任務四 數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的認知

任務四數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的認知知識要求掌握數(shù)控機床電氣手冊的使用方法了解PLC在數(shù)控機床中的使用范圍了解數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的基本結構數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的組成電氣系統(tǒng)外圍電壓電氣控制系統(tǒng)執(zhí)行機構機床用PLC概述1.定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算的電子操作系統(tǒng)裝置，專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計的，它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關設備都應按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一個整體和易于擴充其功能的原則進行設計認識可編程控制器(PLC)它的起源可以追溯到60年代，美國通用汽車公司為了適應汽車型號不斷翻新的需要，對生產(chǎn)線上的控制設備提出了新的要求，為此研制了第一臺可編程控制器用于生產(chǎn)線上，通過改變存儲在里面的指令的方法來改變生產(chǎn)線的控制流程，從而提供了繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的靈活性。但這一時期它主要是代替繼電器系統(tǒng)完成順序控制，雖然也采用了計算機的設計思想，實際只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器簡稱PLC（ProgrammableLogicalController）?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展進入80年代，隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，可以進行模擬量控制、位置控制，特別是遠程通訊功能的實現(xiàn)，易于實現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱為可編程控制器（ProgrammableController）簡稱PC,但為了與個人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱為PLC。PLC已被稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。

目前PLC已廣泛應用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領域，加速了機電一體化的進程。PLC的主要特點可靠性高，抗干擾能力強。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件的設計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。編程簡單，使用方便。

通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結構，可以靈活地組態(tài)以適應不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現(xiàn)在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。體積小，易于實現(xiàn)機電一體化。e)縮短設計、施工、投產(chǎn)的周期，維護容量。目前PLC產(chǎn)品朝著系列化、標準化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用相應的模塊進行組合設計，同時用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。7家舉足輕重的PLC制造廠家：美國的Rockwell自動化公司所屬的A-B(Allen-Bradley)公司GE-Fanuc公司德國的西門子（Siemens）公司美國的Modicon公司法國TE（Telemecanique）公司日本三菱公司日本立石（OMRON）公司國內PLC的發(fā)展概況用PLC改造設備國產(chǎn)的小型PLC（I/O點數(shù)≤256）已形成一定的批量，但無主流產(chǎn)品中型PLC的開發(fā)才剛剛起步國產(chǎn)小型PLC廠家及其產(chǎn)品有上海東屋電器有限公司生產(chǎn)的CF系列不海工業(yè)自動化研究所生產(chǎn)的TCMS-300/D杭州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列蘇州機床電器廠生產(chǎn)的CYK/KB系列等國內中型PLC的發(fā)展情況機械部北京自動化所和天津自動化儀表廠開發(fā)的1024個I/O點的PLC大連組合機床研究所開發(fā)的1152個I/O點的S50PLC中外合資的上上海香島斯邁克有限公司、華光電子工業(yè)有限公司，引進生產(chǎn)線的遼寧無線電二廠，外商獨資的廈門A-B公司模擬量輸入行程開關繼電器觸點各種開關傳感器CPUROM、RAM電源部件輸出接口輸入接口外設接口照明電磁裝置執(zhí)行機構采用光電隔離裝置繼電器、可控硅、晶體管電路編程器打印機計算機采用光電隔離裝置1.主機

CPU是PLC的核心，一切邏輯運算及判斷都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我們常說的電腦芯片。(1)

運行用戶程序。(2)

監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。(3)

作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器

系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。

用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結果。

內部存儲器有兩類：一類是系統(tǒng)程序存儲器，另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器輸入/輸出(I/O)接口與電源輸入接口用于接收輸入設備（如：按鈕、行程開關、傳感器等）的控制信號。輸出接口用于將經(jīng)主機處理過的結果通過輸出電路去驅動輸出設備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配備的直流開關穩(wěn)壓電源

1、實現(xiàn)刀具相對于工件各坐標軸幾何運動規(guī)律的數(shù)字控制（即是實現(xiàn)機床運動軌跡的控制、實現(xiàn)零件的輪廓控制）。這一部分工作有數(shù)控系統(tǒng)中NC部分來完成。

2、實現(xiàn)機床輔助設備的控制(包括冷卻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、操作面板、換刀系統(tǒng)等等）是由PLC來完成的。二、PLC和NC的關系第一節(jié)PLC在數(shù)控機床中的應用PLC（ProgrammableLogicController),通常用于設備的自動控制。2.PLC用于機床的控制，主要是用于機床的外圍、輔助電氣的控制；3.PLC用于數(shù)控機床通常稱之為可編程序機床控制器；稱之為PMC（programmablemachinetoolcontroller）第一節(jié)PLC在數(shù)控機床中的應用一、數(shù)控機床用PLC介紹

1、實現(xiàn)刀具相對于工件各坐標軸幾何運動規(guī)律的數(shù)字控制（即是實現(xiàn)機床運動軌跡的控制、實現(xiàn)零件的輪廓控制）。這一部分工作有數(shù)控系統(tǒng)中NC部分來完成。

2、實現(xiàn)機床輔助設備的控制(包括冷卻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、操作面板、換刀系統(tǒng)等等）是由PLC來完成的。二、PLC和NC的關系PLC在數(shù)控機床中的應用1.外圍電路（強電回路）是不能夠直接和PLC相互連接的，所以外圍電路和PLC相互連接必須要通過中間的繼電器回路的轉換。2.進入PLC的必須要轉換成弱電信號，用于控制外圍電路的必須要把PLC輸出的弱電信號轉換成強電信號。PLC和機床外圍電路的關系1.內裝式（集成式）：整體設計、信息交換速度快、系統(tǒng)可靠。2.獨立式（外裝式）：

獨立于NC裝置，是能夠獨立完成功能的PLC。方便擴展、選擇余地大。PLC在數(shù)控機床中的應用形式1、機床側至PLC：

機床側的信號通過I/O單元接口輸入到PLC，輸入的地址由PLC程序編制人員自行定義。當然要根據(jù)相關規(guī)范確定。2、PLC至機床側： 根據(jù)機床的配置，以及所需要完成的控制功能。PLC將控制信號輸送至機床側。輸出信號的地址也是由程序編制人員自行定義。

PLC和外部的信息交換3、PLC至CNC：

PLC至CNC的信號地址和含義由系統(tǒng)廠商定義完成，程序編制人員之能夠根據(jù)廠商的定義而不能夠增減、刪除改變。4、CNC至PLC：

CNC送至PLC的信號可由CNC直接送至PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號含義和地址均由系統(tǒng)廠商定義。PLC和外部的信息交換1、輸入采樣；PLC掃描讀入所有輸入端口的信號狀態(tài)，并將此狀態(tài)讀入到輸入映像寄存器中。2、程序執(zhí)行；系統(tǒng)讀入輸入映像緩存區(qū)、輸出映像緩存區(qū)的數(shù)據(jù)，進行運算并將運算結果輸出到輸出映像緩存區(qū)。3、刷新階段；刷新階段主要是將新的處理結果輸出到外部。五、PLC在數(shù)控機床中的工作流程1、操作面板的控制 操作面板的控制分為兩個部分，一個是系統(tǒng)操作面板的控制一個是機床操作面板的控制。

系統(tǒng)面板的信號PLC在數(shù)控機床中的功能。系統(tǒng)面板信號NCPLC機床面板信號機床機床面板信號PLC機床系統(tǒng)面板的信號2、機床外部開關輸入信號將機床側的開關信號輸入PLC，進行邏輯運算。運算的結果用于對機床的控制。3、輸出信號控制，PLC將用于控制的信號經(jīng)過接口以及外圍電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。4、T功能實現(xiàn)，所謂T功能實際上就是數(shù)控機床對刀具的控制功能。就是通過PLC實現(xiàn)刀具調用、換刀等一系列功能。5、M功能的實現(xiàn) 所謂M功能就是數(shù)控機床的輔助功能，包括主軸旋轉的控制、冷卻系統(tǒng)的控制、程序執(zhí)行方式的控制等等。PLC在數(shù)控機床中的功能。NCPLC外圍輔助設備

PLCNC指令外部反饋直接控制外部設備小功率設備由繼電器、接觸器等組成的外圍電路輔助設備PLC和外圍電路的關系一、PLC對外圍電路的控制。1、PLC內部信號和外部信號的對應關系，對于外圍電路的控制非常重要。處理他們的對應關系，主要是依據(jù)機床廠上的對于外圍電路的設計、功能的定義以及PLC程序編制工程是對于PLC輸入輸出接口的分配。2、地址分配：將PLC許可使用范圍內的地址，按照一定的規(guī)則使其和外部電路中的信號相對應。也就是一個地址對應著一路信號，也就是地址實際上將內部信號和外部信號連接起來。PLC和外圍電路的關系一、PLC內部信號和外部信號的對應。PLC程序編制工程師在編制軟件時，通過設置參數(shù)、和程序編制時的定義，已經(jīng)將地址從軟件上作了分配。但是，我們在處理外部回路和PLC相連接時，不能夠只是靠軟件來保證信號的對應關系。PLC內部信號的定義和地址的分配，是和PLC的硬件接口相對應的。我們在使用PLC時，實際上也只能夠通過對硬件的使用和辨識來保證接口使用的確實。PLC和外圍電路的關系一、PLC內部信號和外部信號的對應。手動絕對值選擇停止主軸正轉

主軸反轉主軸停止線號插座上的針腳號分配的輸入地址實際信號含義標注實際開關按鈕的編號PLC和外圍電路的關系二、外部元件和PLC輸入信號PLCPLC和外圍電路的關系二、外部元件和PLC輸入信號PLC地址通常由三部分組成：1、地址類型；2、地址號；3、位號；如：

X1000.0地址類型地址號位號位號從0~7地址類型由廠家定義PLC和外圍電路的關系三、PLC的地址構成

元器件（號）線號插槽或插座號針腳號PLC輸入地址號機床上實際使用的電氣元件的編號和機床電氣元件相連的電纜的線號電纜匯入的插座、插槽的號碼每一路信號在插座、插槽上的分配號碼每一路信號對應分配的PLC地址PLC和外圍電路的關系三、電路圖上幾種標號的關系1.目錄

目錄的主要內容是：頁碼、圖號、標題一、機床電氣手冊的構成NO（頁碼）DRAWING（圖號）TITLE（標題）REMARK（備注）機床電氣手冊2、線號表

說明線纜的走向，線纜在電氣圖中的位置。一、機床電氣手冊的構成機床電氣手冊3、符號描述表

描述所要表達的電氣元件的圖形符號一、機床電氣手冊的構成機床電氣手冊4、電器柜布置圖

用來描述每個器件在電氣柜中的位置，以及電氣柜和外界相連通的線纜的位置。一、機床電氣手冊的構成機床電氣手冊電器柜布置圖一、機床電氣手冊的構成5、控制回路框圖

用于描述整個數(shù)控機床控制系統(tǒng)控制流程和各部分之間的關系。機床電氣手冊6、各控制單元圖。

在數(shù)控機床電氣控制圖中，對完成某一項或者某一類功能的電路作了單獨的描述。除此以外，還對每一個重要的零部件的構成做了詳細的描述。通過這些單元圖（零部件圖），我們可以更加詳細而透徹的了解整個數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的構成。一、機床電氣手冊的構成機床電氣手冊一、機床電氣手冊的構成NC電源供應單元NCPOWERSUPPLYUNIT機床電氣手冊1、了解數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的工作原理；2、熟練使用機床電氣手冊維護數(shù)控機床電氣系統(tǒng)。查找回路的方法一、學習查找回路的目的

通過查找冷卻液電機運轉的控制回路的工作流程，熟悉和掌握使用機床電氣手冊的方法。

控制冷卻液電機運轉的的控制的兩種方式：

1、程序自動控制（M指令）；

NC將M指令譯碼后送至PLC，經(jīng)過PLC的運算處理后送出控制信號。

2、手動控制（機