：IfN≥（1.5～2.5）IN

式中：IfN---熔體額定電流；IN---電動機額定電流4）保護多臺非同步電動機時，若各臺電動機不同時起動，則應按下式計算：IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN滅弧器(阻容吸收裝置）用途：消除交流電路中感性負載如：接觸器等通斷操作中的接點火花干擾。結(jié)構(gòu)：由一個電阻和一個電容串聯(lián)而成。分類：分為單相和三相。RCRCRCRCRC2.1.8變壓器及直流穩(wěn)壓電源變壓器直流穩(wěn)壓電源變壓器作用：將某一數(shù)值的交流電壓變換成頻率相同但數(shù)值不同的交流電壓。1、機床控制變壓器

適用於50HZ—60HZ，輸入電壓不超過交流600V的電路，常作為各類機床機械設(shè)備中一般電器的控制電源和步進電動機驅(qū)動器，局部照明及指示燈的電源。

2、三相變壓器

在三相交流系統(tǒng)中，三相電壓的變換一般採用三相變壓器來實現(xiàn)。在數(shù)控機床中三相變壓器主要是給伺服系統(tǒng)供電。

TT單相變壓器三相變壓器3、變壓器的選擇機床常用控制變壓器型號有：JBK系列，BK系列等。變壓器主要參數(shù)有：初級電壓；次級電壓。1）根據(jù)實際負載情況選擇初級額定電壓U1，再選擇次級額定電壓U2，U3……。2）根據(jù)實際負載情況，確定各次級繞組額定電流I1、I2……，一般繞組的額定輸出電流應大於或等於額定負載電流。3）次級額定容量由總?cè)萘看_定。總?cè)萘垦菟惴ǎ篜2=U2I2+U3I3+U4I4+……直流穩(wěn)壓電源功能：將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源。在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中，為驅(qū)動器控制單元，直流繼電器，信號指示燈等提供直流電源。

~-VC數(shù)控機床中主要使用開關(guān)電源一體化電源圖形符號及文字符號：1、開關(guān)電源被稱作高效節(jié)能電源。GZM-U40型開關(guān)電源的外觀圖。主要參數(shù)：輸入AC電壓；輸入頻率；冷態(tài)衝擊電流；保護方式；啟動上升保持時間；安全標準；輸出電壓調(diào)整；紋波雜訊；效率等。

2、一體化電源是採用外殼傳導冷卻方式的AC/DC開關(guān)電源。4NIC系列電源的型號含義：外形圖：輸出功率上限4NIC—K2—2000輸出功率下限開關(guān)電源集成一體化3、直流穩(wěn)壓電源的選擇選擇時主要考慮：電源的輸出功率，輸出路數(shù)。電源的尺寸。電源的安裝方式和安裝孔位。電源的冷卻方式。電源在系統(tǒng)中的位置及走線。環(huán)境條件。絕緣強度。電磁相容性。2.2機床電氣控制系統(tǒng)識圖2.2.1電氣原理圖2.2.2電器元件佈置圖2.2.4電氣識圖方法與步驟2.2.3電氣安裝接線圖2.2.1電氣原理圖電氣控制系統(tǒng)圖：指根據(jù)國家電氣製圖標準，用規(guī)定的電氣符號、圖線來表示系統(tǒng)中各電氣設(shè)備、裝置、元器件的連接關(guān)係的電氣工程圖。電氣控制系統(tǒng)圖包括：1、電氣原理圖2、電器元件佈置圖3、電氣安裝接線圖電氣原理圖：表示電流從電源到負載的傳送情況和各電氣元件的動作原理及相互關(guān)係，而不考慮各電器元件實際安裝的位置和實際連線情況。一、文字符號和圖形符號1、文字符號

用來表示電氣設(shè)備、裝置、元器件的名稱、功能、狀態(tài)和特徵的字元代碼。例如，F(xiàn)R表示熱繼電器。2、圖形符號

用來表示一臺設(shè)備或概念的圖形、標記或字元。例如，“～”表示交流，表示電阻等。國家電氣圖用符號標準GB/T4728規(guī)定了電氣簡圖中圖形符號的畫法，該標準及國家電氣製圖標準GB/T6988於1997年1月1日正式開始執(zhí)行。二、電氣原理圖繪製原則主電路用粗線條畫在左邊；控制電路用細線條畫在右邊。電器元件，採用國家標準規(guī)定的圖形符號和文字元號表示。需要測試和拆、接外部引線的端子，應用圖形符號“空心圓”表示。電路的連接點用“實心圓”表示。同一電器元件的各部件可不畫在一起，但文字符號要相同。若有多個同一種類的電器元件，可在文字符號後加上數(shù)字符號的下標，如KM1、KM2等。所有按鈕、觸點均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態(tài)畫出?？刂齐娐返姆种щ娐罚瓌t上按動作順序和信號流自上而下或自左至右的原則繪製。電路圖應按主電路、控制電路、照明電路、信號電路分開繪製。直流和單相電源電路用水平線畫出，一般畫在圖樣上方，相序自上而下排列。中性線（N）和保護接地線（PE）放在相線之下。主電路與電源電路垂直畫出?？刂齐娐放c信號電路垂直畫在兩條水準電源線之間。耗電元件（如電器的線圈，電磁鐵，信號燈等）直接與下方水平線連接?？刂朴|點連接在上方水平線與耗電元件之間。當圖形垂直放置時，各元器件觸點圖形符號以“左開右閉”繪製。當圖形為水準放置時以“上閉下開”繪製。

電氣原理圖三、圖區(qū)的劃分在圖樣的下方沿橫坐標方向劃分圖區(qū)，並用數(shù)字編號。同時在圖樣的上方沿橫坐標方向劃區(qū)，分別標明該區(qū)電路的功能。四、符號位置的索引元件的相關(guān)觸點位置的索引用圖號、頁次和區(qū)號組合表示。

圖08/26/B

2圖區(qū)行號，列號（無行號時只寫列號）頁次（僅一頁時可省略）圖號（只有一個多頁圖樣時，可省略）接觸器和繼電器的觸點位置可採用附圖的方式表示。左欄中欄右欄主觸點的圖區(qū)號輔助動合觸點的圖區(qū)號輔助動斷觸點的圖區(qū)號接觸器各欄的含義：繼電器各欄的含義：左欄右欄動合觸點的圖區(qū)號動斷觸點的圖區(qū)號五、主電路各接點標記三相交流電源引入線採用L1、L2、L3標記。電源開關(guān)之後的分別按U、V、W順序標記。分級三相交流電源主電路可採用1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各電動機分支電路各接點可採用三相文字代號後面加數(shù)字來表示如：U11、U21等，數(shù)字中的十位數(shù)字表示電動機代號，個位數(shù)字表示該支路的接點代號?？刂齐娐窉裼冒⒗當?shù)字編號，一般由三位或三位以下的數(shù)字組成

2.2.2、電器元件佈置圖電器元件佈置圖詳細繪製出電氣設(shè)備、零件的安裝位置。圖中各電器代號應與有關(guān)電路和電器清單上所有元器件代號相同。2.2.3安裝接線圖安裝接線圖是用來表明電氣設(shè)備各單元之間的接線關(guān)係。圖中表明瞭電氣設(shè)備外部元件的相對位置及它們之間的電氣連接，是實際安裝接線的依據(jù)。2.2.4電氣識圖方法與步驟識圖方法1、結(jié)合電工基礎(chǔ)知識識圖在掌握電工基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，準確、迅速地識別電氣圖。如改變電動機電源相序，即可改變其的旋轉(zhuǎn)方向的控制。2、結(jié)合典型電路識圖典型電路就是常見的基本電路，如電動機的起動、制動、順序控制等。不管多複雜的電路，幾乎都是由若干基本電路組成的。因此，熟悉各種典型電路，是看懂較複雜電氣圖的基礎(chǔ)。3、結(jié)合製圖要求識圖在繪製電氣圖時，為了加強圖紙的規(guī)範性、通用性和示意性，必須遵循一些規(guī)則和要求，利用這些製圖的知識能夠準確地識圖。識圖步驟1、準備：瞭解生產(chǎn)過程和工藝對電路提出的要求；瞭解各種用電設(shè)備和控制電器的位置及用途；瞭解圖中的圖形符號及文字符號的意義。2、主電路：首先要仔細看一遍電氣圖，弄清電路的性質(zhì)，是交流電路還是直流電路。然後從主電路入手，根據(jù)各元器件的組合判斷電動機的工作狀可。如電動機的起停、正反轉(zhuǎn)等。3、控制電路:：分析完主電路後，再分析控制電路，要按動作順序?qū)γ織l小回路逐一分析研究，然後再全面分析各條回路間的聯(lián)繫和制約關(guān)係，要特別注意與機械、液壓部件的動作關(guān)係。4、最後閱讀保護、照明、信號指示、檢測等部分。2.3機床電氣控制系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)2.3.1籠型非同步電動機直接起動控制2.3.2籠型非同步電動機正反轉(zhuǎn)控制2.3.4籠型非同步電動機制動控制2.3.5按順序工作時的聯(lián)鎖控制2.3.3籠型非同步電動機降壓起動控制2.3.1籠型非同步電動機直接起動控制點動控制連續(xù)運轉(zhuǎn)控制既能長動又能點動的控制電路點動控制L1L2L3KMSBQSKM

M3～FU1FU2點動按鈕KM主觸頭閉合按下SBKM線圈得電鬆開SBKM線圈斷電KM主觸頭複位電動機斷電停轉(zhuǎn)電動機M通電起動.工作過程：先接通電源開關(guān)QS常用於機床主軸或工作臺的調(diào)整；機床的試車、檢修等。連續(xù)運轉(zhuǎn)控制KMSB1SB2KMQSKMFRM3~L1L2L3FRFU1FU2自鎖觸頭短路保護超載保護停止按鈕起動按鈕工作過程：先接通電源開關(guān)QS按下SB2KM線圈得電KM主觸頭閉合電動機運轉(zhuǎn)KM動合輔助觸頭閉合自鎖保護環(huán)節(jié)短路保護：FU1、FU2超載保護：FR欠壓失壓保護：KM自鎖環(huán)節(jié)按下SB1KM線圈斷電電動機停既能長動又能點動的控制電路

複合按鈕點動按鈕KMFRSB1KMSB2SB3停止按鈕起動按鈕☆按下SB2，KM得電自鎖，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)。☆按下SB1，KM斷電，電動機停轉(zhuǎn)☆按下點動按鈕SB3，KM得電，電動機運轉(zhuǎn)。鬆開SB3，KM斷電，電動機停轉(zhuǎn)?！铧c動按鈕SB3的作用：(1)使接觸器線圈KM通電；(2)使線圈KM不能自鎖。2.3.2電動機的正反轉(zhuǎn)控制用於機床工作臺的前進與後退或主軸的正反轉(zhuǎn)等。由電動機原理可知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調(diào)，就可改變電動機的轉(zhuǎn)動方向。需要用兩個接觸器來實現(xiàn)這一要求。當正轉(zhuǎn)接觸器工作時，電動機正轉(zhuǎn)；當反轉(zhuǎn)接觸器工作時，將電動機接到電源的任意兩根聯(lián)線對調(diào)一下，電動機反轉(zhuǎn)。1.按鈕控制的正反轉(zhuǎn)控制電路正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)電氣互鎖按鈕聯(lián)鎖（1）接觸器互鎖的正反轉(zhuǎn)控制完成“正轉(zhuǎn)-停-反轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)-停-正轉(zhuǎn)”的電氣控制。

線路的動作原理:合上電源開關(guān)QS按SB1正轉(zhuǎn)控制：按SB2

KM1線圈得電KM1自鎖觸頭閉合KM1主觸頭閉合

KM1互鎖觸頭斷開電動機M正轉(zhuǎn)KM1線圈失電電動機M停轉(zhuǎn)SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2反轉(zhuǎn)控制：按SB3KM2線圈得電電動機M反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)按鈕反轉(zhuǎn)按鈕互鎖互鎖互鎖（2）按鈕接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制可實現(xiàn)“正—反—停”或“反—正—?！钡牟僮骺刂啤＞€路的動作原理SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2按下SB2KM1得電電動機正轉(zhuǎn)按下SB3KM1斷電KM2得電電動機反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：按鈕聯(lián)鎖互鎖互鎖2、行程開關(guān)控制的正反轉(zhuǎn)電路自動往返運動：SB1KM1SB3KM2KM2KM1SQ2SQ1KM2KM1SB2SQ3SQ4SQ1SQ3SQ4SQ2前進(正轉(zhuǎn)）後退12行程開關(guān)擋塊到達預定位置擋鐵1撞擊SQ1按下SB2KM1通電電機正轉(zhuǎn)工作臺前進停止正轉(zhuǎn)KM1斷電KM2得電電機反轉(zhuǎn)工作臺後退2.3.3籠型非同步電動機降壓起動控制定子串電阻降壓起動Y-△降壓起動定子串電阻降壓起動工作原理：停止起動按下SB2KM1得電KT得電計時電電動阻機起串動KM2得電電動機全壓運行圖中電動機由降壓起動轉(zhuǎn)為全壓運行後KM1和KT均斷電，只有KM2得電。按下SB1，電動機停Y-△降壓起動（一）三個接觸器控制的電路工作原理：起動按下SB2KM1得電KM3得電KT得電Y起動Y接計時KM3斷電KM2通電

KM1仍得電△運行△接停止Y-△降壓起動（二）兩個接觸器控制的電路（練習分析工作原理）2.3.4籠型非同步電動機的制動控制反接制動控制線路能耗制動控制電路反接制動控制線路工作原理：按SB2起動KM1通電電動機正轉(zhuǎn)運行KV動合觸點閉合按SB1KM1斷電KM2通電（開始制動）n≈0,KV複位KM2斷電（制動結(jié)束）速度繼電器停止能耗制動控制電路（1）按時間原則控制的能耗制動線路工作原理：按SB2KM1通電電動機起動按SB1KM1斷電KM2通電KT通電能耗制動延時KM2斷電（制動結(jié)束）起停（2）速度原則控制的可逆運行能耗制動控制線路練習：分析工作過程2.3.5按順序工作時的聯(lián)鎖控制

按下SB2KM1得電M1起動先起按下SB4後起M2停按下SB1總停KM1斷電KM2斷電M1；M2均停工作原理：KM2得電M2起動按下SB3KM2斷電M2停2.4典型數(shù)控機床電氣控制線路分析2.4.1機床主電路分析2.4.2機床交流控制電路分析2.4.3機床的電源線路分析2.4.1機床主電路分析QF1用來接通電源並對整個動力線路進行超載及短路保護；KM1和KM2用來控制主軸電動機M1的正反轉(zhuǎn)；QF2作為主軸電動機的超載及短路保護；KM3用來控制冷卻電動機M2的啟動和停止；QF3作為冷卻電動機的超載及短路保護；KM4和KM5用來控制刀架電動機M3的正反轉(zhuǎn)；QF4作為刀架電動機的超載及短路保護；滅弧器RC1～RC3用來保護交流接觸器的主觸點；防止當主觸點斷開時，在動、靜觸點間產(chǎn)生強烈電弧，燒壞主觸點。主電路分析KM1線圈和KM2一對常閉輔助觸點串聯(lián)，KM2線圈和KM1一對常閉輔助觸點串聯(lián)，實現(xiàn)主軸電動機正反轉(zhuǎn)接觸器間的互鎖控制；KM4線圈和KM5一對常閉輔助觸點串聯(lián)，KM5線圈和KM4一對常閉輔助觸點串聯(lián)，實現(xiàn)刀架電動機正反轉(zhuǎn)接觸器間的互鎖控制；KM3線圈用來控制KM3的主觸點吸合。KA2～KA6觸點由可編程控制器或數(shù)控裝置I/O口控制，用來控制交流接觸器KM1～KM5的線圈得電或斷電。2.4.2機床交流控制電路分析2.4.3機床的電源線路分析變壓器TC2原邊接三相AC380V，副邊三組繞組分別提AC220V、AC24V、AC110V電壓。AC220V給開關(guān)電源供電，AC24V給電櫃風扇供電，斷路器QF6～QF10用來對線路進行超載及短路保護。3.1PLC概述3.2PLC的基本應用知識3.3數(shù)控機床PLC系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)試3.4數(shù)控機床PLC應用實例3.1PLC概述3.1.1PLC的特點與分類3.1.2PLC的組成及工作方式3.1.4梯形圖和語句表3.1.3常見的編程語言3.1.1PLC的特點與分類PLC的特點(1)PLC是一種專用於工業(yè)順序控制的微機系統(tǒng)。(2)PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計的，所以具有很強的抗干擾能力。(3)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便於實現(xiàn)動作複雜的控制邏輯和數(shù)控機床的機電一體化。(4)採用梯形圖編程方式。(5)PLC可與編程器、個人電腦等連接，可以很方便地實現(xiàn)程式的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。

3.1.1PLC的特點與分類PLC的分類

PLC的產(chǎn)品很多，型號規(guī)格也不統(tǒng)一，可以從結(jié)構(gòu)、原理、規(guī)模等方面分類。從數(shù)控機床應用的角度分，可編程控制器可分為兩類：一類是CNC的生產(chǎn)廠家將數(shù)控裝置(CNC)和PLC綜合起來而設(shè)計的“內(nèi)裝型”(Build—inType)PLC；另一類是專業(yè)的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，它們的輸入／輸出信號介面技術(shù)規(guī)範、輸入／輸出點數(shù)、程式存儲容量以及運算和控制功能均能滿足數(shù)控機床的控制要求，稱為“獨立型”(Sand—aloneType)PLC。

內(nèi)裝型PLC

獨立型PLC內(nèi)裝型PLC內(nèi)裝型PLC從屬於CNC裝置，PLC與CNC裝置之間的信號傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)。PLC與數(shù)控機床之間則通過CNC輸入／輸出介面電路實現(xiàn)信號傳送。特點：(1)內(nèi)裝型PLC實際上是CNC裝置帶有的PLC功能。(2)內(nèi)裝型PLC系統(tǒng)適用於單機數(shù)控設(shè)備的應用場合。(3)內(nèi)裝型PLC可與CNC共用CPU，也可以單獨使用一個CPU。(4)採用內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)，CNC系統(tǒng)可以具有某些高級控制功能。世界著名的CNC系統(tǒng)廠家在其生產(chǎn)的CNC產(chǎn)品中，大多開發(fā)了內(nèi)裝型PLC功能。

系統(tǒng)框圖內(nèi)裝型PLC的CNC系統(tǒng)框圖

獨立型PLC又稱外裝型或通用型PLC。對數(shù)控機床而言，獨立型PLC獨立於CNC裝置，具有完備的硬體結(jié)構(gòu)和軟體功能，能夠獨立完成規(guī)定的控制任務。採用獨立型PLC的數(shù)控系統(tǒng)框圖。特點：(1)獨立型PLC具有CPU及其控制電路，系統(tǒng)程式記憶體、用戶程式記憶體、輸入／輸出介面電路、與編程器等外部設(shè)備通信的介面和電源等基本功能結(jié)構(gòu)。(2)獨立型PLC一般採用積木式模組結(jié)構(gòu)或插板式結(jié)構(gòu)，各功能電路多做成獨立的模組或印刷電路插板，具有安裝方便、功能易於擴展和變更的優(yōu)點。(3)性能／價格比不如內(nèi)裝型PLC。獨立型PLC

系統(tǒng)框圖獨立型PLC的CNC系統(tǒng)框圖

3.1.2PLC的組成及工作方式PLC的組成微處理器(CPU)、記憶體、用戶輸人／輸出部分、輸入／輸出擴展介面、週邊設(shè)備以及電源等。對於內(nèi)裝型PLC，CPU、記憶體、週邊設(shè)備、電源等部分一般與CNC裝置共用。各組成部分的功能(1)CPU與通用微機CPU一樣，它是PLC的核心。(2)PLC有系統(tǒng)記憶體和用戶記憶體，前者用作存儲監(jiān)控程序、模組化應用副程式和各種系統(tǒng)參數(shù)等。後者用作存放用戶程式。(3)用戶輸入／輸出部分包括輸入／輸出介面，輸入／輸出控制電路及隔離電路等，用作PLC與外部輸入／輸出設(shè)備進行連接。(4)當主機默認的I／O點數(shù)不夠時，可選配I／O擴展模組，但不能單獨使用。(5)週邊設(shè)備根據(jù)PLC的型號與廠家的不同，可配置編程設(shè)備、程式寫入器、用戶程式卡、磁帶機、印表機、A／D、D／A、高速計數(shù)器、RS232／485通信介面、光纖通信介面等。3.1.2PLC的組成及工作方式PLC的工作方式PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程式，每一時鐘週期執(zhí)行一條指令。對用戶程式的執(zhí)行一般有迴圈掃描和定時掃描兩種，掃描過程分為三個階段，即輸入採樣階段、程式執(zhí)行階段和輸出刷新階段。掃描過程(1)輸入採樣階段。PLC在輸入採樣階段以掃描方式順序讀人所有輸入端子的狀態(tài)，存人輸人寄存器，接著轉(zhuǎn)入程式執(zhí)行階段。(2)程式執(zhí)行階段。PLC在程式執(zhí)行階段中順序?qū)γ織l指令進行掃描。先從輸人寄存器讀人所有輸入端子的狀態(tài)。若程式中規(guī)定要讀人某輸出狀態(tài)，則也在此時讀入。然後進行邏輯運算，最後將結(jié)果送人輸出寄存器。(3)輸出刷新階段。所有指令執(zhí)行完畢後，將輸出寄存器中所有的輸出狀態(tài)送到輸出電路，成為PLC的實際輸出。PLC執(zhí)行完上述的三個階段稱為一個掃描週期。3.1.3常見的編程語言常見的編程語言

梯形邏輯圖(LAD)

指令語句表(STL)

電腦的通用語言3.1.4梯形圖和語句表梯形圖(1)梯形圖的結(jié)構(gòu)是採用“觸點”、“線圈”(或稱繼電器線圈)、“功能圖”等圖形符號表達輸出與輸入的邏輯關(guān)係。(2)梯形圖是沿從上到下、從左到右，一個梯級一個梯級地順序進行工作，當執(zhí)行至順序程式結(jié)束時，又返回開頭重複執(zhí)行。(3)高級順序和低級順序。應把需要迅速處理的信號及快速回應的順序編在高級順序中，如急停、坐標軸極限超程等邏輯，其他信號則編在低級順序中。

繪製梯形圖的原則(1)梯形圖按從上到下、從左到右的順序繪製。繼電器線圈在最右側(cè)，若存在左右的電力軌線，則整個邏輯圖形似梯形。(2)對電路各元件分配編號。(3)在梯形圖中輸入觸點用來表示用戶輸入設(shè)備的輸入信號。(4)在梯形圖中，同一繼電器的常開、常閉觸點可以多次被使用，不受限制，但同一繼電器的線圈只能使用一次，否則僅最後一次操作有效。3.1.4梯形圖和語句表語句表(1)基本指令

(2)功能指令：包括有定時器指令、計數(shù)器指令、順序結(jié)束指令、解碼指令、旋轉(zhuǎn)指令及乘除運算等。3.2PLC的基本應用知識3．2．1CNC側(cè)與MT側(cè)的概念

3．2．2介面資訊

3．2．3安全互鎖3．2．1CNC側(cè)與MT側(cè)的概念“CNC側(cè)”包括CNC系統(tǒng)的硬體軟體以及CNC系統(tǒng)的外部設(shè)備。“MT側(cè)”則包括機床的機械部分、液壓、氣壓、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置，以及機床操作面板、繼電器線路、機床強電線路等。

MT側(cè)順序控制的最終對象的數(shù)量隨數(shù)控機床的類型、結(jié)構(gòu)、輔助裝置等的不同而有很大的差別。機床結(jié)構(gòu)越複雜，輔助裝置越多，受控對象數(shù)量就越多。相比而言柔性製造單元(FMC)、柔性製造系統(tǒng)(FMS)的受控對象數(shù)量多，而數(shù)控車床、數(shù)控銑床的受控對象數(shù)量較少。3．2．2介面資訊電氣介面從信號的流向來看包括輸入介面和輸出介面從信號的幅值特性來看包括模擬量介面和開關(guān)量介面

開關(guān)量輸入介面開關(guān)量輸出介面模擬量輸出介面開關(guān)量輸入介面開關(guān)量輸入介面等效電路——NPN型開關(guān)量輸入介面等效電路——PNP型開關(guān)量輸出介面開關(guān)量輸出介面等效電路——NPN型開關(guān)量輸出介面等效電路——PNP型模擬量輸出介面3．2．2介面資訊寄存器介面輸入寄存器(X／I)輸出寄存器(Y／O)輔助寄存器(R／M)計數(shù)器(C)定時器(T)

斷電保存寄存器(B／M)用戶指令寄存器(P)CNC狀態(tài)寄存器(F)CNC控制寄存器(G)

1、輸入寄存器(X／I)——保存各輸入介面的狀態(tài)。2、輸出寄存器(Y／O)——保存各輸出介面的狀態(tài)。3、輔助寄存器(R／M)。輔助寄存器又稱中間寄存器，用於保存運算中所需要的中間變數(shù)的狀態(tài)。在PLC內(nèi)起傳遞信號的作用。4、計數(shù)器

計數(shù)器(COUNTER，簡稱C或CNT)有一個時鐘脈衝端(CP)，它接受PLC內(nèi)各種軟繼電器送入的脈衝信號，在圖中為輸入繼電器觸點X00，當X00由斷開到閉合，每變換一次輸入一個脈衝信號，計數(shù)器就從當前值減1，直到計數(shù)器當前值為0時，計數(shù)器線圈通電，它的常開觸點閉合、常閉觸點斷開，這些觸點都可以在PLC內(nèi)選擇使用。5、定時器

當輸入繼電器X00接受到輸入信號後，觸點X00接通，即為邏輯1狀態(tài)，定時器線圈通電開始計時，經(jīng)過設(shè)定時間(圖中為10s)後，其常開觸點TOO閉合，輸出繼電器Y00線圈通電即為1狀態(tài)。

定時器(TIMER，簡寫T)的工作時間即延時時間由程式設(shè)定。定時器線圈接受到輸入信號後，按數(shù)值遞減的方式進行。當前數(shù)值變?yōu)?時進行一次輸出，即定時器常開觸點閉合。

6、斷電保存寄存器(B／M)。PLC上電工作時，除去已閉合的輸入條件，其他寄存器的值都為0。斷電保存寄存器除具有輔助寄存器功能外，還具有斷電保存的功能，即PLC上電時保持上次斷電時的狀態(tài)。7、用戶指令寄存器(P)。一般在內(nèi)裝式PLC中提供，各寄存器的含義由PLC定義。8、CNC狀態(tài)寄存器(F)。一般在內(nèi)裝式PLC中提供，各寄存器的含義由數(shù)控系統(tǒng)軟體定義。9、CNC控制寄存器(G)。一般在內(nèi)裝式PLC中提供，各寄存器的含義由數(shù)控系統(tǒng)軟體定義。3．2．3安全互鎖定義

若目前有A、B兩個過程，出於安全的目的，當A動作後將限制B的動作，稱A對B有安全互鎖；若B對A也有安全互鎖，稱A、B之間安全互鎖。

功能1、急停2、限位3、進給驅(qū)動裝置4、主軸單元5、三相非同步電動機換向6、換刀3.3數(shù)控機床PLC系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)試3．3．1PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟

3．3．2PLC程式設(shè)計3．3．3PLC調(diào)試3．3．1PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟-11、工藝分析

首先，對被控機床設(shè)備的工藝過程、工作特點、控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性進行分析，估算I／O開關(guān)量的點數(shù)、I／O模擬量的介面數(shù)量和精度要求，從而對PLC提出整體要求。2．系統(tǒng)調(diào)研

根據(jù)設(shè)備的要求，對初步選定的數(shù)控系統(tǒng)進行調(diào)研，瞭解其所提供的PLC系統(tǒng)的功能和特點。3．3．1PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟-23、確定方案主要是從PLC的角度對數(shù)控系統(tǒng)提出要求，從而確定數(shù)控系統(tǒng)的方案。在選擇獨立型PLC時主要考慮以下4個因素功能範圍。

I／O點數(shù)。記憶體容量。根據(jù)系統(tǒng)大小不同，選擇用戶記憶體容量不同的PLC選擇方法主要憑經(jīng)驗估算，其估算法有下列兩種：(a)PLC記憶體容量(指令條數(shù))約等於I／O總點數(shù)的10～15倍；(b)指令條數(shù)＝6×(I／O)+2×(Tm+Ctr)，式中，Tm為定時器總數(shù)，Ctr為計數(shù)器總數(shù)。有時可在其基礎(chǔ)上增加20％的裕量。處理時間。PLC從處理一個輸入信號到產(chǎn)生一個輸出信號所需的時間稱為處理時間。

3．3．1PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟-34．電氣設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計包括：原理圖、元器件清單、電櫃佈置圖、接線圖與互連圖。電氣設(shè)計時特別要注意：(1)PLC輸出介面的類型，是繼電器輸出還是光電隔離輸出等。(2)PLC輸出介面的驅(qū)動能力，一般繼電器輸出為2A，光隔輸出為500mA。(3)模擬量介面的類型和極性要求，一般有電流型輸出(一29mA～+20mA)和電壓型輸出(一10V～+10V)兩種可選。(4)採用多直流電源時的共地要求。(5)輸出端接不同負載類型時的保護電路。執(zhí)行電器若為感性負載，需接保護電路，電源為直流可加續(xù)流二極體，電源為交流可加阻容吸收電路。(6)若電網(wǎng)電壓波動較大或附近有大的電磁干擾源，應在電源與PLC間加設(shè)隔離變壓器、穩(wěn)壓電源或電源濾波器。(7)注意PLC的散熱條件，當PLC的環(huán)境溫度大於55℃時，要用風扇強制冷。3．3．2PLC程式設(shè)計PLC程式設(shè)計的常用方法

PLC程式設(shè)計的一般步驟

PLC程式設(shè)計的一般原則

PLC程式設(shè)計的常用方法1、狀態(tài)表法是從傳統(tǒng)繼電器邏輯設(shè)計方法繼承而來，經(jīng)過適當改進，適合於可編程控制器梯形圖設(shè)計的一種方法。但狀態(tài)表法僅適合於單一順序問題的程式設(shè)計，對於具有並行順序和選擇順序的問題就顯得無能為力了。２、功能圖法是先將控制要求表達為功能圖，用功能圖來說明可編程控制器所要完成的控制功能，然後由功能圖寫出邏輯方程，再畫出梯形圖或?qū)懗鲋噶睢＃?、流程圖法是熟悉電腦高級語言的程式設(shè)計人員常用的程式設(shè)計方法。PLC程式設(shè)計的一般步驟１、若所採用的PLC自帶有程式，應該詳細瞭解程式已有的功能和對現(xiàn)有需求的滿足程度和可修改性。儘量採用PLC自帶的程式。２、將所有與PLC相關(guān)的輸入信號(按鈕、行程開關(guān)、速度及溫度等感測器)，輸出信號(接觸器、電磁閥、信號燈等)分別列表，並按PLC內(nèi)部介面範圍，給每個信號分配一個確定的編號。３、詳細瞭解生產(chǎn)工藝和設(shè)備對控制系統(tǒng)的要求。畫出系統(tǒng)各個功能過程的工作迴圈圖或流程圖、功能圖及有關(guān)信號的時序圖。４、按照PLC程式語言的要求設(shè)計梯形圖或編寫程式清單。梯形圖上的文字符號應按現(xiàn)場信號與PLC內(nèi)部介面對照表的規(guī)定標注。PLC程式設(shè)計的一般原則

１、保證人身與設(shè)備安全的設(shè)計永遠都不是多餘的。２、PLC程式的安全設(shè)計，並不代表硬體的安全保護可以省略。３、瞭解PLC自身的特點。４、設(shè)計調(diào)試點易於調(diào)試。５、模組化設(shè)計。６、儘量減少程式量。７、全面的注釋，便於維修。3．3．3PLC調(diào)試1、輸入程式2、檢查電氣線路3、模擬調(diào)試模擬調(diào)試可以採用系統(tǒng)提供的模擬臺調(diào)試，也可以在關(guān)閉系統(tǒng)強電的條件下模擬調(diào)試，例如關(guān)閉主軸強電空開，那麼調(diào)試中即使PLC動作有誤，由於主軸電動機不會實際運轉(zhuǎn)，所以也不會引起事故。4、運行調(diào)試5、非常規(guī)調(diào)試，驗證安全保護和報警的功能這部分工作一般也分為模擬調(diào)試和運行中調(diào)試，以防如果保護功能失效而損壞器件和設(shè)備。6、安全檢查並投入考驗性試運行3.4數(shù)控機床PLC應用實例主軸系統(tǒng)

車床刀架

過程分析

安全互鎖

程式設(shè)計過程分析

安全互鎖

程式設(shè)計主軸系統(tǒng)-過程分析主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動和衝動等。要求：按正轉(zhuǎn)按鈕時電動機正轉(zhuǎn)；按反轉(zhuǎn)按鈕時電動機反轉(zhuǎn)；按停止按鈕時電動機停止，並控制制動器制動2s；按下衝動按鈕電動機正轉(zhuǎn)0.5s，然後停止；電動機超載報警後正／反轉(zhuǎn)按鈕衝動按鈕無效。

電氣設(shè)計圖電氣設(shè)計圖器件說明器件含義主軸系統(tǒng)-安全互鎖在電氣安全互鎖設(shè)計方面，主軸正/反轉(zhuǎn)在接觸器和繼電器分別進行了安全互鎖；主軸正／反轉(zhuǎn)對刀具松進行了安全互鎖；急停對主軸運轉(zhuǎn)進行了安全互鎖。主軸系統(tǒng)-程式設(shè)計與主軸控制相關(guān)的輸入／輸出寄存器包括：輸入寄存器：X1.4——正轉(zhuǎn)

X1.5——反轉(zhuǎn)

X1.6——停止

X1.7——衝動

X8.5——報警輸出寄存器：Y5.0——正轉(zhuǎn)

Y5.1——反轉(zhuǎn)

Y5.2——制動

Y5.3——松刀程式-11．LDX1.4讀取主軸正轉(zhuǎn)按鈕2．ORR0.0R0.0自鎖3．ANDX8.5無報警4．ANIY5.3刀具未鬆開5．ANDX1.6停止按鈕未按下(停止按鈕硬體上是常閉連接)6．ANIY5.1反轉(zhuǎn)無輸出7．ANIY5.2主軸未制動8．OUTR0.0輸出中間變數(shù)R0.0，並自鎖—主軸正轉(zhuǎn)條件都滿足，則按下正轉(zhuǎn)按鈕後，輸出R0.0並自鎖—9．LDX1.7讀取主軸衝動按鈕10．ORR0.1R0.1互鎖11．ANIT1若T1計時未完成12．OUTR0.1輸出R0.113．OUTT1K5T1計時0.5s—按下主軸衝動按鈕後，R0．1輸出0.5s後關(guān)閉—程式-214．LDR0.0讀取R0.015．ORR0.1或R0.016．ANDX8.5無報警17．ANIY5.3刀具未鬆開18．ANDX1.6停止按鈕未按下19．ANIY5.1反轉(zhuǎn)無輸出20．ANIY5.2主軸未制動21．OUTY5.0輸出Y5.0控制主軸正轉(zhuǎn)—主軸正轉(zhuǎn)條件滿足後，R0.0和R0.1任意一個有輸出則輸出Y5.0控制主軸正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了主軸連續(xù)正轉(zhuǎn)和每次按下主軸衝動按鈕，主軸正向衝動0.5s的功能—程式-322．LDX1.6讀取主軸停止按鈕23．ORY5.2主軸制動自鎖24．ANIT2若T2計時未完成25．OUTY5.2輸出主軸制動26．OUTT2K20T2計時2s—按下主軸停止按鈕後，Y5.2輸出制動主軸2s後斷開—27．LDX1.5讀取主軸反轉(zhuǎn)按鈕28．ORY5.1主軸反轉(zhuǎn)自鎖29．ANDX8.5報警30．ANlY5.3刀具末鬆開31．ANDX1.6停止按鈕未按下32.ANIY5.0正轉(zhuǎn)無輸出33.ANIY5.2主軸未制動34.OUTY5.1輸出Y5.1控制主軸反轉(zhuǎn)35.END—主軸反轉(zhuǎn)條件都滿足，則按下反轉(zhuǎn)按鈕後，輸出Y5.1並自鎖—車床刀架-過程分析換刀動作由T指令或手動換刀按鈕啟動，換刀過程：(a)刀架電動機正轉(zhuǎn)；(b)檢測到所選刀位的有效信號後，停止刀架電動機，並延時(100ms)；(c)延時結(jié)束後刀架電動機反轉(zhuǎn)鎖死刀架，並延時(500ms)；(d)延時結(jié)束後停止刀架電動機，換刀完成。車床刀架不存在刀具交換的問題，刀具選好後即可以開始加工，因此，車床的換刀由T指令(選刀指令)完成，而不需要換刀指令(M06指令)的參與。

車床刀架示意圖

電氣設(shè)計圖車床刀架示意圖

電氣設(shè)計圖器件說明器件含義車床刀架-安全互鎖刀架電動機長時間旋轉(zhuǎn)(如20s)，而檢測不到刀位信號，則認為刀架出現(xiàn)故障，立即停止刀架電動機，以防止將其損壞並報警提示。

刀架電動機過熱報警時，停止換刀過程，並禁止自動加工。車床刀架-程式設(shè)計自動刀架控制涉及的輸入／輸出寄存器X2.7——刀架電動機過熱報警輸入X3.0～X3.3——1～4號刀到位信號輸入X30.6——手動刀位選擇按鈕信號輸入X30.7——手動換刀啟動按鈕信號輸入Y0.6——刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出Y0.7——刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出PLC程式按定時迴圈掃描的方式執(zhí)行，與換刀相關(guān)的程式掃描週期為16ms，用plc1_time表示。程式中利用這一點實現(xiàn)定時(延時)功能。程式中用到的變數(shù)1、*sys_ext_alm()：用於設(shè)定外部報警，為16位二進位數(shù)，每一位代表一個報警，可設(shè)定0～15共16個外部報警。某位為1時，相對應的外部報警顯示，為0時則清除相對應的報警。2、mod_T_code(0)：T指令代碼，一般為三位十進位數(shù)，百位表示刀號，個位、十位表示刀偏號。置“-1”時T指令完成。3、T_stage：定義換刀順序標記的局部變數(shù)(字元型)。4、T_stage_dwell：定義換刀延時時間的局部變數(shù)(無符號整型)。5、T_NO：定義所選刀號的局部變數(shù)(字元型)。程式-1

if((X[2]&0x80)==0)／／若電動機過熱(X2.7為0){*sys_ext_alm()|=4;／／則顯示2號外部報警：刀架／／電動機過熱mod_T_code(0)=-1;／／強制T指令完成return;}／／從T指令處理程式返回到PLC主程序

(以下簡稱“返回”)else／／否則

*sys_ext_alm()&=～4;／／清除2號外部報警

T_NO=mod_T_code(0)／100;／／由T指令獲得所要選／／的刀號／／例如T121，指選1號刀，刀偏值取21號程式-2if(T_stage_dwell>plcl_time)／／若設(shè)定的換刀延時／／時間未完成{T_stage_dwell-=plcl_time;／／則延時時間減去本／／程式執(zhí)行週期的掃描時間return;}／／並且返回else／／否則T_stage_dwell=0;／／清零為下次延時準備／／進入switch結(jié)構(gòu)，執(zhí)行換刀順序的下一步switch(T_stage)／／讀取換刀順序標記{case0;／／換刀第0步Y(jié)[0]|=0x40;／／輸出Y0.6，刀架正轉(zhuǎn)break;／／退出switch結(jié)構(gòu)

(以下簡稱“退出”)程式-3case1;／／換刀第1步if((X[3]&0xF)!=(1<<(T_NO-1))){／／若本掃描週期讀取的刀位信號不是所選刀T_stage=0;／／則回到換刀第0步，即保持正轉(zhuǎn)／／繼續(xù)找刀T_change_time+=plcl_time;／／記錄正轉(zhuǎn)時間If(T_change_time>8000)／／若超過8s沒有找到／／目標刀位{*sys_ext_alm()|=8;／／則顯示3號外部報警換刀超時Y[0]&=～0x40;／／停止電動機mod_T_code(0)＝-1;／／T指令強制完成break;}／／退出else程式-4*sys_ext_alm()&=～8;／／否則清除3號外部報警break;}／／退出Y[0]&=～0x40;／／否則表示以到達所選刀位，／／Y0.6置零，停止刀架正轉(zhuǎn)T_stage_dwell=100;／／設(shè)定停止延時=100msbreak;