数控原理与系统 课件 项目六 数控系统中的PLC控制

数控原理与系统——项目六数控系统中的PLC控制项目任务学习单元参考学时项目名称任务描述6.数控系统中的PLC控制1了解常用的PMC编程指令.2掌握FANUC0i-D系统中PMC的典型功能及应用3.掌握CNC软件数据类型及存储空间。4.能够用CF卡完成系统参数、PMC参数、程序等备份与恢复5.能够进行批量的数据备份6.1数控系统中的PLC4146.2数控系统中PLC的信息交换26.3数控系统中的PLC功能实现8任务5的连接与参数设置课时14专业能力了解常用的PMC编程指令，掌握FANUC0i-D系统中PMC的典型功能及应用。教学任务教学内容教学重难点1.PLC的组成、分类及工作过程2.数控系统中PLC与CNC、MT之间的信息交换3.FANUCPMC的基本指令4.机床典型功能的应用与开发1.典型数控系统中CNC与PLC信息交换方式2.内装型PLC结构及信息通信3.FANUC系统中基本指令的应用4.掌握I/OLINK轴的连接与设置。5.掌握PMC参数的设置与查看。1.FANUC系统中PMC参数的设置与调试2.典型数控系统控制功能的实现1数控系统中的PLC目录2FANUCPMC参数的设置与调整2机床I/O接口的连接5.1数控系统中的PLC

数控系统除了对机床各坐标轴的位置进行连续控制外，还需要对机床主轴正反转与启停、工件的夹紧与松开、冷却液开关、刀具更换、工件及工作台交换、液动与气动以及润滑等辅助功能进行顺序控制。顺序控制的信息主要是I/O控制，如控制开关、行程开关、压力开关和温度开关等输入元件；控制继电器、接触器和电磁阀等输出元件；同时还包括主轴驱动和进给伺服驱动的使能控制以及机床报警处理等。可编程序控制器PLC则是典型的工业控制器，它能满足上述控制的要求。所谓顺序控制是按生产工艺要求，根据事先编好的程序，在输入信号的作用下，控制系统的各个执行机构按一定规律自动实现动作的顺序控制。这些功能的控制优劣将直接影响数控机床的加工精度、加工质量、生产效率及其稳定性。数控系统内部信息流大致分为两类，一类是控制机床坐标轴运动的连续数字信息；另一类是通过PLC控制的辅助功能（M、S、T等）信息。如图6-1所示。一、PLC的结构、特点及其工作过程1．中央处理单元CPU

PLC中的CPU与通用计算机中的CPU一样，是PLC的核心。CPU按照系统程序赋予的功能，接收存储从编程单元输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数据，并存入输入状态寄存器中，在诊断了PLC内部电路、编程语句和电源都正常后，PLC进入运行状态。在PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，完成用户程序中的逻辑运算或算术运算任务。根据运算结果，更新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的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、数据通信和制表打印等功能。

PLC实现的控制任务，主要是完成一些动作和速度要求不特别快的顺序控制，在一般情况下，不需要使用高速的微处理器。为了提高PLC的控制功能，通常采用多CPU控制方式，如用一个CPU用来管理逻辑运算及专用功能指令；另一个CPU用来管理I/O接口和通信等功能。中、小型PLC常用8位或16位微处理器，大型PLC则采用高速单片机。PU。2．存储器单元PLC存储器主要包括随机存储器RAM和只读存储器ROM。用于存放用户程序、工作数据和系统程序。用户程序是指用户根据现场的生产过程和工艺要求而编写的应用程序，在修改调试完成后可由用户固化在EPROM中或存储在磁盘中。工作数据是PLC运行过程中需要经常存取，并且随时改变的一些中间数据，为了适应随机存取的要求，它们一般存放在RAM中。系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序，包括监控程序、模块化应用功能子程序、指令译码程序、故障诊断和各种管理程序等，这些程序出厂时由制造厂家固化在PROM型存储器中。可见PLC所用存储器基本上由EPROM、RAM和PROM三种形式组成，其存储容量随着PLC类别或规模的不同而改变。3．输入/输出（I/O）模块I/O模块是PLC与外部设备或现场I/O装置之间进行信息交换的桥梁。其任务是将CPU处理产生的控制信号输出传送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；同时将被控设备或被控生产过程中产生的各种变量转换成标准的逻辑（数字）量信号，送入CPU处理。4．编程单元编程单元是提供用户进行程序的编制、编辑、调试、监视以及运行应用程序的特殊工具，一般由键盘、智能处理器、显示屏、外部设备（如硬盘/软盘驱动器等）组成，它通过通信接口与PLC相连，完成人机对话功能。编程单元分为简易型和智能型两种。简易型编程单元只能在线编程，它通过一个专用接口与PLC连接；智能型编程单元既可在线编程也可离线编程，还可通过微型计算机接口或打印机接口，实现程序的存储、打印、通信等功能。5．电源单元电源单元的作用是将外部提供的交流电转换为PLC内部所需的直流电源。一般地，电源单元有三路输出，一路供给CPU模块使用；一路供给编程单元接口使用；还有一路供给各种接口模板使用。由于PLC直接用于工业现场，因此对电源单元的技术要求高，不但要求它具有工作电源稳定，而且还有过电流和过电压的保护功能，以及较好的电磁兼容性能，以适应电网波动和温度变化的影响，防止在电压突变时损坏CPU。二、数控系统中的PLC分类1．内装型PLC2．独立型PLC5.2机床I/O接口的连接数控机床的控制除了对坐标轴的进给进行位置伺服控制外，还需要对机床的主轴、刀具和各种开关信号进行控制。如主轴的正、反转，起动和停止，刀具交换，工件夹紧、松开，工作台交换以及切削液的开、关和润滑系统的启动等进行顺序控制。顺序控制的信息主要是开关量信号，如控制开关、行程开关、压力开关和温度开关等输入元件输入的信号和继电器、接触器、电磁阀等输出元件所需要的输出信号。在数控机床上用可编程控制器（PMC）完成这一控制任务。一．数控机床PLC的控制对象

数控机床的控制分为两个部分:

坐标轴运动的位置控制.

数控机床加工的顺序控制.1．PLC在数控机床上配置方式

第一种

PLC安装在机床侧，用于完成传统继电器的逻辑控制，PLC与数控系统之间通过I／O点连线对接交换信息，PLC通过I／O点再控制机床的逻辑动作。在这种配置中，PLC可选用任意一种型号的产品，可选择余地大。此时PLC需N+M根连线，因此连线复杂。1．PLC在数控机床上配置方式

第二种采用内装PLC。此时PLC仅有M根输入输出连线控制机床，而PLC与数控系统之间的信息交换在数控系统内部完成，因此连线少，易于维修，成本也较低。

1．PLC在数控机床上配置方式

第三种

独立型PLC安装在靠近CNC处（或使用内置PLC），但将PLC的I／O模块安装在机床侧，PLC与I／O模块之间使用远程I／O通信线连接（通常PLC均有远程I/O模块）。这种配置特别适用于重型、大型机床，可使用多个远程I／O模块，各远程I／O模块安装在靠近各自的控制对象处，从而减少和缩短了连线，简化了强电结构，提高了系统的可靠性。2．CNC装置和机床输入/输出信号的处理

(1).CNC—机床

1)S功能的处理

主轴转速可以用S2位代码或S4位代码直接指定。例如：某数控机床的主轴最高转速为4000r／min，最低转速为50r／min，若用S4位代码，CNC送出S4位代码至PLC，将进行二——十进制数转换，然后进行限位，当S代码大于4000时限制S为4000，当S代码小于50时，限制S为50，此数值送到D／A转换器，转换成50～4000r／min相对应的输出电压，作为转速指令控制主轴的转速；若用S2位代码指定主轴的转速，应首先制定S2位代码与主轴转速的对应表，CNC输出S2位代码进入PLC，经过一系列处理，很容易实现对主轴转速的控制。

2)T功能的处理数控机床通过PLC可管理刀库，特别是对加工中心的自动换刀带来了很大的方便。

处理的信息包括选刀方式，刀具累计使用的次数，刀具剩余寿命和刀具刃磨次数等。

3)M功能的处理

M功能是辅助功能，根据不同的M代码，可控制主轴的正、反转和停止，主轴齿轮箱的换档变速，主轴准停，切削液的开、关，卡盘的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、归刀等动作。

(2).机床—CNC

机床侧传递给PLC的信息主要是机床操作面板上的开关、按钮等信息,包括机床的启动、停止,工作方式选择,倍率选择,主轴的正、反转和停止,切削液的开、关,卡盘的夹紧、松开,各坐标轴的点动,换刀及行程限位等开关信号.二．数控机床PLC的形式数控机床中所用的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PLC，另一类是那些输入输出技术规范，输入输出点数、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PLC。1.内装型PLC

内装型PLC从属于CNC装置，PLC与NC之间信号传送在CNC装置内部就可完成，而PLC与机床侧的信息传送则要通过输入输出接口来完成。具有内装型PLC的CNC系统内装型PLC特点：是作为CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种可选功能提供给用户。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系统一起统一设计制造的。

内装型PLC特点：在系统结构上，内装型PLC既可以与CNC共用一个CPU，也可以单独使用一个CPU，此时的PLC对外有单独配置的输入输出电路，而不使用CNC装置的输入输出电路。扩大了CNC内部直接处理的通信窗口功能，可以使用梯形图的编辑和传送等高级控制功能，且造价便宜，提高了CNC的性能价格比。2.独立型PLC独立型PLC又称通用型PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能独立完成规定控制任务的装置。数控机床用独立型PLC，一般采用模块化结构，装在插板式笼箱内，它的CPU系统程序、用户程序、输入输出电路、通信等均设计成独立的模块。独立型PLC主要用于FMS、CIMS形式中的CNC机床，具有较强的数据处理、通信和诊断功能，成为CNC与上级计算机联网的重要设备。具有独立型PLC的CNC系统独立型PLC具有以下特点：独立型PLC本身是一个完整的计算机系统，其具有CPU、EPROM、RAM、I/O接口以及编程器等外部设备通信接口、电源等。独立型PLC的I/O模块种类齐全，其输入输出点数可通过增减I/O模块灵活配置。独立型PLC具有以下特点：与内装型PLC比较，独立型PLC功能更强，但一般要配置单独的编程设备。独立型PLC与数控系统之间的信息交换可通过I/O接口对接方式，也可采用通信方式。I/O接口对接方式就是将数控系统的输入输出点通过连线与PLC的输入输出点