【浅析PLC在数控机床中的应用5000字（论文）】

浅析PLC在数控机床中的应用目录TOC\o"1-3"\h\u24722摘要： 摘要：电子和信息技术的不断发展，为中国机床的现代化提供了强有力的技术支撑。在机械制造迅速发展的今天，自动化技术在数控机床上的应用已变得非常广泛。PLC在数控系统中通常作为辅助控制装置使用，随着数控技术的发展，数控机床的PLC功能已成为其不可缺少的功能，而且PLC系统在数控机床中的应用也更加广泛，如PLC模块的使用、变频驱动技术等。控制和监测设备电动数字控制的组成，实现了编程输入、人机互动、自动化加工控制，扩大了加工能力，减少了误差，提高了效率，已成为企业技术改造的有效途径。因此，本文关注PLC系统的发展，主要分析PLC系统在数控机床上的应用。关键词：PLC；数控机床；应用引言现代工业的支柱是制造业，其中数控技术是目前制造业实现自动化、集成化和柔性化生产的技术基础，是提高劳动生产率、提高产品质量必不可少的技术手段。PLC控制是在传统的继电器、接触器控制的基础上发展起来的。近年来，微机芯片和相关部件的价格大幅下降，PLC的功能也有了明显的提高，因此PLC的应用也在迅速增加。目前，PLC在工业中得到了广泛的应用。数控行业也不例外，目前数控技术发展的重点是开放式数控系统方向。以PC机为硬件平台，用软件来实现PLC功能的软件PLC技术已经成为开放式数控系统PLC发展的趋势。PLC的功能及工作原理数控系统的PLC技术数控技术是科学技术发展中最重要也是应用最广泛的技术，在数控自动化行业中通常是以PLC为控制单元，PLC控制在工业自动化的各个领域得到广泛的应用。自从数控系统引入控制后，数控技术主要用于控制机床的电气设备和伺服电机。在现阶段的控制系统中，数控技术是数控机床自动化的首选，数控机床的主要作用是与PLC控制配合，为机床提供数字控制和开关控制。PLC是一种可编程的逻辑控制装置，由于其数据处理能力强，计数快，逻辑和顺序控制准确，还具有定位通信等功能。在当今的数控自动化领域，PLC已经成为工业控制的支柱之一。PLC的工作原理PLC位于数控系统和机床之间，完成对机床结构单元的机械执行的逻辑顺序控制。信息共同完成机床的逻辑控制，实现机床加工的正常运行。数控PLC系统以扫描方式工作，在PLC系统中，工作过程分为三个阶段。采样输入阶段，程序执行阶段，输出控制阶段。采样输入阶段：采集现场的状态数据，输入模块并传输到输入图像。程序执行阶段：按照PLC梯形图执行先上、后下、先左、后右的准则执行用户程序。处理后的数据被储存在输入图像中，供下一次系统调用或直接作为机器的控制输出。输出控制阶段：在扫描完用户程序后，对输出服务进行扫描，数据寄存器从输出图像中提取状态数据并传递给输出模板进行转换，将转换成功的模板发送到控制站点的相应执行文件。扫描过程如图2.2所示。图2.2PLC的工作扫描过程数控机床上PLC的类型目前，PLC已成为数控机床不可缺少的基本控制系统，根据数控机床控制单元的存在形式，PLC可分为两大类。独立式PLC和嵌入式PLC。独立型：就是我们通常所说的通用型PLC，独立型PLC完全独立于数控设备，不占用数控系统的资源，具有完整的硬件资源，也有完整的程序编辑软件，在数控系统的加工控制中可以独立控制设备的控制任务。独立型的特点如下。(1）具有完整的硬件结构体系和外围硬件驱动电路，控制单元本身具有数据存储器RAM，控制单元本身具有CPU存储器控制功能代码，在系统控制任务中可以对机床设备进行逻辑控制。(2）独立的PLC有自己的IO接口系统模块，但由于PLC的IO口数量有限，在使用时需要扩展。独立PLC的IO接口对象是自动化控制系统，在大量的并行控制系统中，独立PLC在控制系统中显得尤为不足。嵌入式：意味着PLC被集成到CNC系统中。在逻辑控制功能方面，嵌入式PLC等同于传统的PLC控制单元。然而，它从属于数控系统，集成到数控系统中，因此是数控系统集成的一个组成部分。嵌入式PLC使用主机CNC系统中的系统硬件资源，数据信号处理和PLC与CNC之间的互动是通过内部功能和共享内存进行的。PLC和机床之间的信号是由IO接口电路通过PC的PCI总线实现的。嵌入型的特点如下。（1）寄宿到数控系统或计算机系统里面，占用其内部资源。（2）用户可以根据需要定制开发指令代码，以满足国际标准。（3）不需要单独的IO驱动电路，采用PC机的PCI总线作为通信方式，通过CNC的IO的卡接口进行数据输入和输出功能。PLC在数控机床中的应用编译功能的实现编辑功能是用来编辑梯形图组件的。由于梯形图是逐个单元绘制的，不同组件所占的单元大小可能有些不同，但一般可以分为两个主要类别。1.基本元件单元梯形图中的基本组件占据相同的空间大小，是一个固定值，在实施过程中存在一定的关联性。如图3-1所示的梯形图，基本组件包括常开、常闭、输出触点、输出反转、复位和重置。绘制水平线和绘制垂直线也可以归入这一类别。图3.1梯形图基本元件2.功能元件当数控机床按顺序控制时，可能很难通过基本单元实现解码、计时、计数和四个数据操作等功能。因此，具有特殊控制功能的子程序，即功能块，已经被开发出来以简化编程。功能块的引入将大大降低编程的难度。常用的数控机床PLC功能块包括。时间延迟、计数器、数据传输的逻辑乘法、数值大小判别、一致性检测等。图3.2梯形图的功能元件标准梯形图中的逻辑关系对应于一个数据结构。如果要确定PLC梯形图的相应命令语言，必须找到与梯形图相应的数据结构并进行遍历。在这项研究中，梯形图逻辑是用堆栈来处理的。堆栈是一种特殊类型的表，这种表中的数据操作只能在表头和表尾进行。表3-3包含了编译过程中需要的最重要的变量和相应的解释。表3-3编译过程需要的变量变量注释LineKind用来确定系列的4种情况Nodc[TOTALROW]梯形图到指令表转换的节点信息的记录Culn命令表的当前行CuLad梯形图当前行CuLadScc梯形图的当前梯级的第一行ORBANBstart[TOTALROW][124]记录在平行系列插入的起始位置ORBANBend[TOTALROW][124]在并联串联的插入位置结束ORBANB[TOTALROW][124]记录串联和并联：O=null;l=并联；2=串联OAstart[TOTALROwW]记录在插入并联串联总的初始位置OAcnd[TOTALROW]记录在插入并联串联总的结束位置InsertStack[TOTALROW]记录插入串并联的当前堆栈位置图3-4显示了编译过程的流程图。在解码过程中可以检查梯形图是否有错误，如果有的话，会报告错误，建议修改。图3.4算法的流程图3-5算法逻辑的流程图图3-5显示了算法的逻辑执行流程图。由于像堆栈这样的数据结构只能在表头插入和删除，所以应该判断梯形图步骤，插入串行并行指令，直到堆栈前的停顿。以下程序是插入串行并行处理的关键代码。if(CuLad>0){//插入串并联开始vc=O；//插入串并联的序号while(wc<TOTALRow){while(InsertStack[vc]>0){vb=ORBANBend[vc][InsertStack[vc];if(ORBANB[vc][InsertStack[vc]]=1){if(TotalLine>1000){ErrorOnIns(CuLad,1);returnl;}//报错unsignedshortdh=CuIn;while(dh>Node[vb]){Instruct[dh+1]=Instruct[dh];dh=dh-l;}CuIn=Culn+1;Instruct[Node[vb]+1].Order=8;Instruct[Node[vb]+1].Name=O;Instruct[Node[vb]+1].Code=O;Instruct[Node[vb]+1].I_Bit=0for(shortuu=vb;uu<TOTALROW;uu++)Node[uu]=Node[uu]+1;}｝//处理并联部分的程序elseif(ORBANB[vc][InsertStack[vc]]==2)｛if(TotalLine>1000){ErrorOnIns(CuLad,1);returnl;}//报错unsignedshortdh-CuIn;while(dh>Node[vb]){Instruct[dh+1]=Instruct[dh];dh=dh-l;｝CuIn=CuIn+1;Instruct[Node[vb]+1].Order=7;Instruct[Node[vb]+1].Name=O;Instruct[Node[vb]+1].Code=O,Instruct[Node[vb]+1].l_Bit=0;for(shortuu=vb;uu<TOTALROW;uu++){Node[uu]=Node[uu]+1;}｝//处理串联部分的程序ORBANBstart[vc][InsertStack[vc]]--8;ORBANBend[vc][InsertStack[vc]]=-8;InsertStack[vc]=InsertStack[vc]-1;｝vc=vc+1;}}//插入串并联结束对串并联逻辑的插入或不插入的评估，以及将逻辑情况逐一推入梯形表的数据表的编制，最终导致了梯形层逻辑关系的转换过程。在这个过程中，每个组件都会被评估，梯形图在转换为指令语言时可以检查出错误。梯形图使编程用户能够直观地了解他们的编程意图，开发系统的编辑模块为用户提供了一个编辑逻辑程序的界面。编辑模块的实现是根据上述IEC61131-3国际标准进行设计开发的，本系统开发的梯形图程序编辑模块具有以下三个主要功能。（1）绘制逻辑梯形图的功能元素，绘制元素的过程就是编辑逻辑梯形图的过程。（2）修改和完善梯形程序（包括插入、删除和修改）。（3）保存和加载逻辑图元素的功能。目前，数控市场上主流的PLC语言规则和编辑逻辑要求都是定制的（如日本Fanuc软体PLC系统），定制编辑规则和逻辑要求，主要是为了方便客户和后期维护和修改。这里开发的软PLC的编程规则与主流PLC的准则相似。编程缩略语的符号是根据逻辑程序编辑的要求制定的（见图3-3）。图3.3编程快捷图标工具栏快捷图标主要是为了满足梯形图编程的需要而设计的，包括绘图、画线、删除图中组件、删除一条线等工具的快捷方式。如果你在编辑梯形图程序时需要绘制相关元素，你可以简单地点击相关的快捷图标或使用键盘上的快捷键来执行所需的操作，使用快捷符号来添加逻辑元素是简单而直观的，使编辑工作更有效率。下位机界面和基本功能的实现数控系统相对于PC来说被称为下位机，但实际上数控系统本身也有一个上位机和一个下位机。TDNC-SX数控系统的PLC在这里被称为PMC，以区别于工业PLC。下层计算机接口（PMC）包括以下功能。梯形图显示，加工，PMC参数，光纤，命令解码。如图3-4所示。图3.4PMC功能的菜单设置数控系统上的PMC显示与上位机上的PLC导轨显示应相匹配，因此数控系统PMC导轨的单元数据结构应与上位机的结构相匹配。打开和保存文件的方式也应该是一致的。在系统中初始化梯形图时，应指定结构，以便直接打开梯形图。为了避免每次调用梯形图接口时重复赋值，在openintPLCFileOpen(void)函数中加入以下语句。staticFILE*stream;if(stream==NULL)｛/**/｝在这种情况下，梯形图显示和上位机显示略有不同，主要是因为数控机床的人机界面环境不如VC++下的友好，尤其是翻页处理方面。一方面，翻页部分是实现淹没式翻页的基本组成部分，另一方面，翻页的功能块因其数据类型也是按单元划分的，所以在翻页实现中也可以对单元进行处理。voidDrawPart(U16hor,U16ver)W//两个参数是梯形图单元的水平和垂直坐标。在实践中，单面屏幕不能显示所有的梯形图，而只能显示其中的一部分。这样，在显示时，必须只显示屏幕上可显示的梯形图线数。TDNC-SX数控机床的屏幕分辨率为600*800，除梯形图外，屏幕还显示标题栏、状态栏和操作栏。根据分析，每张梯形图的行距为63，列距为45，每页梯形图的行数为7和12，梯形图页面显示的流程图如图3-5所示，特别是在梯形图显示过程中，对于翻页功能的处理。图3.5梯形图页面显示功能流程图理论上，功能块应该作为一个整体来显示，但由于功能块需要很大的空间，如果它们在第一行和最后一行，可能无法完全显示。为了解决这个问题，功能块在显示时被当作单元格处理。监视和状态显示功能的实现在扫描过程中，PMC的内部寄存器不断被更新。PMC有特殊的内部寄存器，其值代表机器的状态信息。只要数控机床的上位机接收到PMC内部寄存器的值，就可以转换为I/O状态的值并显示在屏幕上。信号的读取是由以下函数完成的。charGetPMCIOMessage(char*BitMessage，intStartPage，intRowOfPage)//逐行读取PMC的I/O位描述信息，成功时返回值1，错误时返回0。显示和刷新是由以下功能完成的。voidSysDrawPMCPage(charneedupdate)////同时刷新I/O输入和输出点信号的显示，由于I/O点比较多，一个屏幕页面无法完全显示。因此，将有一个相应的滚动和搜索功能。voidPMCIOViewSel(PCKEYpckey)//游标移动和翻页功能charSearchPLCIOBit(constchar*inbuffer)//寻找I/O，成功时返回值为1，失败时为0。按照上述方法，可以实现显示I/O点的开/关状态。此外，PMC的I/O可以被强制设置，以方便PMC的监控和故障排除。charChangePLCIOBit(BOOLEANOnOff)梯形图状态显示和I/O状态显示以某种方式连接，因为梯形图组件和系统的I/O点是相互对应的。因此，梯形图组件的状态可以通过读取I/O点的状态来确定。其程序是逐一检查I/O点的组件，然后读取I/O点的状态。梯形图结构介绍的比较早，部分结构还没有分配使用，所以可以把读I/O点的状态值分配给lad[].m_Name[][7]，在执行梯形图的画图功能时，如果该值为l，组件的区域会被浅色覆盖。总结随着计