第六章数控机床用可编程序控制器

zw主编第一章数控机床概述第二章数控机床的程序编制第三章计算机数控(CNC)系统第四章数控机床的机械结构与部件第五章伺服驱动系统第六章数控机床用可编程序控制器第七章数控机床的使用与维修附录第六章数控机床用可编程序控制器第一节可编程序控制器概述第二节数控机床控制对象及接口信号第三节梯形图工作原理第四节PMC指令系统和编程第五节梯形图应用举例第一节可编程序控制器概述一、PLC与RLC在数控机床上的应用比较1)PLC是一种专用于工业顺序控制的微机。图6-1PLC系统基本功能结构框图第一节可编程序控制器概述2)具有面向用户的指令和专用于存储用户程序的存储器。3)用户程序可采用“梯形图”编辑。4)PLC可与编程机、编程器和个人计算机等连接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。5)PLC没有继电器那种机械触点，因此不存在触点的接触不良、熔焊、磨损和绕组损坏等故障，所以抗干扰能力强，工作稳定可靠。6)PLC结构紧凑、体积小，容易装入机床内部或电气箱内，便于实现数控机床的机电一体化。二、数控机床用PLC第一节可编程序控制器概述图6-2具有内装型PLC的CNC机床系统框图1.内装型PLC第一节可编程序控制器概述1)内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能。2)内装型PLC的性能指标是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。3)在系统的具体结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU；硬件控制电路可与CNC其他电路制作在同一块印制电路板上，也可以单独制成一块附加板，当CNC装置需要附加PLC功能时，再将此附加板插装到CNC装置上；内装PLC一般不单独配置输入/输出接口电路，而是使用CNC系统本身的输入/输出电路；PLC所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。4)采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级的控制功能。2.独立型PLC第一节可编程序控制器概述图6-3独立型PLC的数控机床系统框图1)独立型PLC具有如下基本的功能结构：CPU及其控制电路、系统第一节可编程序控制器概述程序存储器、用户程序存储器、输入/输出接口电路、与编程机等外部设备通信的接口和电源等，如图6-4所示。图6-4独立型PLC功能结构框图第一节可编程序控制器概述2)独立型PLC一般采用积木式模块结构或插板式结构，各功能电路多做成独立的模块或印制电路板，具有安装方便、功能易于扩展和变更等优点。3)独立型PLC的输入/输出点数可以通过I/O模块或插板的增减灵活配置。第二节数控机床控制对象及接口信号一、NC侧与MT侧的概念图6-5带PLC数控机床信号流向框图二、数控机床接口1.接口定义及功能分类第二节数控机床控制对象及接口信号图6-6数控机床接口框图2.数控机床第四类接口信号分类第二节数控机床控制对象及接口信号1)必须信号。2)任选信号。三、输入/输出信号规范1.直流输入信号图6-7直流输入信号接口2.直流输出信号第二节数控机床控制对象及接口信号图6-8直流输出信号接口第二节数控机床控制对象及接口信号图6-9大负载驱动控制原理图第三节梯形图工作原理图6-10电动机起停两地控制电路a)继电器控制b)梯形图控制一、梯形图结构第三节梯形图工作原理图6-11梯形图结构二、梯形图与继电器逻辑电路在操作上的差别第三节梯形图工作原理图6-12梯形图与RLC工作顺序比较三、执行程序的优先顺序第三节梯形图工作原理图6-13顺序程序划分四、输入信号同步处理第三节梯形图工作原理1.第二级程序输入信号的同步处理图6-14电路举例2.第一级程序与第二级程序间的输入信号同步处理第三节梯形图工作原理图6-16电路举例五、顺序处理时间的计算第三节梯形图工作原理1.计算公式2.计算举例(1)第一级程序(2)第二级程序(3)分割数n的时间计算(4)顺序处理时间计算六、顺序程序的执行图6-17顺序程序的执行第四节PMC指令系统和编程图6-18堆栈寄存器操作顺序一、基本指令第四节PMC指令系统和编程表6-1PMC基本指令第四节PMC指令系统和编程L1.TIF第四节PMC指令系统和编程图6-19梯形图实例第四节PMC指令系统和编程表6-2编码表和运算结果状态二、功能指令第四节PMC指令系统和编程表6-3功能指令和处理内容(PMC—L)第四节PMC指令系统和编程表6-3功能指令和处理内容(PMC—L)第四节PMC指令系统和编程表6-3功能指令和处理内容(PMC—L)第四节PMC指令系统和编程1.功能指令格式图6-20功能指令格式第四节PMC指令系统和编程表6-4编码表及运算结果状态(1)控制条件每条功能指令控制条件的数量和含义各不相同，控制条件存在于堆栈寄存器中，第四节PMC指令系统和编程控制条件以及指令、参数和输出(W)必须无一遗漏地按固定的编码顺序编写。(2)指令指令有三种格式(见表6-3)。(3)参数与基本指令不同，功能指令可处理数据。(4)输出(W)功能指令操作结果用逻辑“0”或“1”状态输出到W。图6-21四位BCD数据第四节PMC指令系统和编程图6-224字节二进制数据2.PMC—L部分功能指令说明(1)顺序结束指令(END1，END2)第四节PMC指令系统和编程L2.TIF(2)定时器指令(TMR，TMRB)1)定时器指令应用场合。第四节PMC指令系统和编程①机械动作完成状态或稳定状态的延时确认。如卡盘夹紧/松开、自动夹具夹紧/松开、回转工作台锁紧/释放、刀具夹紧/松开、主轴起动/停止等。图6-23TMR和TMRB指令格式第四节PMC指令系统和编程②机床液压、润滑、冷却、供气系统执行器件稳定工作状态的延时确认。如液压缸、气缸、电磁阀、压力阀、气阀等动作完成确认。③顺序程序中其他需要与时间建立逻辑顺序关系的场合。2)指令格式定时器指令格式如图6-23所示。3)功能原理：①TMR是设定时间可以更改的延时定时器。它通过CRT/MDI面板在指令规定的“定时器控制数据地址”中设定时间，设定值用二进制表示。二进制数1相当于50ms。设定范围：0.05～1638.35ms。每个定时器控制数据在保持型存储器中需要连续5字节存储区，如图6-24所示，指令控制数据地址要用其中的起始地址号作设定数据。第四节PMC指令系统和编程图6-24定时器控制数据地址②TMRB的设定时间与顺序程序一起被写入EPROM(又称固定定时器)。所设定的时间不能用CRT/MDI改变，除非修改梯形图设定时间，再重新写入EPROM。第四节PMC指令系统和编程所以，TMRB是设定时间固定不变的延时定时器。图6-25固定定时器控制数据地址③定时器操作，定时器工作时序如图6-26所示，其中T为设定时间。当控制条件ACT=0时，输出W=0。当ACT=1时，定时器开始计时，在到达预定时间T后，W=1。W地址由编程员任意设定。第四节PMC指令系统和编程图6-26定时器工作时序(3)译码指令(DEC)数控机床在执行加工程序的过程中，各坐标轴除要按程序指令运行外，第四节PMC指令系统和编程还要执行程序指令规定的M机能、S机能和T机能。图6-27BCD代码信号1)指令格式译码指令格式如图6-28所示。第四节PMC指令系统和编程图6-28DEC指令格式2)功能原理：第四节PMC指令系统和编程①译码信号地址指由NC至PMC的两位BCD代码信号地址。如F151(M代码信号地址)、F153(T代码信号地址)等。译码规格数据由译码值和译码位数两部分组成。②当指定译码信号地址的代码信号状态与指定序号相同时，输出W=1；反之，W=0。译码输出W的地址图6-29ROT指令格式第四节PMC指令系统和编程(4)旋转指令(ROT)该指令可以对刀架、ATC、回转工作台等旋转体实现如下控制：①选择最短路径旋转方向；②计算现在位置和目标位置之间的步数；③计算目标位置前一相邻位置号或计算前一相邻位置的步数。1)指令格式。2)功能原理：①该指令有六项控制条件，前五项决定ROT的工作方式，第六项为旋转执行命令。②旋转体分度数。指定旋转体一周的分度位数。③现在位置地址。指定存储现在位置的地址。④目标位置地址。指定存储目标位置(或指令值)的地址，例如，存储NC输出T代码的地址。第四节PMC指令系统和编程⑤运算结果输出地址。将计算旋转体到目标位置的步数或计算到目标位置前一相邻位置的步数输出地址。图6-30旋转体旋向规定第四节PMC指令系统和编程⑥旋转方向输出(W)。为控制旋转体沿最短途径旋转的转向被输入到W，当W=0时，为正向旋转(FOR)；W=1时，为反向旋转(REV)。FOR与REV的定义如图6-30所示。(5)逻辑乘转移指令(MOVE)该指令的作用：使比较数据和处理数据进行逻辑乘运算，并将结果转移到指定地址。1)指令格式。图6-31MOVE指令格式第四节PMC指令系统和编程2)功能原理：当ACT=0时，MOVE指令不执行；当ACT=1时，MOVE指令执行。3)应用举例。图6-32MOVE指令梯形图第四节PMC指令系统和编程(6)一致性检测(COIN)该指令检查用BCD数据表示的输入数据与比较数据是否符合。1)指令格式。图6-33COIN指令格式第四节PMC指令系统和编程2)功能原理：有两项控制条件。(7)信息显示指令(DISP)机床侧报警信息和操作者信息可通过顺序程序中的DISP指令显示在CRT上。1)指令格式。图6-34DISP指令格式第四节PMC指令系统和编程表6-5编码表2)功能原理：第四节PMC指令系统和编程①控制条件：ACT=0：不处理，W保持不变；ACT=1：显示或清除指定信息。②参数如下：③信息数据④W=0：处理结束。⑤参数与数据的关系。如图6-35所示，一个DISP指令需要连续四字节内部继电器地址(R500～R503)用于指令的显示请求和检查CRT的显示状态。四字节的首地址即为指令的信息控制地址。图6-35参数与信息数据的关系第五节梯形图应用举例一、润滑系统自动控制梯形图图6-36润滑系统自动控制梯形图第五节梯形图应用举例图6-36润滑系统自动控制梯形图(续)第五节梯形图应用举例表6-6信号地址及信号内容表第五节梯形图应用举例图6-37润滑系统及其报警控制电路图第五节梯形图应用举例图6-38润滑电动机控制强电线路图第五节梯形图应用举例图6-39润滑系统控制顺序方框图1.正常工作时控制顺序第五节梯形图应用举例图6-40润滑系统正常起动运行时序图2.故障监控第五节梯形图应用举例1)当润滑系统出现泄漏时或其他故障使得M4运行15s后油路压力仍不能达到正常设定值(即SP2未闭合),则24B行R600.3为“1”并自保，使24I行R616.7为“1”，又使23N的R616.7断开，润滑电动机将不能再起动。2)当润滑油路堵塞或其他故障使得M4在停止运行25min后,油路压力仍降不下来(SP2处于闭合状态),24G行的R600.4为“1”并自保，又使23N行的R616.7断开，润滑电动机将不能再起动。3)如果润滑油不足，SL闭合,24I行R616.7为“1”，23N行的R616.7断开，Y86.6无输出，电动机不能起动或停止运转。4)如果润滑电动机过载，QF4断开，24I行R616.7为“1”，23N行R616.7断开，Y86.6无输出，电动机不能起动或停止运转。第五节梯形图应用举例图6-41机床报警指示灯频闪时间控制时序图第五节梯形图应用举例图6-42故障诊断地址二、刀库自动选刀控制梯形图第五节梯形图应用举例图6-43刀库自动选刀控制梯形图第五节梯形图应用举例图6-44加工中心刀库第五节梯形图应用举例图6-45信息传递关系三、故障报警显示梯形图第五节梯形图应用举例1)在操作面板或机床的有关部件上设置报警指示灯。2)用输入/输出信号指示灯提示故障状态。3)向用户提供用于故障检查的诊断地址表，操作者依据诊断地址通过诊断显示画面进行诊断。4)运用PLC的显示功能指令，像CNC报警显示一样，在CRT上直接显示故障编号和故障内容。图6-46故障报警显示梯形图第五节梯形图应用举例表6-7信号地址及信号内容第五节梯形图应用举例表