數(shù)控機床用可編程控制器LC概述

四、數(shù)控機床用可編程序控制器PLC1本講主要內容PLC的基本結構PLC的工作原理數(shù)控機床用可編程控制器的類型及特點PLC在數(shù)控機床上的配置方式可編程控制器與外部的信息交換數(shù)控機床用可編程控制器的控制功能2引言數(shù)控機床的控制除了對坐標軸的進給進行位置伺服控制外，還需要對機床的主軸、刀具和各種開關信號進行控制。如主軸的正、反轉，起動和停止，刀具交換，工件夾緊、松開，工作臺交換以及切削液的開、關和潤滑系統(tǒng)的啟動等進行順序控制。順序控制的信息主要是開關量信號，如控制開關、行程開關、壓力開關和溫度開關等輸入元件輸入的信號和繼電器、接觸器、電磁閥等輸出元件所需要的輸出信號。在數(shù)控機床上用可編程控制器完成這一控制任務。3一、PLC的基本結構41．PLC的硬件結構（1）

可編程控制器實質上是一種工業(yè)控制用的專用計算機，PLC與微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。CPU是PLC的核心部件，其上不僅有CPU集成芯片，而且還有一定數(shù)量的內存儲器RAM和系統(tǒng)程序存儲器EPROM，用戶程序存儲器EPROM，輸入輸出（I／O）模塊及電源等組成，其各部分均采用總線結構。PLC的基本結構P2315可編程控制器結構框圖PLC的基本結構61．PLC的硬件結構（2）

中央處理單元CPUPLC中的CPU與通用微機中的CPU一樣，是PLC的核心部分。CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器鍵人的用戶程序和數(shù)據，用掃描方式查詢現(xiàn)場輸入裝置的各種信號狀態(tài)或數(shù)據，并存入輸入狀態(tài)寄存器或數(shù)據寄存器中，在診斷了電源、PLC內部電路及編程語句無誤后，PLC進入運行狀態(tài)。在PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術運算等任務。根據運算結果，更新有標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內容，再由輸出狀態(tài)寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據寄存器的有關內容，實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據通信等功能。PLC的基本結構71．PLC的硬件結構（3）

存儲器PLC存儲器一般有隨機存儲器RAM和只讀儲器EPROM。RAM中一般存放各種暫存數(shù)據，中間結果及用戶正在調試的程序。PLC所用的只讀存儲器為EPROM，內部存儲有PLC控制的系統(tǒng)程序，如檢查程序、鍵盤輸入處理程序、編譯程序、信息傳遞程序及監(jiān)控程序等，由廠家固化到EPROM中。有時，用戶程序也可固化到EPROM中，避免RAM中存儲的用戶程序丟失。PLC的基本結構81．PLC的硬件結構（4）

輸入輸出模塊（I／O模塊）

I／O模塊是PLC與現(xiàn)場I／O裝置或其他外部設備的連接部件?，F(xiàn)場輸入裝置有控制按鈕、轉換開關、行程開關、接近開關、壓力開關及溫控開關等，這些信號經接口電路接入PLC后，還要經過抗強電干擾的光電耦合、消抖動電路、濾波電路才能送到PLC輸入數(shù)據寄存器。PLC的基本結構91．PLC的硬件結構（5）

PLC的輸出裝置有繼電器、雙向晶閘管和晶體管三種形式，因此，PLC提供了各種操作電平、驅動能力以及不同功能的I／O模塊供用戶選用。模擬量輸入輸出模塊和智能接口模塊。模擬量輸入輸出模塊的作用就是將輸入的模擬量經A／D轉換變成PLC能處理的數(shù)字量，并將PLC處理后的數(shù)字量經D／A轉換變成模擬量輸出。PLC的基本結構101．PLC的硬件結構（6）

編程器編程器用于用戶程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤調用和顯示PLC的一些內部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。通過接口與PLC聯(lián)系，完成人機對話連接。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個專用接口與PLC連接。智能型編程器既可在線編程又可離線編程，還可與微型計算機接口或與打印機接口，實現(xiàn)程序的存儲、打印、通信等功能。PLC的基本結構112．PLC軟件系統(tǒng)（1）

PLC的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序又包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。 監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理整機； 編譯程序用來把程序語言翻譯成機器語言； 診斷程序用來診斷機器故障。系統(tǒng)程序由PLC生產廠家提供，并固化在EPROM中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預。PLC的基本結構122．PLC軟件系統(tǒng)（2）

用戶程序

用戶程序是用戶根據現(xiàn)場控制的需要，用PLC程序語言編制的應用程序，用以實現(xiàn)各種控制要求。用戶程序由用戶用編程器輸入到PLC內存。小型PLC的用戶程序比較簡單，不需要分段，可按順序編制；大中型PLC的用戶程序很長，也比較復雜，為使用戶程序編制簡單清晰，可按功能結構或使用目的將用戶程序劃分成各個程序模塊，每個模塊用來解決一個確定的技術功能，這樣使程序編制變得容易理解，同時能很方便地對程序進行調試和修改。PLC的基本結構13二、PLC的工作原理141．基本思想用戶程序通過編程器輸入到用戶存儲器，CPU對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行，這是PLC的基本工作原理。掃描與順序執(zhí)行只要PLC接通電源，CPU就對用戶存儲器的程序進行掃描，即從第一條用戶程序開始順序執(zhí)行，直到用戶程序最后一條，形成一個掃描周期，周而復始。用梯形圖形象地說就是從上至下，從左至右，逐行掃描執(zhí)行梯形圖所描述的邏輯功能。目前在PLC中，執(zhí)行每條指令的平均時間可達μs級。PLC的工作原理15２．掃描工作過程（1）CPU的一個周期

CPU進行輸入點狀態(tài)采集、用戶程序邏輯運算、相應輸出狀態(tài)的更新和I／O執(zhí)行。當有編程器接入PLC時，CPU還要對編程器的在線輸入信號進行響應，并更新顯示。CPU還要對自身的硬件進行快速自檢，并對監(jiān)視掃描用的定時器進行復位。完成自檢后，CPU又從首地址重新開始掃描運行。PLC的工作原理16２．掃描工作過程（2）輸入采樣在輸入采樣階段，PLC以掃描方式將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)（ON／OFF狀態(tài)）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入。PLC的工作原理17２．掃描工作過程（3）程序執(zhí)行階段

在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描。如程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序掃描。每掃描到一條指令時，所需要的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)分別從輸入映像寄存器或輸出映像寄存器中讀入，然后進行相應的邏輯或算術運算，運算結果再存入專用寄存器。若執(zhí)行程序輸出指令時，則將相應的運算結果存入輸出映像寄存器。PLC的工作原理18２．掃描工作過程（4）輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中的狀態(tài)就是欲輸出的狀態(tài)。在輸出刷新階段，將映像寄存器中的狀態(tài)轉存到輸出鎖存電路，再經輸出端子輸出信號去驅動用戶輸出設備，這就是PLC的實際輸出。PLC的工作原理19三、數(shù)閣控機床察用可編厲程控制行器

類州型及特括點20PLC在數(shù)控機爐床中的作童用機床的還控制分假為數(shù)字倆控制和護順序控問制：數(shù)字控制閃：刀具發(fā)軌跡順序控省制：眼輔助機寫械動作策（強電胃控制）主軸轉釀速，刀跳具選擇猶，輔助偵功能等皺。PLC來完成21數(shù)控機靜床分為NC側和機床熊側。NC側：CNC系統(tǒng)的硬壺件和軟件仆，以及相鈔關外部設哀備。機床側：遲機床機械咱部分，液士壓、氣壓隸、冷卻、菊潤滑、排通屑、操作吩面板等。PLC處于NC側與機床耕側之間，晃對NC和機床書的輸入念輸出信敢號進行造處理。22PLC順序控痛制任務奪：1.主軸啟停昨，正反轉那，速度控礦制；2.冷卻、影潤滑系陽統(tǒng)接通視與斷開誼；3.刀庫的收啟停與巡壽刀具的碗選擇和狡更換；4.卡盤的緊松開與豪加緊；5.自動門的極打開與閉懇合；6.尾座和套際筒的啟停歡、前進、確后退控制始；7.排屑等欄輔助裝煎置的控調制。231．機挪床用PLC分類數(shù)控機床叔中所用的PLC可分為播兩類：牽一類是顫專為實說現(xiàn)數(shù)控四機床順同序控制場而設計辜制造的內裝型PLC另一類是彩那些輸入獵輸出技術排規(guī)范，輸上入輸出點鎖數(shù)、程序機存儲容量挪以及運算槍和控制功喝能等均能塊滿足數(shù)控盒機床控制挎要求的獨立型PLC。NC用PLC類型及特圍點24２．內撒裝型PLC枕（１）內裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與NC之間信號蕩傳送在CNC裝置內部蠶就可完成，而PLC與機床那側的信歷息傳送近則要通叛過輸入銳輸出接畢口來完財成。實際上免就是CNC裝置帶有PLC的功能瞧。NC用PLC類型及特通點25２．內臺裝型PLC（除２）內裝型PLC特點（洲1）：是作為CNC裝置帶俘有的PLC功能，一襲般是作為課一種可選獅功能提供伙給用戶。內裝型PLC的性能埋指標（扔如輸入尚輸出點局數(shù)、程叛序最大陰步數(shù)、錯每步執(zhí)攏行時間浸、程序案掃描周穩(wěn)期、功滿能指令街數(shù)目等固）是根緣瑞據所從續(xù)屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)撕格、性能滲、適用機晉床的類型誘等確定的娃，其硬件和軟躍件部分是桂被作為CNC系統(tǒng)的劉基本功秘能或附左加功能乒與CNC系統(tǒng)一起吐統(tǒng)一設計馳制造的。NC用PLC類型及道特點26２．內裝盛型PLC（睬3）內裝型PLC特點（2渣）：在系統(tǒng)結良構上，內膝裝型PLC既可以與CNC共用一耐個CPU，也可以單獨使用濕一個CPU，此時的PLC對外有秀單獨配晚置的輸治入輸出技電路，緞而不使滴用CNC裝置的輸松入輸出電贏路。擴大了CNC內部直接蘆處理的通適信窗口功披能，可以踢使用梯形味圖的編輯擋和傳送等親高級控制腸功能，且愧造價便宜咐，提高了CNC的性能價污格比。NC用PLC類型及換特點27具有內裝州型PLC的CNC系統(tǒng)NC用PLC類型及特蛇點282．獨喚立型PLC（沙1）獨立型PLC又稱通修用型PLC爽。獨立型PLC獨立于CNC裝置，匯具有完沃備的硬貌件和軟煮件，能熔獨立完各成規(guī)定勿控制任核務的裝乎置。數(shù)控機床象用獨立型PLC，一般采用框模塊化結怨構，裝在插構板式籠箱主內，它的CPU系統(tǒng)程序等、用戶程惠序、輸入圓輸出電路避、通信等址均設計成弊獨立的模堡塊。獨立型PLC主要用于FMS、容CIMS形式中費的CNC機床，具有璃較強的待數(shù)據處狐理、通界信和診端斷功能遣，成為CNC與上級凝計算機席聯(lián)網的團重要設糊備。NC用PLC類型及另特點29獨立型PLC的CNC系統(tǒng)NC用PLC類型及蠢特點302．獨貫立型PLC際（2）獨立型PLC具有以下杠特點（１箱）：獨立型PLC本身是一賠個完整的啊計算機系迎統(tǒng)，其具有CPU、譽EPRO珠M、RA鄰M、I/誘O接口以及但編程器等換外部設備賭通信接口俗、電源等簽。獨立型PLC的I/O模塊種類睬齊全，其輸入輸棟出點數(shù)溝可通過增減I/O模塊靈活配嘉置。NC用PLC類型及煤特點312．獨立乏型PLC（友3）獨立型PLC具有以下享特點（２局）：與內裝床型PLC比較，譯獨立型PLC功能更強峽，但一般要配置丈單獨的宅編程設穩(wěn)備。獨立選型PLC與數(shù)控政系統(tǒng)之尤間的信艷息交換自可通過I/O接口對接方鳥式，也可采根用通信方式。I/O接口對接方荒式就是將壇數(shù)控系蟲統(tǒng)的輸耐入輸出司點通過宴連線與PLC的輸入輸壟出點連接折起來，適丹應于數(shù)控滿系統(tǒng)與各改種PLC的信息噸交換。駐但由于柱每一點備的信息嶺傳遞需遭要一根蜂信號線葛，所以贏這種方發(fā)式連線猶多，信息交存換量小。采用通信的軋方式可克服上令述I/O對接的缺限點。但采蜘用這種方雅式的數(shù)控坐系統(tǒng)與PLC必須采辛用同一通信目協(xié)議。采用通噸信方式時捎，數(shù)控系忽統(tǒng)與PLC的連線蝕少，信沒息交換疊量大而勾且非常舟方便。NC用PLC類型及特建點32四、PLC在數(shù)控舊機床上熔的配置龍方式33PLC在數(shù)控機候床上配置普方式圖例暮（1）PLC在機床上艷配置方式PLC在機床禍側代替覺傳統(tǒng)的扯繼電器爺邏輯系其統(tǒng)，有m+n個輸入輸繳出點PLC在CNC控制柜中稅，有m個輸入輸挪出點，元霜器件數(shù)目扒少，易于始維修，成媽本低。34PLC在數(shù)控機齡床上配置來方式圖例凳（2）PLC在機床夕上配置除方式PLC在控制柜打中，輸入艘輸出接口章在機床一路側，中間邪用一個光臘纜通信。35１．PLC在數(shù)控仆機床上播的配置何方式（田1）第一種PLC安裝在御機床側冷，用于圈完成傳廁統(tǒng)繼電該器的邏智輯控制婆，PLC與數(shù)控苦系統(tǒng)之筒間通過I／O點連線適對接交已換信息隨，PLC通過I／O點再控制謝機床的邏喂輯動作。狐在這種配筍置中，PLC可選用方任意一驢種型號偽的產品，可選擇種余地大。此時PLC需N+M根連線渠，因此玻連線復絞雜。PLC在機床晝上配置康方式36１．PLC在數(shù)控意機床上捎的配置論方式（愁2）第二種埋采用內涉裝PLC。此時PLC僅有M根輸入疫輸出連瞧線控制瓦機床，注而PLC與數(shù)控系略統(tǒng)之間的久信息交換巡壽在數(shù)控系光統(tǒng)內部完械成，因此辰連線少陵，易于黑維修，川成本也駕較低。PLC在機床壟上配置番方式37１．PLC在數(shù)控典機床上基的配置藝方式（惰3）第三種獸獨立型PLC安裝在幟靠近CNC處（或宵使用內精置PLC況），但將PLC的I／O模塊安裝磚在機床側，PLC與I／O模塊之淚間使用租遠程I／O通信線亡連接（砌通常PLC均有遠渴程I/O模塊）。辰這種配置艇特別適用于重海型、大型鐮機床，可使忍用多個還遠程I／O模塊，番各遠程I／O模塊安裝騙在靠近各灑自的控制湖對象處，混從而減少予和縮短了陳連線，簡齡化了強電末結構，提適高了系統(tǒng)害的可靠性屯。PLC在機床上朋配置方式38五、PLC與外部起的信息煮交換391．機床考至PLC屋（MT適→PL壓C）機床側多的開關柏量信號扭通過I／O單元接口含輸入至PLC中，除極擊少數(shù)信號源外，絕大碗多數(shù)信號休的含義及駝所占用PLC的地址也均可由PLC程序設廣計者自崇行定義噸。PLC信息交決換402．PLC至機床鳥（PLC冬→MT男）PLC控制機床譽的信號通伯過PLC的開關量見輸出接口陷送到機床壁側，所有開樓關量輸出獨信號的含鞏義及所占妥用PLC的地址砌均可由PLC程序設計桿者自行定狀義。舉例在SIN冶UME觀RIK掘81殃0數(shù)控系忠統(tǒng)中，弱機床側飽某電磁賊閥的動麥作由PLC的輸出信針號來控制午，設該信內號用Q1．瞧4來定義。脖該信號通撲過I／O模塊和I／O端子板陶輸出至膏中間繼忽電器線渣圈，繼緩電器的我觸點又嫂使電磁賀閥的線被圈得電很，從而歐控制電左磁閥的株動作。頓同樣，Q1．4信號可在PLC疾STAT未US狀態(tài)下粒，通過程觀察QBl的第4位羅“0”或衫“1”來沸獲知該輸覆出信號是孩否有效。PLC信息交凡換413．CNC至PLC（頭CNC→苗PLC）CNC送至PLC的信息螺可由CNC直接送翁入PLC的寄存蠅器中，所有CNC送至PLC的信號含腥義和地址展（開關量登地址或寄拳存器地址恒）均由CNC廠家確定泄，PLC編程者只啄可使用，炸不可改變歡和增刪。舉例數(shù)控指旁令的M、S合、T功能，梳通過CNC譯碼后直魄接送入PLC相應的言寄存器俱中。在SINU慕MERI澤K810數(shù)控系臣統(tǒng)中，M03指令經寨譯碼后尚，送入FY2找7．3寄存器中像。PLC信息交售換424．PLC至CNC顏（PLC則→CNC渡）PLC送至CNC的信息也損由開關量損信號或寄踩存器完成逝，所有PLC送至CNC的信號地盞址與含義峰由CNC廠家確打定，PLC編程者只淹可使用，洗不可改變理和增刪。舉例SINU君MERI苦K81獵0數(shù)控系統(tǒng)名中，Q108者.5為PLC至CNC的進給例使能信屆號。PLC信息交換43六、數(shù)泰控機床PLC功能441．S功能處理主軸轉耽速可以艷用S2位代碼簡或S4位代碼直篩接指定。衫例如：某司數(shù)控機床曾的主軸最憤高轉速為拳4000r／m貞in，最低轉速演為50r／mi住n，若用S4位代碼樹，CNC