《工业机械电气设备及系统 数控plc编程语言gbt 40329-2021》详细解读

《工业机械电气设备及系统数控plc编程语言gb/t40329-2021》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语、定义和缩略语3.1术语和定义3.2缩略语4基本要求contents目录4.1概述4.2编程模型5数控系统支持的PLC编程语言5.1概述5.2顺序功能图5.3指令表5.4结构文本contents目录5.5梯形图5.6功能块图6数控系统使用的特殊功能块描述6.1表示6.2说明6.3数控系统专用PLC功能块contents目录附录A(资料性)机床刀架指令功能块附录B(资料性)机床进给倍率I/O指令功能块附录C(资料性)刀库指令功能块参考文献011范围适用范围本标准规定了工业机械电气设备及系统中数控PLC编程语言的要求和指南。本标准适用于工业机械电气设备及系统中数控PLC编程，为相关设备和系统的设计和使用提供参考。不适用范围本标准不适用于其他类型的PLC编程，如过程控制PLC、运动控制PLC等。本标准不涉及具体的编程语言实现细节，如语法、语义等。““本标准适用于数控机床、工业机器人、自动化生产线等工业机械电气设备及系统的数控PLC编程。在进行数控PLC编程时，应遵循本标准中的指南和要求，以确保编程的正确性和可靠性。应用场景数控PLC指用于工业机械电气设备及系统中，实现数字控制的可编程逻辑控制器。编程语言指用于编写数控PLC程序的语言，包括指令表、梯形图、功能块图等。程序结构指数控PLC程序的组织结构，包括主程序、子程序、中断程序等。030201相关术语和定义022规范性引用文件工业机械电气设备及系统通用技术条件（此处应替换为具体标准编号和名称，作为示例使用XXXX代替）GB/TXXXX.X-XXXX可编程逻辑控制器（PLC）编程语言标准（此处应替换为具体IEC标准编号，作为示例使用XXXXX代替）IECXXXXX引用标准PLC可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计编程语言数控系统相关术语和定义用于编写PLC程序的语言，包括指令表（IL）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）等通过数字化的信息对机床的运动及加工过程进行控制的一种系统文件结构本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草本标准共分为几个部分：范围、规范性引用文件、术语和定义、技术要求等（此处可列举标准的具体结构）注意事项在引用相关标准时，应确保所引用的标准为最新版本或适用的版本01在使用术语和定义时，应遵循相关标准和行业惯例02在遵循文件结构进行编写时，应确保各部分内容的逻辑性和连贯性03033术语、定义和缩略语用于编写数控程序，控制机床运动和加工过程的专用程序设计语言。数控编程语言可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。PLC本标准的编号，规定了工业机械电气设备及系统中数控PLC编程语言的相关要求。GB/T40329-20213.1术语和定义CNC计算机数控（ComputerizedNumericalControl），是采用计算机实现数字程序控制的技术。G代码一种在数控机床编程中广泛使用的编程语言，用于描述机床的运动轨迹和加工操作。MCS机床坐标系（MachineCoordinateSystem），是机床固有的坐标系，是制造和调整机床的基础。M代码辅助功能指令，主要用于控制机床的各种辅助动作，如主轴的启停、切削液的开关等。3.2缩略语043.1术语和定义基本运算单位数控语言的基本运算单位是语句，包括说明型语句和执行型语句，用于描述机床的运动轨迹、加工参数等。数控语言定义数控语言是一种专用程序设计语言，用于数控系统中，实现机床运动控制和加工过程的自动化。数控语言特点数控语言既具有普通程序设计语言的特点，如结构化、模块化等，又具有专用性，针对数控系统的特殊需求进行设计。3.1.1数控语言3.1.2专业机械设备生产控制系统系统定义专业机械设备生产控制系统是一种集成了数控技术、计算机技术、传感器技术等多种技术的综合性系统，用于实现机械设备的自动化生产。系统功能该系统具备对机械设备进行精确控制、实时监测、故障诊断等功能，提高生产效率和产品质量。科技成果专业机械设备生产控制系统是安徽弈华重工科技股份有限公司的重要科技成果，代表了该公司在数控技术和自动化生产领域的先进水平。01PLC定义PLC（ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。PLC编程特点PLC编程采用易于理解和掌握的梯形图语言，具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在数控系统中的应用PLC在数控系统中扮演着重要角色，负责接收和处理来自数控装置的指令，控制机床的执行机构按照指令要求进行动作。3.1.3PLC编程0203053.2缩略语PLCProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。PLCNCNumericalControl，数字控制，是用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。NC“GBGB国标，即国家标准，是指由国家标准化主管机构批准发布，对全国经济、技术发展有重大意义，且在全国范围内统一的标准。CNCComputerizedNumericalControl，计算机数控，是应用计算机对机床进行控制的技术，使得加工过程更加精确和高效。CNC064基本要求01编程软件应使用符合国际标准的PLC编程软件，支持多种编程语言，包括但不限于梯形图、指令表、结构化文本等。4.1编程环境要求02编程设备应使用稳定可靠的编程设备，确保编程过程中的数据传输和存储安全。03编程规范应遵循相关的编程规范，确保程序的可读性、可维护性和可扩展性。梯形图（LD）梯形图是一种以图形方式表达控制逻辑的编程语言，应符合相关标准，易于理解和维护。指令表（IL）指令表是一种以助记符方式表达控制逻辑的编程语言，应简洁明了，方便程序员编写和调试。结构化文本（ST）结构化文本是一种以高级编程语言方式表达控制逻辑的编程语言，应具有强大的数据处理能力和灵活的控制结构。4.2编程语言要求主程序主程序是控制逻辑的核心部分，应包含必要的初始化程序、主循环程序和中断处理程序等。子程序子程序是实现特定功能的程序模块，应具有良好的通用性和可重用性，方便在主程序中调用。数据块数据块是用于存储程序运行过程中所需数据的区域，应合理规划数据块的大小和结构，确保数据的正确性和可靠性。0203014.3程序结构要求故障诊断应提供完善的故障诊断功能，及时发现并处理程序运行过程中的异常情况，确保控制系统的稳定运行。数据备份应定期对PLC程序和数据块进行备份，防止因意外情况导致数据丢失或损坏。程序加密应对PLC程序进行加密处理，防止未经授权的访问和修改。4.4安全性要求074.1概述行业发展需求随着工业机械电气设备及系统的快速发展，数控PLC编程语言的标准化需求日益凸显。市场监管需求标准的制定背景为了规范市场秩序，保障工业机械电气设备及系统的安全性和互换性，需要制定相应的国家标准。0102数控PLC编程语言的语法和语义规定了数控PLC编程语言的基本语法和语义，包括数据类型、变量、运算符、控制结构等。编程接口和通信协议定义了数控PLC与外部设备或系统的编程接口和通信协议，确保不同设备之间的互联互通。标准的主要内容提高编程效率通过统一编程语言和接口标准，可以提高数控PLC的编程效率，降低开发成本。促进行业创新标准的制定有助于推动行业技术创新和产业升级，提高我国工业机械电气设备及系统的国际竞争力。保障安全和互换性通过规范市场秩序，确保工业机械电气设备及系统的安全性和互换性，维护消费者利益。标准的意义和作用084.2编程模型VS描述了数控PLC编程语言在工业机械电气设备及系统中的编程方式和方法。编程模型作用为程序员提供一个清晰、统一的编程框架，提高编程效率和程序质量。编程模型定义4.2.1编程模型概述描述了程序的控制流程，包括顺序控制、选择控制和循环控制等。控制模型提供了实现特定功能的基本单元，如函数、功能块等，以及它们之间的调用关系。功能模型定义了程序中使用的数据类型、数据结构及其操作方式。数据模型4.2.2编程模型组成将程序划分为若干个独立的功能模块，便于程序的修改和维护。模块化设计采用清晰的程序结构，使程序易于理解和调试。结构化编程允许在现有编程模型的基础上添加新的功能模块或修改现有模块，以满足不断变化的需求。可扩展性4.2.3编程模型特点4.2.4编程模型应用示例自动化生产线控制程序利用编程模型对自动化生产线上的设备进行协调控制，实现生产流程的自动化。数控机床控制程序通过编程模型实现数控机床的启动、停止、加工、回零等控制功能。095数控系统支持的PLC编程语言PLC编程语言概述梯形图（LD）梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为梯形图或逻辑图。梯形图与传统的继电器逻辑控制电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握，特别适合于数字逻辑控制。指令表（IL）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由一个或两个字节组成，由操作码和操作数两部分组成。其中操作码指出要执行的功能，操作数为执行该操作所需要的数据或地址。顺序功能流程图（SFC）顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程清楚的时候，用SFC顺序功能流程图来编程是非常方便的。功能块图（FBD）功能块图用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入信号，右侧为输出信号，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。PLC编程语言的选用01在选择PLC编程语言时，应根据实际控制需求进行选择，不同的编程语言适用于不同的控制场景。在选择PLC编程语言时，还需要考虑编程人员的技能和经验，选择适合的编程语言可以提高编程效率和准确性。在实际应用中，可以根据需要混合使用多种PLC编程语言，以便更好地实现控制需求。0203根据实际需求选择考虑编程人员技能混合使用多种语言标准化和开放性随着PLC技术的不断发展，PLC编程语言也在不断完善和标准化，同时开放性也越来越高，这使得不同厂商之间的PLC可以更加容易地实现互联互通。智能化和可视化未来PLC编程语言将更加注重智能化和可视化方面的发展，使得编程更加直观、易用，同时提高编程效率和准确性。多种编程语言融合未来PLC编程语言还将朝着多种编程语言融合的方向发展，以便更好地满足复杂的控制需求。PLC编程语言的发展趋势010203105.1概述随着工业机械电气设备及系统的快速发展，数控PLC编程语言的标准化需求日益凸显。为了规范行业发展，提高编程效率和质量，国家制定了《工业机械电气设备及系统数控PLC编程语言》标准。背景该标准的制定旨在统一数控PLC编程语言的语法、语义和编程规范，提高程序的可读性、可维护性和可移植性，降低开发成本，推动工业机械电气设备及系统的智能化、网络化发展。目的5.1.1标准制定的背景和目的本标准适用于工业机械电气设备及系统中使用的数控PLC编程语言，包括指令系统、数据类型、变量、程序结构、控制流程等方面的规范。应用范围本标准适用于工业机械电气设备及系统的制造商、集成商、用户以及相关软件开发人员等，为他们提供统一的编程语言和编程规范。适用对象5.1.2标准的应用范围和适用对象与国际标准的关系本标准在制定过程中参考了国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）的相关标准，确保与国际接轨，提高我国工业机械电气设备及系统的国际竞争力。015.1.3与其他相关标准的关系与其他国家标准的关系本标准与其他国家标准相互协调、互为补充，共同构成完整的工业机械电气设备及系统标准体系。02结构本标准包括范围、规范性引用文件、术语和定义、数控PLC编程语言的语法和语义、编程规范、附录等部分。内容概述本标准详细规定了数控PLC编程语言的各个方面，包括数据类型、变量、指令系统、程序结构、控制流程等，为工业机械电气设备及系统的编程提供了全面的指导。5.1.4标准的结构和内容概述115.2顺序功能图定义顺序功能图（SFC）是一种描述控制系统顺序行为的图形化编程语言，用于清晰地表达程序执行过程中各步骤之间的逻辑关系。组成元素顺序功能图主要由步（Step）、转换（Transition）和有向连线（DirectedConnection）等元素组成。顺序功能图的基本概念顺序功能图的编程方法通过检测转换条件是否满足，来决定是否执行下一步或跳转到其他步骤。转换实现确定控制任务、划分步骤、定义转换条件、绘制顺序功能图、编写程序。编程步骤顺序功能图在数控PLC编程中的应用控制流程描述利用顺序功能图可以清晰地描述数控机床的控制流程，包括加工准备、加工过程、加工结束等阶段。故障诊断与排除通过顺序功能图可以方便地分析数控机床控制系统可能出现的故障，并快速定位问题所在，提高维修效率。优点直观易懂、易于修改和维护、便于团队协作与交流。局限性对于复杂控制系统可能显得过于庞大和繁琐，需要借助其他编程工具或方法进行辅助设计。顺序功能图的优点与局限性125.3指令表指令表概述指令表是PLC程序的核心，它决定了PLC如何响应各种输入信号并执行相应的控制操作。指令表的作用指令表是PLC编程语言中的一种，它以表格形式列出了一系列指令，用于控制PLC的输出和输入。指令表定义指令类型包括基本指令、功能指令和控制指令等，每种指令都有其特定的功能和用途。指令表的结构操作数指令表中的操作数指定了指令操作的对象，如输入/输出端子、内部继电器、定时器等。执行条件每个指令都有一个执行条件，只有当条件满足时，指令才会被执行。编程方式调试与修改注意事项指令表可以通过手动编程或编程软件生成，具体方式取决于PLC的型号和编程环境。在PLC运行过程中，可以对指令表进行调试和修改，以满足实际控制需求。在使用指令表时，需要注意指令的语法和格式，以及操作数的范围和类型等，避免出现错误或异常。指令表的使用010203简单逻辑控制，通过实例分析指令表在简单逻辑控制中的应用。实例一实例二实例三定时控制，通过实例展示如何使用指令表实现定时控制功能。复杂控制流程，通过实例分析指令表在复杂控制流程中的应用，如顺序控制、联锁控制等。指令表实例分析135.4结构文本标题段每个结构文本的开始部分，用于简要描述该文本的主要内容和目的。数据段包含与标题段相关的具体数据和信息，如参数、变量、常量等。代码段实现特定功能的程序代码，包括控制逻辑、算法等。注释段对代码段进行解释和说明的文字，帮助读者理解代码的功能和实现方式。5.4.1文本组成结构化编程结构文本应遵循结构化编程的原则，确保程序的可读性和可维护性。注释要求注释应准确、清晰，能够反映代码的真实意图和实现方式。命名规范变量、函数、程序块等命名应符合规范，便于识别和调用。5.4.2文本规则030201模块化设计将程序划分为若干个独立的模块，每个模块实现特定的功能，便于程序的调试和维护。参数化编程通过参数化设计，使程序能够适应不同的应用场景和需求。优化算法针对具体的控制需求，选择合适的算法并进行优化，提高程序的执行效率。5.4.3编程技巧5.4.4错误处理逻辑错误通过逻辑分析和测试，发现程序中的逻辑错误并进行修正，确保程序的可靠性。语法错误检查结构文本中的语法错误，如拼写错误、括号不匹配等，确保程序的正确性。运行错误在程序运行过程中，对可能出现的异常情况进行处理，如输入错误、设备故障等，确保程序的稳定性。145.5梯形图梯形图定义梯形图（LadderDiagram，LD）是一种图形化编程语言，用图形符号及图线来表示控制逻辑，因其编程图形与“阶梯”相似而得名。组成元素梯形图的基本概念梯形图由触点、线圈（输出继电器）、功能指令和连接线等编程元素组成。0102触点连接在梯形图中，触点可以串联或并联，代表逻辑“与”和“或”的关系。编程顺序梯形图按从左到右、从上到下的顺序执行，符合电气控制原理图的思维习惯。线圈输出每个梯形图必须有一个或多个输出线圈，代表控制结果的输出。梯形图的编程规则电动机正反转控制通过梯形图编程，可以实现电动机的正转、反转和停止控制。定时控制利用梯形图中的定时器指令，可以实现各种定时控制功能，如延时启动、定时关闭等。梯形图的应用实例VS直观易懂，易于学习和掌握；符合电气工程师的思维习惯，便于分析和理解控制逻辑。缺点对于复杂控制系统，梯形图可能变得庞大而难以管理；某些高级功能可能难以实现或表达不够直观。优点梯形图的优缺点分析155.6功能块图功能块图的基本概念组成元素功能块图主要由功能块、连接线以及可能的数据类型组成。功能块图定义功能块图（FunctionBlockDiagram，简称FBD）是一种图形化编程语言，用于描述控制系统中的功能和数据流。直观性功能块图以图形化的方式展示控制系统的功能和数据流，使得程序更加直观易懂。模块化通过将复杂的控制逻辑分解为若干个独立的功能块，便于程序的模块化设计和维护。可扩展性功能块图具有良好的可扩展性，可以方便地添加或删除功能块以适应不同的控制需求。功能块图的编程特点通过组合不同的功能块，可以实现各种复杂的控制逻辑，如顺序控制、条件控制等。实现复杂控制逻辑功能块图在数控PLC编程中的应用利用功能块图的模块化特点，可以大大提高编程效率，降低编程难度。提高编程效率功能块图的直观性使得程序的调试和维护变得更加方便。便于调试和维护功能块图编程的注意事项根据实际需求选择合适的功能块，确保控制逻辑的准确性。正确选择功能块在编程过程中要合理规划数据流，避免出现数据冲突或冗余。合理规划数据流在编程完成后要对程序进行优化，提高程序的执行效率和稳定性。注重程序优化010203166数控系统使用的特殊功能块描述6.1运动控制功能块直线插补在两点之间以直线方式进行插补运算，实现精确的直线运动。01圆弧插补在两点之间以圆弧方式进行插补运算，满足复杂曲线加工需求。02螺旋线插补实现螺旋线轨迹的插补运算，适用于螺纹等特殊形状的加工。03010203数据转换将不同格式或单位的数据进行转换，以满足数控系统的处理需求。数据运算对数据进行加、减、乘、除等基本运算，以及更复杂的数学函数运算。数据比较对数据进行大小比较，根据比较结果执行相应的操作。6.2数据处理功能块条件判断根据设定的条件进行判断，执行相应的逻辑操作。6.3逻辑控制功能块循环控制实现程序的循环执行，满足重复加工或多次执行同一操作的需求。跳转控制根据条件或指令跳转到程序的不同位置执行。刀具管理对刀具进行管理和调用，包括刀具号、刀具补偿等参数的设置。01.6.4辅助功能块冷却液控制控制冷却液的开关和流量，以满足加工过程中的冷却需求。02.夹具控制控制夹具的夹紧和松开，确保工件的稳定加工。03.176.1表示包括整型（INT）、浮点型（REAL）、布尔型（BOOL）等，用于描述和控制机械电气设备的基本参数和状态。基本数据类型如结构体（STRUCT）、数组（ARRAY）等，用于组织和管理更复杂的数据结构，便于数据的存储和访问。复合数据类型数据类型表示采用特定的命名规则，以确保变量的唯一性和可读性，同时方便程序员进行代码编写和维护。变量命名规则在程序开始前对变量进行初始化操作，以确保程序运行的正确性和稳定性。变量初始化变量表示运算符包括算术运算符、比较运算符、逻辑运算符等，用于进行各种数学计算和逻辑判断。01运算符和表达式表示表达式由变量、常量和运算符组成的式子，用于表示某种计算或判断的结果。通过表达式可以灵活地处理和控制机械电气设备的各种参数和状态。02条件语句如IF语句、SWITCH语句等，用于根据条件判断结果执行不同的代码块，实现对机械电气设备的精确控制。循环语句如FOR循环、WHILE循环等，用于重复执行某段代码，直到满足退出条件为止。通过循环语句可以实现对机械电气设备的持续监控和调整。控制语句表示186.2说明选定过程通过对多种编程语言进行比较分析，结合工业机械电气设备及系统的实际需求，最终选定适用的编程语言。标准化需求为确保数控PLC编程的一致性和通用性，需制定统一的编程语言标准。语言特点所选编程语言应具备简洁、易懂、易学的特点，以降低编程难度，提高编程效率。编程语言的选定明确编程语言的语法规则，包括变量命名、数据类型、运算符、控制结构等方面的规定。语法规则编程语言的规范制定统一的编程风格，使代码易于阅读、理解和维护。编程风格规定错误处理的方式和方法，以提高程序的健壮性和可靠性。错误处理数控系统编程说明如何将所选编程语言应用于数控系统的编程中，包括程序结构、数据处理、运动控制等方面的实现。PLC控制编程阐述在PLC控制编程中如何运用所选编程语言，实现各种控制逻辑和功能。实例分析通过具体实例，展示所选编程语言在实际应用中的效果和优势。编程语言的应用196.3数控系统专用PLC功能块根据加工需求，规划刀具路径、速度和加速度等运动参数。运动规划实时计算并输出各轴的位置、速度和加速度指令，实现精确轨迹控制。插补计算接收并处理来自编码器等位置检测元件的信号，实现闭环控制。位置反馈6.3.1运动控制功能块010203读取并解析数控加工程序，将其转换为PLC可执行的指令序列。程序解析根据加工过程中的实时状态信息，进行条件判断并输出相应的控制指令。条件判断实现加工程序中的循环、跳转等复杂流程控制逻辑。循环/跳转控制6.3.2顺序控制功能块01数据采集实时采集加工过程中的各种数据，如温度、压力、位移等。6.3.3数据处理功能块02数据处理对采集到的数据进行滤波、转换、计算等处理，以满足后续控制需求。03数据存储与回放将处理后的数据存储到指定位置，并支持历史数据的回放与分析。与上位机通信支持与机床其他设备（如伺服驱动器、I/O模块等）的通信，实现数据共享与协同控制。与其他设备通信远程监控与调试支持通过网络接口实现远程监控与调试功能，提高设备维护效率。实现与上位机（如PC或工控机）的数据交换，接收加工任务并上传加工状态等信息。6.3.4通信接口功能块20附录A(资料性)机床刀架指令功能块T代码用于选择刀具及刀架，T后面通常跟有两位数字，代表刀具号或刀架号。M06指令执行刀具交换，常与T代码配合使用，实现自动换刀功能。刀架选择指令G00快速定位控制刀架以最快速度移动到指定位置，不进行切削加工。G01直线插补刀架移动指令控制刀架按指定进给速度沿直线移动到目标位置，常用于切削加工。0102刀具长度补偿通过设定刀具长度补偿值，使刀尖位置与编程位置一致，确保加工精度。刀