机床电气控制技术

第四章可编程控制器在机床电气控制中的应用可编程控制器的概述可编程控制器（ProgrammableController）是计算机编程系列中的一种，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称为PLC，它主要用来代替继电器－接触器实现逻辑控制。随着技术的改进，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，被称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。PLC的特点及优点1、编程简单易学2、功能齐全3、使用、安装简单4、高可靠性、抗干扰能力强5、体积小，重量轻，维修方便PLC的发展2.PLC的发展早期的PLC（20世纪60年代末~70年代中期）中期的PLC（20世纪70年代中期~80年代中，后期）近期的PLC（20世纪80年代中、后期至今）8.2可编程控制器的组成及工作原理PLC组成框图高可靠性丰富的I/O接口模块采用模块化结构编程简单易学安装简单，维修方便体积小，重量轻，耗能低8.1.3PLC的特点和应用二、PLC的基本工作原理可编程控制器的基本组成和工作原理1、PLC的组成及各部分的作用组成：中央处理单元（CPU）存储器输入/输出接口编程器电源外部设备主机电源中央处理单元(CPU)运算器控制器输入接口单元存储器用户程序外设I/O接口扩展I/O接口输出接口单元用户输入设备用户输出设备编程器打印机EPROM写入器图形监控系统上位计算机……工作数据系统程序二、PLC的基本工作原理中央处理单元（CPU，CentralProcessingUnit）存储器（Memory）输入/输出单元（Input/OutputUnit）编程装置电源中央处理单元(CPU)：是PLC的核心，由运算器和控制器组成。在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。存储器：有系统存储器和用户存储器两种，系统存储器存放系统管理程序。用户存储器存放用户编制的控制程序。输入／输出接口（I/O）：用于PLC与工业生产现场之间的连接。I/O扩展接口：用于扩展输入、输出点数。PLC各部分的作用直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2C→→T内部电路滤波光电耦合外部开关输入点的状态显示输入点公共端编程器：是PLC的重要设备，用于实现用户与PLC的人机对话。用户通过编程器不但可以实现用户程序的输入、检查、修改和测试，还可以监视PLC的工作运行。电源：把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部设备：PLC还配有多种外部设备，如EPROM写入器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯。PLC各部分的作用晶体管输出电路COMT2LED→→DFU+5V内部电路T1R1R2R3负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点继电器输出电路COMLEDJ～R内部电路负载输出点的状态显示继电器机械触点公共端输出点用PLC控制——外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。KMQFUKHM3~SB1SB2KMKHKM继电器控制接线PLC控制外部接线输入设备PLC~SB1SB2KHKM输出设备欲改变控制功能：主电路相同例如用助记符表示指令的功能多条指令语句的组合构成了语句表程序指令语句是PLC用户程序的基础元素LDX0ORM1ANDNOTX1OUTM1X0M1M1X1梯形图程序语句表程序读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新PLC的工作过程0100101000X0M1Y0输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器用户输出设备各部分说明：1、输入部分：这部分作用是收集现场被控制设备的输入信息或操作命令。2、内部控制部分：对输入信号进行信息处理、运算，判断哪些信号需要输出等3、输出部分：将控制部分的运算结果输出到PLC的输出端PLC的工作方式：采用循环扫描的方式。PLC执行程序的过程分为三个阶段，1、即输入采样阶段，对各个PLC输入端进行扫描，将此状态存入输入状态寄存器中。2、程序执行阶段，逐条进行指令执行，结果送输出状态寄存器3、输出刷新阶段，所有指令执行完后，将输出状态寄存器的内容送输出端驱动线圈进行控制输入端子扫描输入映像寄存器程序执行元件映像寄存器输出锁存器输出端子刷新写读输入输出输入采样阶段程序执行阶段输出刷新阶段三、可编程控制器的指令系统1、梯形图编程语言梯形图是一种以图形符号及图形符号在图中相互关系表示控制关系的编程语言，它是在继电接触控制系统原理图的基础上演变而来的，简单直观。梯形图沿用了继电接触控制图中的继电器触点、线圈等符号，并增加了许多功能强而又使用灵活的指令符号。梯形图使用的是内部继电器，其接线是通过程序实现的“软连接”，只需改变用户程序，就可以改变控制功能。梯形图的绘制规则：（1）梯形图采用自上而下、自左而右的顺序编写，PLC也是按这个顺序执行程序的。（2）梯形图左右两条垂直的线称为母线。母线之间各个触点根据一定逻辑关系进行连接，最后以继电器线圈输出结束。每一逻辑行必须从左母线开始，右母线可以省略不画。（3）梯形图中的触点有常开触点和常闭触点两种。这些触点可以是外部触点，也可以是内部继电器的状态，每一个触点都有一个标号，同一标号的触点可以反复使用。（4）PLC的输入继电器是接收外部的输入信号，由外部信号驱动，在梯形图中只能使用触点，不能出现其线圈。PLC输出继电器的线圈代表逻辑输出的结果，在使用中同一继电器的线圈一般只能出现一次，否则仅最后一次操作有效。（5）梯形图中的触点可以任意串联或并联，一般并联触点多的画在最左端；而输出线圈只可以并联，不能串联。2、语句表编程语言语句表是CPU直接执行的语言。语句表的一条指令分为两个部分，一是助记符，用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能；另一部分是操作数，操作数由编程元件及地址组成，指令语句和梯形图有严格的对应关系，可以相互转换。LDX0ORX1ANDNOTM4OUTY1LDNOTX2ORNOTX3ANDM5OUTNOTY2Y0Y1Y2Y1Y2Y3梯形图程序语句表程序使用指令举例与或与或与与输出主要编程元件（1）输入继电器X（2）输出继电器Y（3）辅助继电器M（4）顺序控制存储器S（5）定时器T（6）计数器C通用定时器1）100ms通用定时器（T0～T199）共200点，其中T192～T199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.1～3276.7s。（2）10ms通用定时器（T200～T245）共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.01～327.67s。累积定时器（1）1ms累积定时器（T246～T249）共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.001～32.767s。（2）100ms累积定时器（T250～T255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为0.1～3276.7s。16位计数器（1）16位增计数器（C0～C199）共200点，其中C0～C99为通用型，C100～C199共100点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值待通电后继续计数）。这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。计数器的设定值为1～32767（16位二进制），设定值除了用常数K设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。32位计数器32位增/减计数器（C200～C234）共有35点32位加/减计数器，其中C200～C219（共20点）为通用型，C220～C234（共15点）为断电保持型。这类计数器与16位增计数器除位数不同外，还在于它能通过控制实现加/减双向计数。设定值范围均为-214783648～-[phone]（32位）。C200～C234是增计数还是减计数，分别由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。对应的特殊辅助继电器被置为ON时为减计数，置为OFF时为增计数。32位增/减双向计数器（停电保持用：C200～C219；特殊用：C220～C234）32位增/减双向计数器的值有效范围为-2147483648～+2147483647。利用计数输入X014驱动C200线圈，可增计数或减计数。（增减可由特殊辅助继电器设置）当前值的增减与输出触点的动作无关，但是如果从2147483647开始增计数，则成为-2147483648，形成循环计数。如果复位输入X013为ON，则执行RST指令，计数器当前值变为0，输出触点也复位。在计数器的当前值由-6→-5增加时，输出触点置位；在由-5→-6减少时，输出触点复位，如果从2147483647开始增计数，则成为-2147483648，形成循环计数。1相1计数输入C235C236C237C238C239C240C241C242C243C244C245X000U/DU/DU/DX001U/DRRX002U/DU/DU/DX003U/DRRX004U/DU/DX005U/DRX006SX007S1相2计数输入2相2计数输入C246C247C248C249C250C251C252C253C254C255X000UUUAAAX001DDDBBBX002RRRRX003UUAAX004DDBBX005RRRRX006SSX007SSU表示增计数输入；D表示减计数输入；A表示A相输入；B表示B相输入；R表示复位输入；S表示启动输入。高速计数器通过对特定的输入作中断处理来进行计数，与扫描周期无关，可以执行数KHz的计数。根据不同增/减计数切换及控制的方法，分为1相1计数输入、1相2计数输入以及2相2计数输入三种类型。内置高速计数器第三节FX2N系列可编程序控制器的基本指令FX2N系列PLC有基本指令27条；步进梯形指令2条；应用指令128种，298条。本节介绍其基本顺控指令。LD、LDI、OUT指令助记符，名称功能回路表示和可用软元件程序步X,Y,M,S,T,CX,Y,M,S,T,C11线圈驱动Y,M,S,T,CLD取LDI取反OUT输出常闭触点逻辑运算开始常开触点逻辑运算开始Y，M：1S，特殊M：2T：3C：3～5LD、LDI指令分别用于将常开、常闭触点连接到母线上.OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态器、定时器、计数器的线圈驱动指令。LD、LDI、OUT指令的使用AND、ANI指令助记符，名称功能回路表示和可用软元件程序步X,Y,M,S,T,CX,Y,M,S,T,C11AND与ANI与非常开触点串联连接常闭触点串联连接AND、ANI指令分别用于单个常开、常闭触点的串联，串联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。AND、ANI指令的应用OR、ORI指令OR、ORI指令分别用于单个常开、常闭触点的并联，并联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。功能回路表示和可用软元件程序步X,Y,M,S,T,CX,Y,M,S,T,C11助记符，名称OR或ORI或非常开触点并联连接常闭触点并联连接OR、ORI指令的应用LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令LDP、ANDP、ORP指令是进行上升沿检出的触点指令，仅在指定位元件的上升沿时（OFF→ON变化时）接通一个扫描周期。LDF、ANDF、ORF指令是进行下降沿检出的触点指令，仅在指定位元件的下降沿时（ON→OFF变化时）接通一个扫描周期。助记符，名称功能回路表示和可用软元件程序步下降沿检出运算开始X,Y,M,S,T,CX,Y,M,S,T,C22X,Y,M,S,T,CX,Y,M,S,T,C22下降沿检出并联连接X,Y,M,S,T,CX,Y,M,S,T,C22ORF或脉冲下降沿ORP或脉冲上升沿ANDF与脉冲下降沿