第5章数控机床用PLC

1、第五章 数控机床用可编程控制器第一节 概 述 一、PLC的产生与发展 可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,它是一类以微处理器为基础的通用型自动控制装置。它一般以顺序控制为主，回路调节为辅，能够完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能。即能控制开关量，也能控制模拟量。 近年来PLC技术发展很快，每年都推出不少新产品。据不完全统计，美国、日本、德国等生产PLC的厂家已达150多家，产品有数百种。PLC的功能也在不断增长，主要表现在： 1）控制规模不断扩大，单台PLC可控制成千乃至上万个点，多台PLC进行同位链接可控制数万个点。 2）指令系统功能增

2、强，能进行逻辑运算、计时、计数、算术运算、PID运算、数制转换、ASC码处理。高档PLC还能处理中断、调用子程序等。使得PLC能够实现逻辑控制、模拟量控制、数值控制和其他过程监控，以至在某些方面可以取代小型计算机控制。 3）处理速度提高，每个点的平均处理时间从10s左右提高到1s以内。 4）编程容量增大，从几K字节增大到几十K，甚至上百K字节。 5）编程语言多样化，大多数使用梯形图语言和语句表语言，有的还可使用流程图语言或高级语言。 6）增加通信与联网功能，多台PLC之间能互相通信，互相交换数据，PLC还可以与上位计算机通信，接受计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。通信接口多采用RS-422

3、RS-232C等标准接口，以实现多级集散控制。 目前，为了适应不同的需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下两个方向发展。其一是低档PLC向小型、简易、廉价方向发展，使之广泛地取代继电器控制；其二是中、高档PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模的复杂系统进行综合性的自动控制。在数控机床上采用PLC代替继电器控制，使数控机床结构更紧凑，功能更丰富，响应速度和可靠性大大提高。在数控机床、加工中心等自动化程度高的加工设备和生产制造系统中，PLC是不可缺少的控制装置。二、PLC的基本功能在数控机床出现以前，顺序控制技术在工业生产中已经得

4、到广泛应用。许多机械设备的工作过程都需要遵循一定的步骤或顺序。顺序控制即是以机械设备的运行状态和时间为依据，使其按预先规定好的动作次序顺序地进行工作的一种控制方式。数控机床所用的顺序控制装置（或系统）主要有两种，一种是传统的“继电器逻辑电路”，简称RLC（Relay Logic Circuit）。另一种是“可编程序控制器”，即PLC。RLC是将继电器、接触器、按钮、开关等机电式控制器件用导线连接而成的以实现规定的顺序控制功能的电路。在实际应用中，RLC存在一些难以克服的缺点。如：只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时、计数等有限几种功能控制，难以实现复杂的逻辑运算、算术运算、数据处理，以及数控

5、机床所需要的许多特殊控制功能，修改控制逻辑需要增减控制元器件和重新布线，安装和调整周期长，工作量大；继电器、接触器等器件体积较大，每个器件工作触点有限。当机床受控对象较多，或控制动作顺序较复杂时，需要采用大量的器件，因而整个RLC体积庞大，功耗高，可靠性差等。由于RLC存在上述缺点，因此只能用于一般的工业设备和数控车床、数控钻床、数控镗床等控制逻辑较为简单的数控机床。与RLC比较，PLC是一种工作原理完全不同的顺序控制装置。PLC具有如下基本功能：1）PLC是由计算机简化而来的。为适应顺序控制的要求，PLC省去了计算机的一些数字运算功能，而强化了逻辑运算控制功能，是一种功能介于继电器控制和计算

6、机控制之间的自动控制装置。PLC具有与计算机类似的一些功能器件和单元，它们包括：CPU、用于存储系统控制程序和用户程序的存储器、与外部设备进行数据通信的接口及工作电源等。为与外部机器和过程实现信号传送，PLC还具有输入、输出信号接口。PLC有了这些功能器件和单元，即可用于完成各种指定的控制任务。PLC系统的基本功能结构框图如图5-1所示。图5-1 PLC系统的基本功能结构 2）具有面向用户的指令和专用于存储用户程序的存储器。用户控制逻辑用软件实现。适用于控制对象动作复杂，控制逻辑需要灵活变更的场合。 3）用户程序多采用图形符号和逻辑顺序关系与继电器电路十分近似的“梯形图”编辑。梯形图形象直观，

7、工作原理易于理解和掌握。 4）PLC可与专用编程机、编程器、个人计算机等设备联接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。 5）PLC没有继电器那种接触不良、触点熔焊、磨损和线圈烧断等故障。运行中无振动、无噪音，且具有较强的抗干扰能力，可以在环境较差（如：粉尘、高温、潮湿等）的条件下稳定、可靠地工作。 6）PLC结构紧凑、体积小、容易装入机床内部或电气箱内，便于实现数控机床的机电一体化。 PLC的开发利用，为数控机床提供了一种新型的顺序控制装置，并很快在实际应用中显示了强大的生命力。现在PLC已成为数控机床的一种基本的控制装置。与RLC比较，采用PLC的数控机床结构更紧凑，功

8、能更丰富，工作更可靠。对于车削中心、加工中心、FMC、FMS等机械运动复杂，自动化程度高的加工设备和生产制造系统，PLC则是不可缺少的控制装置。 三、PLC的基本结构 PLC实质上是一种工业控制用的专用计算机，PLC系统与微型计算机结构基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。 1. 通用型PLC的硬件结构通用型PLC的硬件基本结构如图5-2所示，它是一种通用的可编程控制器，主要由中央处理单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）模块及电源组成。图5-2 通用型PLC的硬件基本结构主机内各部分之间均通过总线连接。总线分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。各部件的作用如下： （1）中央

9、处理单元CPU PLC的CPU与通用微机的CPU一样，是PLC的核心部分，它按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；用扫描方式查询现场输入装置的各种信号状态或数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中；诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等；在PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路；分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；根据运算结果，更新有关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

10、的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。以上这些都是在CPU的控制下完成的。PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。 （2）存储器存储器（简称内存），用来存储数据或程序。它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。PLC配有系统程序存储器和用户程序存储器，分别用以存储系统程序和用户程序。系统程序存储器用来存储监控程序、模块化应用功能子程序和各种系统参数等，一般使用EPROM；用户程序存储器用作存放用户编制的梯形图等程序，一般使用RAM，若程序不经常修改，也可写入到EPROM中；存储器的容量以字节为单位。系统程序存储器的内容不

11、能由用户直接存取。因此一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是指用户程序存储器。 （3）输入/输出（I/O）模块 I/O模块是CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平和输出驱动能力的I/O模块供用户选用。I/O模块要求具有抗干扰性能，并与外界绝缘因此，多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。I/O模块可以制成各种标准模块，根据输入、输出点数来增减和组合。I/O模块还配有各种发光二极管来指示各种运行状态。 （4）电源PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用来对PLC的内部电路供电。（5）编程器编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过

12、其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它经过接口与CPU联系，完成人机对话。编程器分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。智能型编程器即可在线编程又可离线编程，还以远离PLC插到现场控制站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应的编程语言和方法也较多。 2. PLC软件系统 PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合。它包括系统程序和用户程序。（1）系统程序 系统程序包括监控程序、编译程序及诊断程序等。监控程序又称为管理程序，主要用于管理全机。编译程序用来把程序语言翻译成机器语言。诊断程序用来诊断机器故

13、障。系统程序由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，用户不能直接存取，故也不需要用户干预。（2）用户程序 用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC的程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制要求。用户程序由用户用编程器键入到PLC内存。小型PLC的用户程序比较简单，不需要分段，而是顺序编制的。大中型PLC的用户程序很长，也比较复杂，为使用户程序编制简单清晰，可按功能结构或使用目的将用户程序划分成各个程序模块。按模块结构组成的用户程序， 每个模块用来解决一个确定的技术功能，能使很长的程序编制得易于理解，还使得程序的调试和修改变得很容易。对于数控机床来说，数控机床PLC中的用户程序由机床制造厂

14、提供，并已固化到用户 EPROM中，机床用户不需进行写入和修改，只是当机床发生故障时，根据机床厂提供的梯形 图和电气原理图，来查找故障点，进行维修。四、PLC的规模和几种常用名称在实际运用中，当需要对PLC的规模作出评价时，较为普遍的作法是根据输入输出点数的多少或者程序存储器容量（字数）的大小作为评价的标准，将PLC分为小型、中型和大型（或小规模、中规模和大规模）三类，如表5-1所示。表51 PLC的规模分类 评价指标PLC 规模输入/输出点数（二者总点数）程序存储容量（KB千字）小型PLC小于128点1KB以下中型PLC128点至512点14KB大型PLC512点以上4KB以上存储器容量的大

15、小决定存储用户程序的步数或语句条数的多少。输入输出点数与程序存储器容量之间有内在的联系。当输入输出点数增加时，顺序程序处理的信息量增大，程序加长，因而需加大程序存储器的容量。一般来说，数控车床、铣床、加工中心等单机数控设备所需输入或输出点数多在128点以下，少数复杂设备在128点以上。而大型数控机床，FMC、FMS、FA则需要采用中规模或大规模PLC。为了突出可编程序控制器作为工业控制装置的特点，或者为了与个人计算机“PC”或脉冲编码器“PLC”等术语相区别，除通称可编程控制器为“PLC”外，目前不少厂家，其中有些是世界著名的PLC厂家，还采用了与PLC不同的其他名称。现将几种常见名称列举如下

16、： 微机可编程控制器（Microprocessor Programmable Controller-MPC）； 可编程接口控制器（Programmable Interface Controller-PIC）； 可编程机器控制器（Programmable Machine Controller-PMC）， 可编程顺序控制器（Programmable Seguence Controller-PSC）。第二节 数控机床用PLC一、数控机床用PLC数控机床用PLC可分为两类。一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的“内装型”（Built-in Type）PLC。另一类是输入输出信号接口技术规范、输入输

17、出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的“独立型”（Stand-alone Type）PLC。 1.“内装型”PLC “内装型”PLC（或称“内含型”PLC、“集成式”PLC）从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与MT间则通过CNC输入输出接口电路实现信号传送（如图5-3所示）。图5-3 具有内装型PLC的CNC机床系统框图 内装型PLC有如下特点： 1）内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。 2）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

18、周期、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。其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统其他功能一起统一设计、制造的。因此，系统硬件和软件整体结构十分紧凑，且PLC所具有的功能针对性强，技术指标亦较合理、实用，尤其适用于单机数控设备的应用场合。 3）在系统的具体结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU；硬件控制电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷板上，也可以单独制成一块附加板，当CNC装置需要附加PLC功能时，再将此附加板插装到CNC装置上，内装PLC一般不单独配置输入输出接口电路，而是使用CNC系统本身

19、的输入输出电路；PLC控制电路及部分输入输出电路（一般为输入电路）所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。 4）采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级的控制功能。如：梯形图编辑和传送功能，在CNC内部直接处理NC窗口的大量信息等。 自70年代末以来，世界上著名的CNC厂家在其生产的CNC产品中，大多开发了内装型PLC功能。随着大规模集成电路的开发利用，带与不带PLC功能，CNC装置的外形尺寸已没有明显的变化。一般来说，采用内装型PLC省去了PLC与NC间的连线，又具有结构紧凑、可靠性好、安装和操作方便等优点，和在拥有CNC装置后，又去另外配购一台通用型PLC作控制器的情况相比较，无论

20、在技术上还是经济上对用户来说都是有利的。国内常见的外国公司生产的带有内装型PLC的系统有：FANUC公司的FS-0（PMC-LM），FS-0 Mate（PMC-LM），FS-3（PLC-D），FS-6（PLC-A、PLC-B），FS-1011（PMC-1）；FS-15（PMC-N）；Siemens公司的SINUMERIK 810，SINUMERIK 820；A-B公司的8200，8400，8600等。2.“独立型”PLC“独立型”PLC又称“通用型”PLC。独立型PLC是独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。采用独立型PLC的数控机床系统框图如图5-4所示

21、：图5-4 具有独立型PLC的CNC机床系统框图独立型PLC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（参见图5-2）。2）独立型PLC一般采用积木式模块化结构或笼式插板式结构，各功能电路多做成独立的模块或印刷电路插板，具有安装方便，功能易于扩展和变更等优点。例如，可采用通信模块与外部输入输出设备、编程设备、上位机、下位机等进行数据交换；采用DA模块可以对外部伺服装置直接进行控制；采用计数模块可以对加工工件数量、刀具使用次数、回转体回转分度数等进行检测和控制，采用定位模块可以直

22、接对诸如刀库、转台、直线运动轴等机械运动部件或装置进行控制。3）独立型PLC的输入、输出点数可以通过IO模块或插板的增减灵活配置。有的独立型PLC还可通过多个远程终端连接器构成有大量输入、输出点的网络，以实现大范围的集中控制。在独立型PLC中，那些专为用于FMS、FA而开发的独立型PLC具有强大的数据处理、通信和诊断功能，主要用作“单元控制器”，是现代自动化生产制造系统重要的控制装置。独立型PLC也用于单机控制。国外有些数控机床制造厂家，或是为了展示自己长期形成的技术特色，或是为了保守某些技术绝窍，或纯粹是因管理上的需要，在购进的CNC系统中，舍弃了PLC功能，而采用外购或自行开发的独立型PL

23、C作控制器，这种情况在从日本、欧美引进的数控机床中屡见不鲜。国内已引进应用的独立型PLC有：Siemens公司的SIMATI C S5系列产品；A-B公司的PLC系列产品；FANUC公司的PMC-J等。二、PLC的工作过程 用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器，CPU对用户程序循环扫描并顺序执行，这是PLC的基本工作过程。 当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但是CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理，每一时刻执行一个操作。但由于CPU运算处理速度很高，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程，称为CPU对程序的扫描（CPU处理执行每条指

24、令的平均时间：小型PLC如OMRON-P系列为10s、中型PLC如FANUC-PLC-B为7s）。 PLC接通电源并开始运行后，立即开始进行自诊断，自诊断时间的长短随用户程序的长短而变化。自诊断通过后，CPU就对用户程序进行扫描。扫描从0000H地址所存的第一条用户程序开始，顺序进行，直到用户程序占有的最后一个地址为止，形成一个扫描循环，周而复始。顺序扫描的工作方式简单直观，它简化了程序的设计，并为PLC的可靠运行提供了保证。一方面所扫描到的指令被执行后，其结果马上就可以被将要扫描到的指令所利用。另一方面还可以通过CPU设置扫描时间监视定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，从而避免由于CPU

25、内部故障使程序执行进入死循环而造成的故障。对用户程序的循环扫描执行过程，可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，如图5-5所示。 1. 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式将所有输入端的输入信号状态（ON/OFF状态）读入到输入映 像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样。接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。图5-5 PLC程序执行的过程 2. 程序执行阶段 在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如程序用梯形图表示，则总是按先上后下、先左后右的顺序扫描。每扫描到一

26、条指令时所需要的输入状态或其他元素的状态，分别由输入映像寄存器或输出映像寄存器中读入，然后进行相应的逻辑或算术运算，运算结果再存入专用寄存器。若执行程序输出指令时，则将相应的运算结果存入输出映像寄存器。 3. 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中的状态就是欲输出的状态。在输出刷新阶段将其转存到输出锁存电路，再经输出端子输出信号去驱动用户输出设备，这就是PLC的实际输出。PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一个工作周期（或称扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短有关。 由于输入输出模块滤波器的时间常数，输出继电器的机械滞后以及执行程序时按工作周期进行等原因，会使输入/输出

27、响应出现滞后现象，对一般工业控制设备来说，这种滞后现象是允许的。但一些设备的某些信号要求做出快速响应，因此，有些PLC采用高速响应的输入/输出模块，也有的将顺序程序分为快速响应的高级程序和一般响应速度的低级程序两类。如FANUC-BESK PLC规定高级程序每8ms扫描一次，而把低级程序自动划分分割段，当开始执行程序时，首先执行高级顺序程序，然后执行低级程序的分割段1，然后又去执行高级程序，再执行低级程序的分割段2，这样每执行完低级程序的一个分割段，都要重新扫描执行一次高级程序，以保证高级程序中信号响应的快速性。第三节 典型PLC的指令系统 PLC是专为工业自动控制而开发的装置，通常PLC采用

28、面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程。不同厂家的产品采用的编程语言不同，这些编程语言有梯形图、语句表、控制系统流程图等。为了增强PLC的各种运算功能，有的PLC还配有BASIC语言，并正在探索用其他高级语言来编程。 日本的FANUC公司、立石公司、三菱公司、富士公司等所生产的PLC产品，都采用梯形图编程。在用编程器向PLC输入程序时，一般简易编程器都采用编码表输入，大型编程器也可用梯形图直接输入。在众多的PLC产品中，由于制造厂家不同，其指令系统的表示方法和语句表中的助记符也不尽相同，但原理是完全相同的。在本书中我们以FANUC-PMC-L为例，对适用于数控机床控制的PLC指令作一介绍。在

29、FANUC系列的PLC中，规格型号不同时，只是功能指令的数目有所不同，如北京机床研究所与FANUC公司合作开发的FANUC-BESK PLC-B功能指令23条，除此以外，指令系统是完全一样的。 在FANUC-PMC-L中有两种指令：基本指令和功能指令。当设计顺序程序时，使用最多的是基本指令，基本指令共12条。功能指令便于机床特殊运行控制的编程，功能指令有35条。在基本指令和功能指令执行中，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5-6所示），按先进后出、后进先出的原理工作。当前操作结果压入时，堆栈各原状态全部左移一位；相反地取出操作结果时堆栈全部右移一位，最后压入的信号首

30、先恢复读出。 图5-6 堆栈寄存器操作顺序 一、基本指令 基本指令共12条，指令及处理内容如表5-2所示。基本指令格式如下： · 基本指令 地址号 位数表52 基本指令和处理内容NO指令处理内容1RD读指令信号的状态，并写入ST0中。在一个阶梯开始的是常开节点时使用2将信号的“非”状态读出，送入ST0中。在一个阶梯开始的是常开节点时使用3WRT输出运算结果（ST0的状态）到指定地址4输出运算结果（ST0的状态）的“非”状态到指定地址5AND将ST0的状态与指定地址的信号状态相“与”后，再置于ST0中6将ST0的状态与指定地址的“非”状态相“与”后，再置于ST0中7OR将指定地址的状态

31、与ST0相“或”后，再置于ST08将指定地址的“非” 状态相“或”后，再置于ST09堆栈寄存器左移一位，并把指定地址的状态置于ST010堆栈寄存器左移一位，并把指定地址的状态取“非”后再置于ST011将ST0和ST1的内容执行逻辑“与”，结果存与ST0，堆栈寄存器右移一位12将ST0和ST1的内容执行逻辑“或”，结果存与ST0，堆栈寄存器右移一位下面举一个综合运用基本指令的例子，来说明梯形图与指令代码的应用，此例子把12条基本指令都用到了。图5-7是梯形图的例子，表5-3是针对图5-7的梯形图，用编程器向PLC输入的程序编码表。图5-7 梯形图举例表5-3 梯形图5-7的编码表序号指令地址号位

32、数备注运算结果状态ST2ST1ST01RD 2 3 4 567AND89 1011（）（）12WRT（）（）13（）（）1415OR1617WRT 二、功能指令数控机床所用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（DEC），机械运动状态或液压系统动作状态的延时（TMR）确认，加工零件的计数（CTR），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（DSCH）等。对于上述的译码、定时、计数、最短路径选择，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，

33、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了相应的子程序。 表5-4列出了35种功能指令和处理内容。表5-4 功能指令和处理内容序号指 令处 理 内 容格式1（梯形图）格式2（纸带穿孔与程序显示）格式3（程序输入）1END1SUB1S11级（高级）程序结束2END2SUB2S22级程序结束3END3SUB48S483级程序结束4TMRTMRT定时器处理5TMRBSUB24S24固定定时器处理6DECDECD译码7CTRSUB5S5计数处理8ROTSUB6S6旋转控制9CODSUB7S7代码转换10MOVES

34、UB8S8数据“与”后传输11COMSUB9S9公共线控制12COMESUB29S29公共线控制结束13JMPSUB10S10跳转14JMPESUB30S30跳转结束15PARISUB11S11奇偶检查16DCNV SUB14S14数据转换（二进制 BCD码）17COMPSUB15S15比较18COINSUB16S16符合检查19DSCHSUB17S17数据检索20XMOVSUB18S18变址数据传输21ADDSUB19S19加法运算22SUBSUB20S20减法运算23MULSUB21S21乘法运算24DIVSUB22S22除法运算25NUMESUB23S23定义常数26PACTLSUB25

35、S25位置Mate-A27CODESUB27S27二进制代码转换28DCNVESUB31S31扩散数据转换29COMPBSUB32S32二进制数比较30ADDBSUB36S36二进制数加31SUBBSUB37S37二进制数减32MULBSUB38S38二进制数乘33DIVBSUB39S39二进制数除34NUMEBSUB48S40定义二进制常数35DISPSUB49S49在NC的CTR上显示信息1. 功能指令的格式功能指令不能使用继电器的符号，必须使用图5-8所示的格式符号。这种格式包括：控制条件、指令、参数和输出几个部分。 表5-5为图5-8所示功能指令的编码表和运算结果状态。图5-8 功能指

36、令格式表5-5 图5-8的编码表序号指令地址号位数备注运算结果状态ST3ST2ST1ST01AA2ANDB3CC4D5RSTRST6ACTRSTACT7SUB 指令RSTACT8（PRM）参数1RSTACT9（PRM）参数2RSTACT10（PRM）参数3RSTACT11（PRM）参数4RSTACT12WRTW1输出RSTACT指令格式中各部分内容说明如下：（1）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。控制条件存入堆栈寄存器中，其顺序是固定不变的。（2）指令功能指令的种类见表5-4，指令的三种格式，格式1用于梯形图；格式2用于纸带穿孔和程序显示；格式3是用编程器输入程序时的简化指令

37、。对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。（3）参数功能指令不同于基本指令，可以处理各种数据，也就是说数据或存有数据的地址可作为功能指令的参数，参数的数目和含义随指令的不同而不同。（4）输出功能指令的执行情况可用一位“1”和“0”表示时，把它输出到Wl继电器，Wl继电器的地址可随意确定。但有些功能指令不用Wl，如MOVE、COM、JMP等。（5）需要处理的数据由功能指令管理的数据通常是BCD码或二进制数。如4位数的BCD码数据是按一定顺序放在两个连续地址的存储单元中，分低两位和高两位存放。例如BCD码1234被存放在地址200和201中，则20

38、0中存低两位（34），201中存高两位（12）。在功能指令中只用参数指定低字节的200地址。二进制代码数据可以由l字节、2字节、4字节数据组成，同样是低字节存在最小地址,在功能指令中也是用参数指定最小地址。2. 部分功能指令说明FANUC-PMC-L的功能指令共35条，限于篇幅，本节仅选择几条最常用的加以介绍。在实际应用时大家可参照相应型号和规格的PLC操作说明书来进行研究。（1）顺序程序结束指令（ENDl、END2）ENDl：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： ENDi（SUBi）其中i1或2，分别表示高级和低级顺序程序结束指令。ENDl在顺序程序中必须指定一次

39、，其位置在高级顺序的末尾；当无高级顺序程序时，则在低级顺序程序的开头指定（一般把必须快速响应的信号，如急停信号、进给保持信号的处理程序放在高级程序中），END2在低级顺序程序末尾指定。（2）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。功能相当于一种通常的延时继电器。1）TMR:设定时间可以更改的延时定时器其指令格式如图5-9所示。它通过CRTMDI面板在指令规定的“定时器”控制数据地址来设定时间，设定值用二进制数表示，二进制1相当一个设定时间单位，例如FANUC-BESK PLC-B规定；对定时器l号至8号，设定单位

40、是50ms，时间设定范围是0.053276.70s，而对定时器940号设定单位是8ms，时间设定范围是0.008524.272s。图5-9 TMR指令格式定时器的工作原理是：当控制条件ACT0时，定时继电器TMOO是断开的，当ACT1时，定时器开始计时，到达预定的时间后，定时器TMOO按通。图5-9的编码如表5-6所示。表5-6 图5-9的编码表步号指令地址数·位数备注1RD ·ACT2TMR3WRT ·TM2）TMRB: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，在指令和定时器号的后面加上一项参数预设定时间，与顺序程序一起被

41、写入EPROM。所设定的时间不能用CRTMDI改写。（3）译码指令（DEC）数控机床在执行加工程序中规定的M、S、T机能时，CNC装置以BCD代码形式输出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5-10所示。图5-10 DEC功能指令格式译码信号地址是指NC至PMC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，其中译码值只能两位数。例如M03的译码值为03，M44为44。译码位数的设定有三种情况：01：译码地址中的两位BCD码，高位不译码，只译低位码10：高位译码，低位不译码11：两位BCD码

42、均被译码DEC指令的工作原理是，当控制条件ACT0时，不译码，译码结果继电器Rl断开。当控制条件ACT1时执行译码，当指定译码信号地址中的代码与译码规格数据相同时，输出R11，否则Rl0。译码输出Rl的地址由设计人员确定。下面举一个使用DEC指令的例子，这是M30的译码程序，M功能的两位BCD码信号地址是0067，图5-11是M30的译码梯形图，表5-7是图5-11的编码表。图5-11 M30的译码梯形图表5-7 图5-11的编码表步号指令地址数·位数备注RDMFANDDENDEC0067译码地址0067（PRM）3011译两位码，译码值30WRTM30X输出（4）旋转指令（ROT）

43、该指令可以对刀库、回转工作台等实现选择最短途径的旋转方向；计算现在位置和目标位置之间的步数；计算目标前一个位置的位置数或达到目标前一个位置的步距数。ROT功能指令的格式如图5-12所示，其编码表如表5-8所示。该指令有六项控制条件。1）指定起始位置数 RNO0，转子起始位置数为0；RNO1，转子起始位置数为1。2）指定处理数据（位置数据）的位数 BYT0指定两位BCD码；BYT1指定4位BCD码。3）选择最短路径的旋转方向或不选择 DIR0，不选择，按正向旋转；DIRl，选择。 4）指定计算条件 POS0，计算现在位置与目标位置之间的步距数；POS1，计算目标前一个位置数或计算到达目标前一个位

44、置的步距数。5）指定位置数或步距数 INC0，指定计算位置数；INC1，指定计算步距数。6）执行命令 ACT0，不执行ROT指令，R1不变化；ACT1，执行ROT指令。旋转方向输出：当选择较短路径时有方向控制信号，该信号输出到R1，当R10时旋转方向为正，当Rl1时旋转方向为负（反转）。若转子的位置数是递增的则为正转，反之若转子的位置数是递减的则为反转。R1地址可以任意选择。图5-12 ROT指令格式表5-8 图5-12的编码表步号指令备注1RDRNO2BYT3DIR4POS5INC6ACT7SUB6ROT8（PRM）旋转分度数9（PRM）现在位置地址10（PRM）目标位置地址11（PRM）计

45、算结果输出地址12WRT旋转方向输出（5）逻辑“与”后传输指令（MOVE）该指令的作用是把比较数据（梯形图中写入的）和处理数据（数据地址中存放的）进行逻辑“与”运算，并将结果传输到指定地址。也可用于将指定地址里的8位信号不需要的位消除掉。指令格式如图5-13所示。图5-13 MOVE的指令格式当ACT=0时，MOVE指令不执行；当ACT1时，MOVE指令执行。（6）符合检查指令（COIN）此指令用来检查参考值与比较值是否一致，可用于检查刀库、转台等旋转体是否到达目标位置等。功能指令格式如图5-14所示。 图5-14 COIN指令格式控制条件说明：1）指定数据位数 BYT0，处理数据为两位BCD

46、码；BYT1，处理数据为4位BCD码。2）指定参考值格式 DAT0，参考值用常数指定；DAT1，指定存放参考值的数据地址。注；也有另一种格式把DAT条件放到指令方格后的参数1中，则条件少一行，而参数多一格。3）执行命令 ACT0，不执行；ACT1，执行COIN指令。4）比较结果 R1=0，参考值比较值；R11，参考值比较值。（7）计数器指令（CTR）CTR用作计数器指令，控制型式可按需要选择，其功能指令格式如图5-15所示。图5-15 CTR指令格式指令格式说明：1）指定初始值 CNO0，初始值为0，CNO1，初始值为1。2）指定加或减计数器 UPDOWN=0，做加法计数器；UPDOWN1，做

47、减法计数器。注：做减法计数器时初始值就是预置值，与CNO无关。不论是做加法还是减法计数器，预置值都是从CRTMDI面板上通过键入设定的。 3）复位 RST0，不复位；RST1，复位，复位时R1变为“0”，计数器的累加值变为初始值。 4）计数信号 ACT0，计数器不工作；ACTl，计数器信号的上升沿触发工作。即ACT每通一次，计数器加1或减1。5）R1输出 当计数器累加到预置值时R1=1。R1的地址可任意确定。计数器的计数范围是从00009999。第四节 数控机床PLC的程序设计及调试一、数控机床的控制对象及接口信号 数控机床作为自动化控制设备，是在自动控制下进行工作的，数控机床所受控制可分为两

48、类： 一类是最终实现对各坐标轴运动进行的“数字控制”。如：对CNC车床X轴和Z轴，CNC铣床X轴，Y轴和Z轴的移动距离，各轴运行的插补、补偿等的控制即为“数字控制”。 另一类是“顺序控制”。对数控机床来说，“顺序控制”是在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、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。与“数字控制”比较，“顺序控制”的信息主要是开关量信号。 在讨论PLC、数控系统和机床各机械部件、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“

49、MT侧”（即机床侧）两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件，与CNC系统连接的外部设备。“MT侧”则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、机床强电线路等。PLC处于NC与MT之间，对NC和MT的输入、输出信号进行处理。MT侧顺序控制的最终对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，最终受控对象也越多。一般来说，最终受控对象的数量和控制顺序的复杂程度是依CNC车床、CNC铣床、加工中心、FMC、FMS的顺序递增的。 对CNC装置来说，由MT向CNC传送的信号称为输入信号，由CNC向MT传送的信号称

50、为输出信号。 数控系统及配套PLC装置的输入、输出信号的类型主要有： 1）直流输入信号。如：无隔离直流输入信号，光电隔离直流输入信号等。 2）直流输出信号。如：晶体管直流输出信号、采用干簧继电器的有触点直流输出信号等。 3）直流模拟输入信号。 4）直流模拟输出信号。 5）交流输入信号。 6）交流输出信号。 在上述信号中，用得最多、最普遍的是直流输入、输出信号。直流模拟信号用于伺服控制或其他接收、发送模拟量信号的设备。交流信号用于直接控制功率执行器件。接收或发出模拟信号和交流信号需要有相应的接口电路。实际应用中，一般需要采用独立型PLC，并配置专门的接口模块或插板才能实现。 输入、输出信号接口器

51、件或接插座有如下几种常见的配置形式。 对于内装型PLC： 1）CNC主板输入、输出信号电缆插座。 2）CNC输入输出单元印刷板信号电缆插座。 3）CNC扩展接口板信号电缆插座。 4）CNC外接IO单元的输入、输出模块信号插座或信号接线端子。 对于独立型PLC： 1）输入、输出模块或插板的信号插座、信号接线端子。 2）专用功能模块（如定时、计数、D/A或A/D转换、定位等）输入、输出信号插座或信号接线端子。 直流输入、输出信号接口原理图的表示方法，在不同CNC和机床厂家的说明书及技术资料中虽有很大差别，但均需满足如下要求： 1）表明信号发生器件和信号接收器件的位置。 2）表明信号工作电压的来源和

52、数值。3）注明信号插座或连接端子的编号。 有的接口原理图还注明输入、输出信号的名称、在PLC中的地址等。下面简单介绍一下常见的几种直流输入，输出信号接口图的绘制方法和技术规范。 1.直流输入信号 一种典型的直流输入信号接口图如图5-16所示。图5-16 直流输入信号接口 图中，RV（Receiver）为信号接收器。根据被处理信号的要求，RV可以是无隔离的滤波和电平转换电路；也可以是光电耦合转换电路。X2.7为输入信号地址，M18（24）表示M18插座的第24号脚。 直流输入信号是由机床侧的开关、按钮、继电器触点、检测传感器等采集的闭合断开状态信号。这些状态信号需经上述接口电路处理，才能变成PLC或NC能够接受的信号。典型输入电路如图5-17所示。图5-17 直流输入信号典型电路 在此典型电路中，信号工作电压由CNC内部提供，当MT侧触点闭合时，+24V电压加到接收器电路上，经滤波和电平转换处理后输出至NC内部，成为内部电子线路可以接受和处理的信号。这个典型线路的信号时序如图5-18所示。图5-18 直流输入信号时序图一种典型的直流输出信号接口图如图5-19所示。图5-19 直流输出信号接口图中DV（Drive）为信号驱动器。Y48.0为输出信号地址，