数控机床维修工(高级、技师

国家职业资格培训教材技能型人才培训用书国家职业资格培训教材编审委员会编夏燕兰主编数控机床维修工(高级、技师)国家职业资格培训教材技能型人才培训用书依据劳动和社会保障部制定的《国家职业标准》要求编写第四章数控机床PLC的应用与故障诊断第四章数控机床PLC的应用与故障诊断通过本章的学习，了解可编程序控制器（PLC）的基本组成和工作原理，掌握FANUCPMC的主要信号功能，能灵活应用FANUCPMC指令系统进行编程，掌握利用PMC诊断故障的方法。一、PLC的基本组成图4-1PLC内部硬件结构框图1.PLC的硬件结构第一节PLC的组成与工作原理(1)中央处理单元(CPU)中央处理单元CPU是PLC的核心，它通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器、I/O接口相连。(2)存储器PLC的存储器是用来存储数据或程序的。(3)I/O接口电路I/O接口是CPU与现场I/O设备联系的桥梁。(4)编程器编程器是用来输入和编辑程序，也可用来监视PLC运行时各编程元件的工作状态。(5)电源电源的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。2.PLC软件第一节PLC的组成与工作原理(1)系统软件系统软件包括系统管理程序、用户指令解释程序及标准程序模块等。(2)用户程序用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC的编程语言编制的应用程序。第一节PLC的组成与工作原理二、PLC的工作原理图4-2电动机起/停控制电路a)继电器控制系统的起/停控制电路b)PLC实现起/停控制的接线示意图第一节PLC的组成与工作原理(1)输入采样阶段PLC在输入采样阶段，首先扫描所有的输入端子，将各输入存入内存中各对应的输入映象寄存器，此时，输入映象寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段或输出阶段。(2)程序执行阶段根据PLC梯形图程序的扫描原则，PLC按先左后右、先上后下的顺序逐步扫描。2.PLC的工作过程第一节PLC的组成与工作原理1.扫描的概念(3)输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，输出映象寄存器中所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段存到输出锁存寄存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。图4-3PLC的工作过程3.对I/O处理的规则第一节PLC的组成与工作原理图4- 4PLC对I/O处理的规则1)输入映象寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入点在上一个刷新期间的状态。2)输出映象寄存器的内容由程序中输出指令的执行结果决定。第一节PLC的组成与工作原理3)输出锁存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶段的输出映象寄存器的数据来确定。4)输出端子板上各输出端的ON/OFF状态，由输出锁存器的内容来确定。5)程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映象寄存器和输出映象寄存器读出。第一节PLC的组成与工作原理三、PLC的等效电路图4-5FANUCPLC的等效电路2.内部控制部分第一节PLC的组成与工作原理1.输入部分3.输出部分四、PLC的编程语言1.梯形图(LAD)图4- 6FANUCPLC的梯形图与语句表1)梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列，两侧的垂直公共线称为母线。第一节PLC的组成与工作原理2)梯形图中的“继电器”是PLC内部的编程元件，因此称之为“软继电器”。3)在梯形图中有一个假想的电流，即所谓“能流”，从左流向右。4)输入继电器用于PLC接受外围设备的输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触点去驱动。5)PLC按编号来区别编程元件，同一继电器的线圈和它的触点要使用同一编号。2.语句表(STL)第一节PLC的组成与工作原理3.顺序功能图(SFC)图4-7顺序功能图4.功能块图(FBD)第一节PLC的组成与工作原理图4-8功能块图第一节PLC的组成与工作原理五、PLC与继电器控制系统的比较(1)组成器件继电器控制电路由许多真正的硬件继电器组成，硬件继电器易磨损；梯形图则由许多所谓的“软继电器”组成，这些“软继电器”实质上是存储器中的每一位触发器，可以置“0”或置“1”，“软继电器”则无磨损现象。(2)触点数量硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触点数一般只有4～8对；梯形图中每个“软继电器”供编程使用的触点数有无限对，因为在存储器中的触发器状态(电平)可取用任意次数。第一节PLC的组成与工作原理(3)实施控制的方法在继电器控制电路中，要实现某种控制是通过各种继电器之间硬接线解决的，由于其控制功能已包含在固定电路之间，因此它的功能专一，不灵活；PLC控制是通过梯形图即软件编程解决的，所以灵活多变。第一节PLC的组成与工作原理(4)工作方式在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中各继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不应吸合的继电器都因受某种条件限制不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式；在梯形图的控制电路中，图中各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。第一节PLC的组成与工作原理(5)控制速度继电器控制系统依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，另外机械触点还会出现抖动问题；PLC是由程序指令控制来实现控制的，速度快，PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。第一节PLC的组成与工作原理一、数控机床PLC的形式图4-9内装型PLC的CNC系统1.内装型PLC第二节数控机床的PLC1)在系统的结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可单独使用一个CPU。2)内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种基本的功能提供给用户。3)采用内装型PLC结构，扩大了CNC系统内部直接处理数据的能力。2.独立型PLC第二节数控机床的PLC图4-10独立型PLC的数控机床系统框图1)独立型PLC不但要进行MT侧的I/O连接，第二节数控机床的PLC还要进行CNC装置侧的I/O连接，因此CNC和PLC均具有自己的输入/输出接口电路。2)独立型PLC的基本功能结构与前所述的通用型PLC完全相同。3)数控机床应用的独立型PLC一般采用中型或大型PLC，所以多采用积木式模块化结构，具有安装方便、功能易于扩展和变换等优点。4)独立型PLC的I/O点数可以通过I/O模块的增减灵活配置。第二节数控机床的PLC二、PLC与外部信息交换1.MT侧至PLC第二节数控机床的PLC4.PLC至CNC侧3.CNC侧至PLC2.PLC至MT侧三、PLC的功能1.操作面板的控制第二节数控机床的PLC6.S功能的实现5.M功能的实现4.T功能的实现3.机床侧输出信号控制2.机床侧开关输入信号一、FANUC0i系统PMC的性能及规格图4-11FANUC0i系统的直流输入信号接口a)漏极型输入的接线b)有源型输入的接线第三节FANUC0i系统PMC性能简介图4-12FANUC0i系统的直流输出信号接口a)输出信号驱动继电器负载b)输出信号驱动白炽指示灯负载第三节FANUC0i系统PMC性能简介表4-1FANUC0i系统PMC的性能和规格第三节FANUC0i系统PMC性能简介表4-1FANUC0i系统PMC的性能和规格第三节FANUC0i系统PMC性能简介二、FANUC0i系统PMC器件地址图4-13信号地址的格式1.机床到PMC的输入信号地址(MT→PMC)第三节FANUC0i系统PMC性能简介表4-2FANUC0i系统固定输入地址第三节FANUC0i系统PMC性能简介第三节FANUC0i系统PMC性能简介12.标号地址(L)11.子程序号地址(P)10.数据表地址(D)2.从PMC到机床侧的输出信号地址(PMC→MT)7.保持型继电器(K)6.计数器地址(C)5.定时器地址(T)4.从CNC到PMC的输入信号地址(CNC→PMC)3.从PMC到CNC的输出信号地址(PMC→CNC)9.信息继电器地址(A)8.内部继电器地址(R)一、运行准备信号第四节FANUC系统PMC的主要信号功能8.各轴各方向互锁信号+MIT1、-MIT1、+MIT2、-MIT2、(X1004.2～X1004.5)(T系列)、+MIT1、-MIT1、+MIT2、、+MIT3、-MIT3、+MIT4、-MIT4(G132.0～G132.3，G134.0～G134.3)(M系列)7.各轴互锁信号*IT～*IT4(G130.0～G130.3)6.所有轴锁住信号*IT(G008.0)3.伺服就绪信号SA(F000.6)2.CNC就绪信号MA(F001.7)1.急停信号*ESP(X1008.4,G008.4)5.电池报警信号BAL(F001.2)4.报警信号AL(F001.0)9.方式选择信号MD1、MD2、MD4(G043.0～G043.2)、DNC1(G043.5)、ZRN(G043.7)表4-3方式选择信号第四节FANUC系统PMC的主要信号功能二、手动操作信号1.进给轴方向选择信号+J1～+J4(G100.0～G100.3)，-J1～-J4(G102.0～G102.3)表4- 4手动进给倍率信号3.手动快速移动选择信号RT(G019.7)第四节FANUC系统PMC的主要信号功能2.手动进给倍率信号*JV0～*JV15(G010～G011)4.手轮进给轴选择信号HS1A～HS1D(G018.0～G018.3)、HS2A～HS2D(G018.4～G018.7)、HS3A～HS3D(G019.0～G019.3)(M系列)表4-5编码信号与进给轴的对应关系5.手轮进给倍率选择信号MP1、MP2(G019.4、G019.5)第四节FANUC系统PMC的主要信号功能表4- 6信号和位移量的对应关系第四节FANUC系统PMC的主要信号功能三、建立参考点信号1)机床移出参考点位置。2)急停信号有效时。3)出现伺服报警。1.手动返回参考点信号ZRN(G043.7)第四节FANUC系统PMC的主要信号功能3.参考点返回结束信号ZP1~ZP4(F094.0～F094.3)2.参考点返回减速信号*DEC1~*DEC4(X009.0～X009.3)四、自动运行信号1)急停信号(*ESP)为“0”时。2)外部复位信号(ERS)为“1”时。3)复位和倒回信号(RRW)为“1”时。4)按MDI上的RESET键时。7.所有轴机床锁住信号MLK(G044.1)第四节FANUC系统PMC的主要信号功能6.复位信号RST(F001.1)3.循环起动灯信号STL(F000.5)2.进给暂停信号*SP(G008.5)1.循环起动信号ST(G007.2)5.外部复位信号ERS(G008.7)4.进给暂停灯信号SPL(F000.4)第四节FANUC系统PMC的主要信号功能10.单程序段信号SBK(G046.1)9.空运行信号DRN(G046.7)8.各轴机床锁住信号MLK1～MLK4(G108.0～G108.3)12.DNC运行选择信号DNC1(G043.5)11.跳过任选程序段信号BDT1(G044.0)五、进给速度控制信号1.快速移动倍率信号ROV1、ROV2(G014.0、G014.1)表4-7快速移动倍率信号2.进给速度倍率信号*FV0～*FV7(G012.0～G012.7)第四节FANUC系统PMC的主要信号功能六、辅助功能信号第四节FANUC系统PMC的主要信号功能2.结束信号FIN(G004.3)1.辅助功能代码信号M00～M31(F010～F013)、辅助功能选通信号MF(F007.0)3.分配结束信号DEN(F001.3)七、主轴串行输出/主轴模拟输出信号1)对于M系列，输出S代码。2)对于T系列，S代码和SF信号都不输出。3)当使用恒表面切削速度控制时，S代码并不总是主轴转速。6.主轴使能信号ENB(F001.4)1.主轴代码信号S00～S31(F022～F025)、主轴选通信号SF(F007.2)第四节FANUC系统PMC的主要信号功能3.主轴定向信号SOR(G029.5)2.主轴停止信号*SSTP(G029.6)5.主轴速度到达信号SAR(G029.4)4.主轴速度倍率信号SOV0～SOV7(G030)7.齿轮选择信