数控机床用可编程控制器

1、 第第9章章 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器 9.1 概概 述述 可编程控制器可编程控制器是一种新型的工业控制器，由计算是一种新型的工业控制器，由计算机来实现顺序控制。机来实现顺序控制。 所谓所谓顺序控制顺序控制，是按生产工艺要求事先安排好程，是按生产工艺要求事先安排好程序，在输入信号的作用下，控制系统的各个执行机序，在输入信号的作用下，控制系统的各个执行机构按一构按一 定规律自动地顺序动作的控制。定规律自动地顺序动作的控制。 数控机床的辅助控制可作为这种顺序控制。数控机床的辅助控制可作为这种顺序控制。 可编程控制器可编程控制器PLC（Programmable Logic Con

2、troller）是一种数字运算电子系统，专为工）是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运行而设计。业环境下运行而设计。 它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，或输出， 控制各种类型的机械或生产过程。控制各种类型的机械或生产过程。 9.1.1 PLC的结构与特点的结构与特点 1. PLC的结构的结构 PLC的型号很多，大、中、小型的型号很多，大、中、小型PLC的功能不的功能不尽相同

3、，其结构也各不相同，但主体结构形式大尽相同，其结构也各不相同，但主体结构形式大体上是相同的，体上是相同的，由中央控制单元、存储器系统、由中央控制单元、存储器系统、输入输入/输出部件、电源部件及编程输出部件、电源部件及编程 器等构成，其器等构成，其各部分均采用总线结构。各部分均采用总线结构。PLC控制系统组成框图控制系统组成框图如图如图9 -1所示。所示。 图图9 -1 PLC控制系统组成框图控制系统组成框图 （1）中央控制单元）中央控制单元CPU PLC中的中的CPU与通用微机中的与通用微机中的CPU一样，一样，是是PLC的核心部分。的核心部分。CPU按系统程序赋予的功能，按系统程序赋予的功能

4、，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，用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状态以及各种信号状态或扫描方式查询现场输入状态以及各种信号状态或数据，并存入输入状态寄存器中。在诊断了电源、数据，并存入输入状态寄存器中。在诊断了电源、PLC内部电路及编程语句无误后，内部电路及编程语句无误后，PLC进入运行进入运行状态。状态。 在在PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，完成用户程序中规定的逻辑运算或算用户程序，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。术运算等任务。 根据运算结果，更新有标志位的状态和输出根据运算结果，更新有标

5、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的位状状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、制表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。打印、数据通信等功能。 由于由于PLC实现的任务主要是动作速度要求不特实现的任务主要是动作速度要求不特别快的顺序控制，在一般情况下，不需要使用高别快的顺序控制，在一般情况下，不需要使用高速的微处理器。为了进一步提高速的微处理器。为了进一步提高PLC的功能，近的功能，近年来采用了多年来采用了多CPU控制，如一个控制，如一个CPU管理逻辑运管理逻辑运算及专用功能指令，另一个算及专用功能指令，另一

6、个CPU专管专管I/O接口和通接口和通信等。中、小信等。中、小 型型PLC常用常用8位或位或16位微处理器，位微处理器，大型大型PLC则采用高速单片机。则采用高速单片机。 （2）存储器）存储器 PLC存储器主要包括随机存储器存储器主要包括随机存储器RAM和只读存和只读存储器储器EPROM。 RAM中一般存放用户程序，比如用户正在调试中一般存放用户程序，比如用户正在调试和修改的程序以及各种暂存的数据、中间变量等，和修改的程序以及各种暂存的数据、中间变量等，CPU可随时对它进行读写。可随时对它进行读写。 为了防止掉电后为了防止掉电后RAM中内容丢失，可用锂电池中内容丢失，可用锂电池作为备用电池，锂

7、电池作为备用电池，锂电池 的寿命一般为的寿命一般为56年，若年，若经常带载可维持经常带载可维持15年。年。 EPROM主要用来存放主要用来存放PLC的操作系统的操作系统和监控程序，由厂家固化到和监控程序，由厂家固化到EPROM中。中。 如果用户程序调试好，也可以通过写入如果用户程序调试好，也可以通过写入器将程序固化在器将程序固化在EPROM中。同样，用户也中。同样，用户也可以对其内容进行擦除。可以对其内容进行擦除。 （3）输入）输入/输出（输出（I/O）模块）模块 I/O模块是模块是PLC与现场与现场I/O装置或其他外部设备装置或其他外部设备的联结部件。其任务是将被控对象或被控生产过的联结部件

8、。其任务是将被控对象或被控生产过程的各种变量进行采集，送入程的各种变量进行采集，送入CPU处理，同时控处理，同时控制器又通过制器又通过I/O模块将运算处理产生的控制输出送模块将运算处理产生的控制输出送到被控设备或生产现场，驱动各种执行机构动作，到被控设备或生产现场，驱动各种执行机构动作，实现实时控制。实现实时控制。 （4）编程器）编程器 编程器用于用户程序的编制、编辑、调试和监编程器用于用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过键盘调用和显示视，还可以通过键盘调用和显示PLC的的 一些内部一些内部状态和系统参数。状态和系统参数。 它通过接口与它通过接口与PLC联系，完成人机对话连接。联系，完

9、成人机对话连接。 编程器分简易型和智能型两种：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，它通过一个专简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接口与用接口与PLC连接连接; 智能型编程器既可以在线编程又可离线编程。智智能型编程器既可以在线编程又可离线编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应的编程语言也较多，并可以直接用梯形图全，适应的编程语言也较多，并可以直接用梯形图编程，还可与微型计算机接口或与打印机接口实现编程，还可与微型计算机接口或与打印机接口实现程序的存储、打印、通信等功能。程序的存储、打印、通信等功能。 目前

10、，应用微型计算机，通过变换适配器和编目前，应用微型计算机，通过变换适配器和编译软件也可完成与智能型编程器同样的任务。译软件也可完成与智能型编程器同样的任务。 （5）电源）电源 电源单元将外部供电（电源单元将外部供电（110V、220V等）转换成中等）转换成中央处理器所需要的工作电压（央处理器所需要的工作电压（5V）。）。 由于由于PLC直接直接在工业现场应用，因此对电源的技术要求较高。为在工业现场应用，因此对电源的技术要求较高。为防止来自电流电源的噪声和干扰，一般要采用多级防止来自电流电源的噪声和干扰，一般要采用多级滤波，并使交流电源与内部直流电源之间有必要的滤波，并使交流电源与内部直流电源之

11、间有必要的绝缘，同时采用稳压电源以适应电网波动和温度的绝缘，同时采用稳压电源以适应电网波动和温度的影响。此外，还要求电源对过电压具有一定的保护影响。此外，还要求电源对过电压具有一定的保护能力，以防止在电压突变时损坏中央处理器。能力，以防止在电压突变时损坏中央处理器。 2.PLC的主要特点的主要特点 作为新型的顺序控制装置，作为新型的顺序控制装置，PLC适应在工业环适应在工业环境中使用的要求，具有以下特点境中使用的要求，具有以下特点: （1）抗干扰能力强、工作可靠）抗干扰能力强、工作可靠 一般一般PLC硬件都硬件都采用屏蔽；电源采用多级滤波；在采用屏蔽；电源采用多级滤波；在CPU和和I/O之间之

12、间采用光电隔离措施。在软件方面，采用光电隔离措施。在软件方面，PLC具有断电具有断电保护和故障自诊断功能，适宜在各种恶劣的环境保护和故障自诊断功能，适宜在各种恶劣的环境下，直接安装在机械设备上工作。下，直接安装在机械设备上工作。 （2）与现场信号直接连接）与现场信号直接连接 针对不同的现场信号（如直流或交流、开关量针对不同的现场信号（如直流或交流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电 或或弱电等），有相应的输入或输出模块可与现场的弱电等），有相应的输入或输出模块可与现场的工业器件（如按钮、行程开关、传感器、变换工业器件（如按钮、行程开关、传感器、变

13、换 器、电磁阀、电机启动装置、控制阀）直接连接，器、电磁阀、电机启动装置、控制阀）直接连接，并通过数据总线与微处理器模块相连接。并通过数据总线与微处理器模块相连接。 （ 3） 编程简单编程简单 一般使用与继电器电路原理相似的梯形图编一般使用与继电器电路原理相似的梯形图编程方式。由于简单、形象，易于现场操作程方式。由于简单、形象，易于现场操作 人员人员理解和掌握。理解和掌握。 （4）组合灵活）组合灵活 PLC通常采用积木式结构，便于将通常采用积木式结构，便于将PLC与数据与数据总线连接，组合成灵活的控制系统。总线连接，组合成灵活的控制系统。 （5）安装简单、维修迅速方便）安装简单、维修迅速方便

14、PLC对环境的要求不高，使用时只需将检测器对环境的要求不高，使用时只需将检测器件及执行设备与件及执行设备与PLC的的I/O端子连端子连 接无误，系统接无误，系统即可工作。故障的即可工作。故障的80%以上是出现在外围的输入以上是出现在外围的输入/输出部件上，能快速准确地诊断故障。目前已能输出部件上，能快速准确地诊断故障。目前已能在在15min内排除故障，迅速恢复生产。内排除故障，迅速恢复生产。 9.1.2 PLC的基本编程方法的基本编程方法 编程是把控制任务的功能转换成程序。由于编程是把控制任务的功能转换成程序。由于PLC的硬件结构不尽相同，因此程序的的硬件结构不尽相同，因此程序的 表达方法表达

15、方法也不同。也不同。 1.梯形图梯形图 梯形图编程是在原电器控制系统中常用的接触器、梯形图编程是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图的基础上演变而来的，它与电气操作继电器梯形图的基础上演变而来的，它与电气操作原理图相呼应。原理图相呼应。 梯形图梯形图的最大优点是形象、直观和实用，的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知，为广大电气技术人员所熟知，是是PLC的主要的主要编程语言。编程语言。 梯形图与继电器控制电路在电路的结构梯形图与继电器控制电路在电路的结构形式、元件的符号及逻辑控制功能等方面是形式、元件的符号及逻辑控制功能等方面是相同的，如图相同的，如图9 -2所示。但它

16、们又有很多不所示。但它们又有很多不同之处，梯形图具有以下特点同之处，梯形图具有以下特点: 图9 -2 梯形图举例 （1）梯形图按从上向下、从左往右的顺序排列，每）梯形图按从上向下、从左往右的顺序排列，每一个输出元素与其控制逻辑构成一个逻辑单元，逻一个输出元素与其控制逻辑构成一个逻辑单元，逻辑单元始于左端竖线（也称左母线），终于输出元辑单元始于左端竖线（也称左母线），终于输出元素（也称继电器线圈），右端终止竖线可不画。素（也称继电器线圈），右端终止竖线可不画。 （2）继电器控制系统电路图表示的是物理电路，）继电器控制系统电路图表示的是物理电路，工作时回路中有电流通过。梯形图是工作时回路中有电流通

17、过。梯形图是 逻辑关系逻辑关系的一种表达形式（虚拟物理电路），工作时的一种表达形式（虚拟物理电路），工作时PLC按图形表达的用户控制逻辑，逐步执行程序。按图形表达的用户控制逻辑，逐步执行程序。 （3）PLC在运行状态时，对梯形图是按扫描方式在运行状态时，对梯形图是按扫描方式从左到右、从上到下的顺序执行，不存在几条回从左到右、从上到下的顺序执行，不存在几条回路同时工作的可能。在设计控制逻辑时，应注意路同时工作的可能。在设计控制逻辑时，应注意根据其运行特点，合理设置控制逻辑。根据其运行特点，合理设置控制逻辑。 2.语句表语句表 语句表类似于计算机汇编语言的形式，它是用语句表类似于计算机汇编语言的形

18、式，它是用指令的助记符来编程的，即用一个或几个容易记指令的助记符来编程的，即用一个或几个容易记忆的字符来代表忆的字符来代表PLC的某种操作功能。的某种操作功能。 下面以下面以F系列系列PLC指令为例说明其语句表达式及指令为例说明其语句表达式及其意义。其意义。 （1）LD、LDI和和OUT指令指令 LD（Load）和）和 LDI（Load Inverse）用于母）用于母线或分支开头；线或分支开头； LD 用于常开触点；用于常开触点； LDI 用于常闭触点。用于常闭触点。 OUT根据给予的指令条件用于输出继电器、计根据给予的指令条件用于输出继电器、计时器、计数器等。时器、计数器等。 OUT 指令可

19、以并联连接，次数不限。指令可以并联连接，次数不限。 OUT用于计时器和计数器时，需跟常数用于计时器和计数器时，需跟常数K。 对于计数器而言，当输入条件不满足时，将自动对于计数器而言，当输入条件不满足时，将自动复位。复位。 LD X1 OUT Y1 LDI X2 OUT Y2 OUT T1K 6 LD T1 OUT Y3 END图图9-3 LD、LDI和和OUT指令使用举例指令使用举例 （2）AND和和ANI指令指令 AND 用于串联常开触点；用于串联常开触点； ANI 用于串联常闭触点，串联点数用于串联常闭触点，串联点数不受限制，见图不受限制，见图9 -4的编程举例。的编程举例。LD X1 A

20、ND X2 ANI X3 OUT Y1LD X4OUT Y2 AND X5OUT Y3END 图图9-4 AND和和ANI指令使用举例指令使用举例 （3）OR和和ORI指令指令 OR 用于并联常开触点；用于并联常开触点； ORI 用于并联常闭触点，并联触点用于并联常闭触点，并联触点数不受限制，见图数不受限制，见图9 -5的编程举例。的编程举例。图图9 -5 OR和和ORI指令使用举例指令使用举例LD X1 OR X2 ORI X3 AND X4 OUT Y1 END （4）ORB指令指令 ORB（OR Block）用于并联两个或两）用于并联两个或两个以上的块，每一接点块都从个以上的块，每一接点

21、块都从LD/LDI指令指令开始操作，见图开始操作，见图9 -6的编程举例。的编程举例。LD X1 AND X2 LD X3 AND X4 ORB LDI X5 AND X6 ORB OUT Y1 END 图图9 -6 ORB指令使用举例指令使用举例 （5）ANB指令指令 ANB（AND Block）用于串联两个或两）用于串联两个或两个以上的块，每一接点块都从个以上的块，每一接点块都从LD/LDI指令指令开始操作，见图开始操作，见图9 -7的编程举例。的编程举例。图图9 -7 ANB指令使用举例指令使用举例LD X1 OR X2 LD X3AND X4 LDI X5 AND X6 ORB ANB

22、 OR X7 OUT Y1 END （6）SET和和RST指令指令 SET/RST指令用于输出继电器、中间继电指令用于输出继电器、中间继电器和数据位的置位器和数据位的置位/复位操作。复位操作。 SET置位，置位，RST复位。复位。 SET/RST指令可任意编排编写次序，但置位指令可任意编排编写次序，但置位指令优先执行，见图指令优先执行，见图9 -8的的 编程举例。编程举例。LD X1 SET Y1 LD X2 RST Y1 LD X3 SET M1 LD X4 RST M1 LD X5 RST D1 END 图图9 -8 SET和和RST指令使用举例指令使用举例 （7）PLS指令指令 PLS（

23、Plus）指令用于产生一个正脉冲。适用）指令用于产生一个正脉冲。适用于所有中间继电器，使中间继电器接点接通一个于所有中间继电器，使中间继电器接点接通一个扫描周期的时间。扫描周期的时间。 见图见图9 -9的编程举例，当输入的编程举例，当输入X0接通后，在辅接通后，在辅助继电器上产生一个脉冲，利用此脉冲使计数器助继电器上产生一个脉冲，利用此脉冲使计数器复位。复位。 LD X0 PLS M0 LD M0 RST T60 LD X1 OUT T60 K 5 LD T60 OUT M120 END 图图9 -9 PLS指令使用举例指令使用举例 （8）SFT指令指令 SFT（Shift）指令仅仅用于移位寄

24、存器。见图）指令仅仅用于移位寄存器。见图9 -10的编程举例。的编程举例。X0为数据输入端；为数据输入端；X1为移位为移位输入端；输入端；X2为复位输入端。为复位输入端。 移位寄存器的工作过程为：移位寄存器的工作过程为： 输入输入X0置位置位M130后，每输入一个移位脉冲后，每输入一个移位脉冲X1，移位寄存器将前一位的信息移到后一位，从移位寄存器将前一位的信息移到后一位，从M130到到M137，最后一位信息，最后一位信息M137将溢出。将溢出。LD X0 OUT M130 LD X1 SFT M130 LD X2 RST M130 END 图图9 -10 SFT指令使用举例指令使用举例 （9）

25、NOP指令指令 NOP（No Process）指令是不操作某个指令）指令是不操作某个指令（空操作）。（空操作）。NOP指令在程序中占一个步序，但指令在程序中占一个步序，但无目标元素。在执行无目标元素。在执行NOP指令时，并不做任何事，指令时，并不做任何事，待执行完待执行完NOP指令的时间过后再执行下一步程序。指令的时间过后再执行下一步程序。NOP指令通常用于以下几个方面指令通常用于以下几个方面: 指定某些步指定某些步序内容为空，留空待用；序内容为空，留空待用； 短路某些接点或电路；短路某些接点或电路； 切断某些电路；切断某些电路； 变换先前的电路。变换先前的电路。 （10）END指令指令 这是

26、一条结束指令。这是一条结束指令。PLC能重复地进行输入处能重复地进行输入处理、程序执行和输出处理。理、程序执行和输出处理。 如果程序结束时写入如果程序结束时写入END指令，则立即执行输出处理，指令，则立即执行输出处理，而不再执行后面额外的步骤。而不再执行后面额外的步骤。 在试运行中，如果在每个程序块的末尾写入在试运行中，如果在每个程序块的末尾写入END指令，指令，则可依次地检查每一块的运行情况。这时，在检查了前面则可依次地检查每一块的运行情况。这时，在检查了前面电路块的工作后，要依次删去中间各电路块的工作后，要依次删去中间各END指令。指令。 PLC的基本逻辑指令除了上述的这些以外，的基本逻辑

27、指令除了上述的这些以外，还有很多，而且还有很多，而且不同的不同的PLC生产厂商出产的生产厂商出产的PLC指令系统也略有不同。指令系统也略有不同。 PLC还具有一些典型的指令系统，如数据传送还具有一些典型的指令系统，如数据传送指令和算术运算指令。指令和算术运算指令。 3.逻辑功能图逻辑功能图 逻辑功能图与半逻辑功能图与半导体逻辑电路中的逻导体逻辑电路中的逻辑方块图相似，每一辑方块图相似，每一个功能都使用一个运个功能都使用一个运算方块表达，其运算算方块表达，其运算功能由方块内的符号功能由方块内的符号决定，如图决定，如图9 -11所所示。示。图图9 -11 逻辑功能图逻辑功能图 图中：图中： “&a

28、mp;” 表示逻辑表示逻辑“与与”运算；运算； “=1” 表示逻辑表示逻辑“或或”运算。运算。 与方块图功能有关的输入，如来自外部输入装置的接与方块图功能有关的输入，如来自外部输入装置的接点，画在方块图的左侧；输出（如执行机构、继电器、接点，画在方块图的左侧；输出（如执行机构、继电器、接触器、电磁阀或信号指示灯等）画在方块图的右侧。在输触器、电磁阀或信号指示灯等）画在方块图的右侧。在输入左边和输出右边分别写明运算地址码和地址参数。入左边和输出右边分别写明运算地址码和地址参数。 这种表达方式易于描述较为复杂的逻辑功能，表达也很这种表达方式易于描述较为复杂的逻辑功能，表达也很直观，且容易找错。缺点

29、是需采用带显示屏幕的编辑器。直观，且容易找错。缺点是需采用带显示屏幕的编辑器。 4.功能图编程功能图编程 功能图编程是一种较新功能图编程是一种较新的编程方法，它的作用是的编程方法，它的作用是用功能图表达一个顺序控用功能图表达一个顺序控制过程，图制过程，图9 -12是功能是功能图编程的例子，数字代表图编程的例子，数字代表顺序步，每个顺序步的步顺序步，每个顺序步的步进条件和执行功能必须在进条件和执行功能必须在图上标出。图上标出。图图9 -12 功能图编程举例功能图编程举例 9.1.3 PLC在机床数控系统中的应用在机床数控系统中的应用 在机床的数控系统中，控制部分可分为数字控在机床的数控系统中，控

30、制部分可分为数字控制和顺序控制两大部分。制和顺序控制两大部分。 数字控制部分控制刀具轨迹数字控制部分控制刀具轨迹. 顺序控制部分控制辅助机械动作。顺序控制部分控制辅助机械动作。这种辅助机这种辅助机械动作控制通常称强电控制，它以主轴转速械动作控制通常称强电控制，它以主轴转速S、刀、刀具选择具选择T和辅助功能和辅助功能M为代码信息送入数控系统，为代码信息送入数控系统，经系统的识别、处理，转换成与辅助机械动作对应经系统的识别、处理，转换成与辅助机械动作对应的控制信号，使执行环节做相应的开关动作。的控制信号，使执行环节做相应的开关动作。 长期以来，机床强电控制采用传统的继电器逻辑，体积庞长期以来，机床

31、强电控制采用传统的继电器逻辑，体积庞大、可靠性差、功耗高，而且大、可靠性差、功耗高，而且 只能进行简单的逻辑运算。只能进行简单的逻辑运算。 1970年以后，世界各国相继采用年以后，世界各国相继采用PLC来代替继电器逻辑。来代替继电器逻辑。 由于由于PLC的响应速度比继电器逻辑快，可靠性比继电器逻的响应速度比继电器逻辑快，可靠性比继电器逻辑高得多，并且易于使用、编辑高得多，并且易于使用、编 程、修改，成本也不高；而程、修改，成本也不高；而与计算机相比，虽然其计算能力差，但逻辑运算功能可处理与计算机相比，虽然其计算能力差，但逻辑运算功能可处理大量的开关量且能直接输出到每个具体的执行部件（这点计大量

32、的开关量且能直接输出到每个具体的执行部件（这点计算机不能做到，需增加各种接口才行），因此，算机不能做到，需增加各种接口才行），因此，PLC很快成很快成为数控系统发展中的一个重要方面。为数控系统发展中的一个重要方面。 在讨论在讨论PLC、数控系统和机床各机械部件、机、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，床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数控常把数控机床分为机床分为NC侧和机床侧两大部分。侧和机床侧两大部分。 NC侧包括侧包括CNC系统的硬件和软件、与系统的硬件和软件、与CNC系系统连接的外部设备。统连接的外部设备。 机床侧则包括机床机械部分及其液压、气压、机床侧则包

33、括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排冷却、润滑、排 屑等辅助装置、机床操作面板、屑等辅助装置、机床操作面板、继电器电路、机床强电路等。继电器电路、机床强电路等。 PLC处于处于NC与机床之间，与机床之间， 对对NC和机床的输和机床的输入入/输出信号进行处理。输出信号进行处理。 PLC完成各种辅助功能时，首先由完成各种辅助功能时，首先由CNC系统对系统对包含在包含在CNC程序中的各种辅助功能指令进行译码，程序中的各种辅助功能指令进行译码，将需要将需要PLC处理的数据传递给处理的数据传递给PLC的存储器，的存储器，PLC将这些数据与来自机床的状态信号结合，进将这些数据与来自机床的状态信号结

34、合，进行逻辑运算处理，生成控制指令，由行逻辑运算处理，生成控制指令，由PLC输出装输出装置经过功率放大，通过控制机床的执行元件来实置经过功率放大，通过控制机床的执行元件来实现各种辅助功能。现各种辅助功能。 PLC顺序控制的任务：顺序控制的任务： 在机床电气控制中，在机床电气控制中，PLC顺序控制的任务随数顺序控制的任务随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大差别，主要可以归纳为如下几方面大差别，主要可以归纳为如下几方面: （1）机床主轴的启停、正反转控制及主轴转速）机床主轴的启停、正反转控制及主轴转速的控制、倍率的选择的控制、倍率的选择; （2

35、）机床冷却、润滑系统的接通和断开）机床冷却、润滑系统的接通和断开; （3）机床刀库的启停和刀具的选择、更换）机床刀库的启停和刀具的选择、更换; （4）机床卡盘的夹紧、松开；）机床卡盘的夹紧、松开； （5）机床自动门的打开、闭合；）机床自动门的打开、闭合； （6）机床尾座和套筒的启停、前进、后退控制；）机床尾座和套筒的启停、前进、后退控制； （7）机床排屑等辅助装置的控制。）机床排屑等辅助装置的控制。 9.1.4 可编程控制器程序编制原则可编程控制器程序编制原则 为使梯形图电路便于编程，设计梯形图时应注意为使梯形图电路便于编程，设计梯形图时应注意以下绘制规则以下绘制规则: （1）梯形图上的）梯形

36、图上的垂直线上不画触点，垂直线上不画触点，如图如图9 -13（a）所示；所示； （2）输出线圈画在逻辑单元电路的最右边输出线圈画在逻辑单元电路的最右边，如图，如图9 -13（b）所示）所示; 图图9 -13 梯形图的绘制规则梯形图的绘制规则 （3）如图）如图9 -13（c） 和图和图9 -13（d）所示，逻）所示，逻辑单元中有多个并联和串联分支电路时：辑单元中有多个并联和串联分支电路时： 串联触点串联触点多多的支路在上方；的支路在上方； 串联触点串联触点少少的支路在下方；的支路在下方； 并联触点并联触点多多的回路画在左边；的回路画在左边； 并联触点并联触点少少的回路画在右边，的回路画在右边，图

37、图9 -13 梯形图的绘制规则梯形图的绘制规则 图图9 -14 梯形图设计推荐画法梯形图设计推荐画法 9.1.5 可编程控制器编程元素可编程控制器编程元素 目前可编程控制器的型号繁多，但是其编程原理目前可编程控制器的型号繁多，但是其编程原理和编程元素是相同的，只是编程元素代号、地址编和编程元素是相同的，只是编程元素代号、地址编码和指令符号略有不同。码和指令符号略有不同。 由于继电器控制系统的电路图与梯形图在结构形由于继电器控制系统的电路图与梯形图在结构形式、元件符号以及逻辑控制功能等方面的相似性，式、元件符号以及逻辑控制功能等方面的相似性，使得可以将一些继电器控制系统电路图的概念用于使得可以将

38、一些继电器控制系统电路图的概念用于梯形图，常用的有触点概念和继电器概念。梯形图，常用的有触点概念和继电器概念。 可编程控制器编程元素的名称、地址编号、功可编程控制器编程元素的名称、地址编号、功能和使用方法：能和使用方法： 1.输入继电器输入继电器X 输入继电器对应可编程控制器的输入端口，外输入继电器对应可编程控制器的输入端口，外部现场信号经输入端口，将信号状态存放在输入部现场信号经输入端口，将信号状态存放在输入状态寄存器中，其作用相当于状态寄存器中，其作用相当于外部信号触发该端外部信号触发该端口的输入继电器，输入继电器的常闭常开触点供口的输入继电器，输入继电器的常闭常开触点供编程使用。输入继电

39、器的编号即是输入端口的编编程使用。输入继电器的编号即是输入端口的编号，也是输入状态寄存器对应位的地址代号。号，也是输入状态寄存器对应位的地址代号。 三菱公司三菱公司FX2系列小型可编程控制器基本单元系列小型可编程控制器基本单元及扩展单元输入继电器点数采用八进制编号，最及扩展单元输入继电器点数采用八进制编号，最多可达多可达128点，编号规则和表示方法如下：点，编号规则和表示方法如下： X000Y007 X100Y107 X010Y017 X110Y117 X070Y077 X170Y177 2.输出继电器输出继电器Y 输出继电器对应可编程控制器的输出端口，其输出继电器对应可编程控制器的输出端口，

40、其作用相当于作用相当于输出控制信号触发该端口的输出继电输出控制信号触发该端口的输出继电器，输出继电器的常闭常开触点供编程使用，同器，输出继电器的常闭常开触点供编程使用，同时另一常开触点闭合，接通驱动可编程控制器外时另一常开触点闭合，接通驱动可编程控制器外负载电路，形成可编程控制器的实际输出。负载电路，形成可编程控制器的实际输出。 输出继电器的编号即是输出端口的编号，也是输出继电器的编号即是输出端口的编号，也是输出寄存器对应位的地址代号。输出寄存器对应位的地址代号。 三菱公司三菱公司FX2系列小型可编程控制器基本单元及系列小型可编程控制器基本单元及扩展单元扩展单元输出继电器输出继电器点数，也采用

41、八进制编号，最点数，也采用八进制编号，最多可达多可达128点，编号规则点，编号规则 和表示方法如下：和表示方法如下： X000Y007 X100Y107 X010Y017 X110Y117 X070Y077 X170Y177 3.辅助继电器辅助继电器M 可编程控制器中的辅助继电器的作用相当于继电可编程控制器中的辅助继电器的作用相当于继电器控制电路中的中间继电器，辅助继电器不能对外器控制电路中的中间继电器，辅助继电器不能对外直接输出驱动外部负载，只能作为中间状态的控制直接输出驱动外部负载，只能作为中间状态的控制信号，存放在存储器中。信号，存放在存储器中。 可编程控制器中的辅助继电器有两种类型可编

42、程控制器中的辅助继电器有两种类型: 一类为一类为无掉电保护的辅助继电器（无掉电保护的辅助继电器（也称通用辅助也称通用辅助继电器），当断开可编程控制器外部电源时，辅助继电器），当断开可编程控制器外部电源时，辅助继电器的状态信息即消失；继电器的状态信息即消失； 另一类是另一类是具有掉电保护的辅助继电器具有掉电保护的辅助继电器，断开可编，断开可编程控制器外部电源时，辅助继电器的状态信息可在备程控制器外部电源时，辅助继电器的状态信息可在备用电源的支持下保存，具有记忆功能。用电源的支持下保存，具有记忆功能。 三菱公司三菱公司FX2系列小型可编程控制器辅助继电器采系列小型可编程控制器辅助继电器采用十进制编

43、号：用十进制编号： 通用辅助继电器编号为通用辅助继电器编号为M000M499，计，计500点；点； 掉电保护辅助继电器编号为掉电保护辅助继电器编号为M500M1023，计，计524点。点。 4.定时器定时器T 可编程控制器中的定时器相当于继电器控制系统可编程控制器中的定时器相当于继电器控制系统中的时间继电器。中的时间继电器。 定时器根据时钟脉冲累积计时，计时到达设定值定时器根据时钟脉冲累积计时，计时到达设定值时，其触点动作。时，其触点动作。 定时器提供无限对常开和常闭延时触点供编程选定时器提供无限对常开和常闭延时触点供编程选用。用。 定时器编号采用十进制，其编制规律和时间设定方定时器编号采用十

44、进制，其编制规律和时间设定方法为法为: （1）定时精度为）定时精度为100ms的定时器：的定时器：T000T199，计计200点，设定值范围点，设定值范围0.13276.7s； （2）定时精度为）定时精度为10ms的定时器：的定时器：T200T245，计计46点，设定值范围点，设定值范围0.01327.67s。 5.计数器计数器C 可编程控制器使用计数器完成计数控制，有可编程控制器使用计数器完成计数控制，有的计数器带有掉电保护，去除外部电源，的计数器带有掉电保护，去除外部电源， 计数器的计数数据不会被丢失。计数器的计数数据不会被丢失。 计数器的设定值可由常数计数器的设定值可由常数K（十进制常数

45、）（十进制常数）设定，也可通过数据寄存器的地址号设定。设定，也可通过数据寄存器的地址号设定。 计数器的编号采用十进制，其编制规律和计数器的编号采用十进制，其编制规律和计数设置方法为：计数设置方法为： （1）通用加计数器：）通用加计数器：C000C099，计，计100点，计数范围在点，计数范围在K1K32767之间；之间； （2）掉电保护加计数器：）掉电保护加计数器：C100C199，计计100点，计数范围在点，计数范围在K1K32767之间。之间。 6.状态器状态器S 状态器是编制步进顺序控制时使用的编程元素，状态器是编制步进顺序控制时使用的编程元素，状态器的触点使用与辅助继电器触点的使用相同

46、，状态器的触点使用与辅助继电器触点的使用相同，使用次数不限，其器件编号为：使用次数不限，其器件编号为： 初始状态器初始状态器S0S9（10点）；点）； 复位状态器复位状态器S10S19（10点）；点）； 通用状态器通用状态器S20S499（480点）；点）； 掉电保护状态器掉电保护状态器S500S899（400点）。点）。 应用步进控制时，由初始状态器应用步进控制时，由初始状态器S0S9进入步进进入步进控制；控制； 复位状态器复位状态器S10S19只用于设备回原位时的步进只用于设备回原位时的步进控制，并由初始状态器置位控制，并由初始状态器置位; 通用状态器通用状态器S20S499用于设备工作步

47、进控制，用于设备工作步进控制，也需由初始状态器置位。也需由初始状态器置位。 7. 指针指针P 分支指令（如跳转指令），为指定跳转目标，需分支指令（如跳转指令），为指定跳转目标，需用指针作为标号。用指针作为标号。 指针编号为指针编号为P0P63 （64点），编程时，编号不点），编程时，编号不能重复使用。能重复使用。 8. 数据寄存器数据寄存器D 数据寄存器存放数据，每一数据寄存器均为数据寄存器存放数据，每一数据寄存器均为16位，位，其编号为：其编号为： （1）通用数据寄存器（）通用数据寄存器（D0D199，200点）点） 新数据覆盖旧数据，停机断电时，数据消失；新数据覆盖旧数据，停机断电时，数据

48、消失； （2）保持数据寄存器（）保持数据寄存器（D200D511，312点）：点）： 除非改写，否则数据不会丢失。除非改写，否则数据不会丢失。 9.2 顺序程序设计和调试顺序程序设计和调试 9.2.1 确定确定PLC的型号及硬件配置的型号及硬件配置 1. PLC型号的选择型号的选择 在利用在利用PLC组成应用系统时，首先遇到的问题组成应用系统时，首先遇到的问题就是就是PLC的选型。用户在选用的选型。用户在选用PLC时，所依照的时，所依照的一般原则顺序如下：一般原则顺序如下：（1）可靠性）可靠性; （2）性能）性能; （3）维护）维护;（4）能在恶劣环境下工作）能在恶劣环境下工作; （5）使用方

49、便）使用方便; （6）编程方便与否）编程方便与否; （7）与现场设备的兼容性）与现场设备的兼容性; （8）修改与扩充能力）修改与扩充能力; （9）诊断能力）诊断能力; （10）价格）价格; （11）特殊能力）特殊能力; （12）联网能力）联网能力; （13）运算能力。）运算能力。 由于由于PLC用户将可靠性放在选择原则的首位，用户将可靠性放在选择原则的首位，因此，所有的因此，所有的PLC生产厂家都在这方面生产厂家都在这方面 做了大量做了大量的研究工作，取得了较高的可靠性。的研究工作，取得了较高的可靠性。 现在选择现在选择PLC，反而不将可靠性放在首位了。，反而不将可靠性放在首位了。 在进行在进

50、行PLC的选型时，需要考虑以下几个问题：的选型时，需要考虑以下几个问题： （1） I/O点数点数 根据控制系统的要求，估算出所需要的根据控制系统的要求，估算出所需要的I/O点点数，再增加数，再增加20%30%的备用量，的备用量， 以便今后功能以便今后功能的扩充。的扩充。 这里讲的这里讲的I/O点数，是指点数，是指PLC能够输入输出的能够输入输出的开关量和模拟量总的个数。在进行系统设计时，开关量和模拟量总的个数。在进行系统设计时，要尽可能简化系统要尽可能简化系统I/O点数，以降低系统造价，提点数，以降低系统造价，提高系统稳定性。高系统稳定性。 （2）扫描速度）扫描速度 对于以开关量为主的控制系统

51、，不用考虑扫描速对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般机型都能满足要求；度，一般机型都能满足要求； 对于有模拟量控制的系统，就要考虑扫描速度。对于有模拟量控制的系统，就要考虑扫描速度。 （3）负载容量）负载容量 要考虑负载容量的大小，如果要考虑负载容量的大小，如果PLC输出点的容量输出点的容量不够，要用中间继电器作为不够，要用中间继电器作为PLC 输出点的转换。输出点的转换。 （4）电压）电压 输入模块按电压分类有直流输入模块按电压分类有直流5V、12V、24V、48V、60V，交流，交流115V、220V。 选择输入模块时，电压的选择应根据现场设备选择输入模块时，电压的选择应根据

52、现场设备与模块之间的距离来考虑。一般与模块之间的距离来考虑。一般5V、12V、24V属低电平，其传输距离不宜太远，属低电平，其传输距离不宜太远，5V模块最远不模块最远不得超过得超过10m，距离较远的设备应选用较高电压的，距离较远的设备应选用较高电压的模块。模块。 （5）输出模块）输出模块 选择输出模块时，选择输出模块时，PLC的输出方式应根据负载的输出方式应根据负载要求进行选择，继电器输出的价格便宜，适用电要求进行选择，继电器输出的价格便宜，适用电压范围较宽，导通压降小。但它属于有触点元件，压范围较宽，导通压降小。但它属于有触点元件，其动作较慢、寿命较短，因此，适用于不频繁通其动作较慢、寿命较

53、短，因此，适用于不频繁通断的负载。断的负载。 当驱动感性负载时，其最大通断频率不得超过当驱动感性负载时，其最大通断频率不得超过1Hz。对于频繁通断的低功率因数的电感负载，。对于频繁通断的低功率因数的电感负载，应采用无触点开关元件，即选用晶体管输出（直应采用无触点开关元件，即选用晶体管输出（直流输出）或可控硅输出（直流输出）。流输出）或可控硅输出（直流输出）。 输出模块的输出电流必须大于负载电流的额定输出模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，输出模块同时接通的电流累计值必须小于公值，输出模块同时接通的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。共端所允许通过的电流值。 （6）及其他智能模块的选

54、用）及其他智能模块的选用 如果控制系统需要，应考虑模拟量输入如果控制系统需要，应考虑模拟量输入/输出模输出模块及其他智能模块的选用。在选用通信模块时，要块及其他智能模块的选用。在选用通信模块时，要考虑通信的接口类型、通信的速度、通信网络等。考虑通信的接口类型、通信的速度、通信网络等。 （7）电源模块的选择）电源模块的选择 电源模块的选择，只需考虑输出电流。电源模块电源模块的选择，只需考虑输出电流。电源模块的额定输出必须大于的额定输出必须大于CPU模块、模块、I/O模块、专用模模块、专用模块等消耗电流的总和。块等消耗电流的总和。 2. 输入输入/输出点数和输出点数和PLC容量的确定容量的确定 输

55、入点输入点是与机床侧被控对象有关的按钮、选择是与机床侧被控对象有关的按钮、选择开关、行程开关、继电器和接触器触点等连接的开关、行程开关、继电器和接触器触点等连接的输入信号接口，以及由机床侧直接连接到输入信号接口，以及由机床侧直接连接到NC输入输入信号接口，如减速信号、跳过信号等。信号接口，如减速信号、跳过信号等。 输出点输出点包括向机床侧继电器、指示灯输出信号包括向机床侧继电器、指示灯输出信号的接口。设计者对被控对象的上述的接口。设计者对被控对象的上述 I/O 信号要逐信号要逐一确定，并分别计算出总的需要数量。一确定，并分别计算出总的需要数量。 PLC存储器容量的大小决定了存储用户程序的存储器

56、容量的大小决定了存储用户程序的步数或语句条数的多少。输入步数或语句条数的多少。输入/输出点数与程序存输出点数与程序存储容量之间有一定的联系。当输入储容量之间有一定的联系。当输入/输出点数增加输出点数增加时，时，PLC程序处理的信息量增大，程序加长，因程序处理的信息量增大，程序加长，因而需加大存储器的容量。而需加大存储器的容量。 设计者要根据具体任务对程序规模作出估算，设计者要根据具体任务对程序规模作出估算，并据此确定合理的存储容量。并据此确定合理的存储容量。 9.2.2 制作信号接口技术文件制作信号接口技术文件 确定了确定了PLC的型号后，在进行实际的编程、安的型号后，在进行实际的编程、安装和

57、调试前，需要制作详细的信号接口技术文件，装和调试前，需要制作详细的信号接口技术文件，这不仅可以对以后的工作起到事半功倍的效果，这不仅可以对以后的工作起到事半功倍的效果，而且详细的接口技术文件也为以后控制系统的维而且详细的接口技术文件也为以后控制系统的维护、扩充提供了方便。护、扩充提供了方便。 信号接口技术文件的内容包括：信号接口技术文件的内容包括： (1) 输入输入/输出信号电路原理图输出信号电路原理图 此图应按此图应按电气制图国家标准电气制图国家标准GB 6988.16899.786绘制。绘制。 图中与图中与PLC编程有关的内容主要有：编程有关的内容主要有： 与输入信号有关的器件名称、位置。

58、如操与输入信号有关的器件名称、位置。如操作面板按钮、工作台行程限位开关、刀架作面板按钮、工作台行程限位开关、刀架 道、道、卡盘夹紧、电动机热继电器等。卡盘夹紧、电动机热继电器等。 输出信号执行元件名称、位置。如操作面板输出信号执行元件名称、位置。如操作面板指示灯、中间继电器线圈等。指示灯、中间继电器线圈等。 输入和输出信号插座和插脚编号，或连接端输入和输出信号插座和插脚编号，或连接端子编号及信号名称和子编号及信号名称和PLC中的地址。中的地址。 输入输入/输出信号接线和工作电源。输出信号接线和工作电源。 （2）地址表）地址表 信号地址表有四种信号地址表有四种: 机床侧机床侧PLC地址表地址表

59、机床侧机床侧PLC地址表又称地址表又称输入信号地址表输入信号地址表，根，根据选定的据选定的PLC型号规定，由设计者确定。型号规定，由设计者确定。 PLC机床侧地址表机床侧地址表 PLC机床侧地址表又称机床侧地址表又称输出信号地址表输出信号地址表，由，由设计者根据选定的设计者根据选定的PLC规定来确定。所有输出信规定来确定。所有输出信号名称由设计者定义，并用缩写英文字母表示。号名称由设计者定义，并用缩写英文字母表示。 输入和输出信号地址一经确定，信号所用连输入和输出信号地址一经确定，信号所用连接器、插脚编号也随之确定。安装时，各信号接器、插脚编号也随之确定。安装时，各信号线即按指定连接器和插脚连

60、接。线即按指定连接器和插脚连接。 PLCNC地址表地址表 PLCNC地址表，为地址表，为PLC侧向侧向NC侧传送信侧传送信号的接口地址表。在内装型号的接口地址表。在内装型PLC中，这些信号中，这些信号已由已由CNC厂家定义，名称和含义均已固定，用厂家定义，名称和含义均已固定，用户不能增删和改变。户不能增删和改变。 NCPLC地址表地址表 NCPLC地址表，为地址表，为NC侧向侧向PLC侧传送信侧传送信号的接口地址表。在内装型号的接口地址表。在内装型PLC 中，这些信号已中，这些信号已由由CNC厂家定义，名称和含义均已固定，用户不厂家定义，名称和含义均已固定，用户不能增删和改变。能增删和改变。 （3）P