6-PLC-数控机床电气控制详解

第6章第六章数控机床PLC控制第6章本章要点可编程控制器的产生、定义、特点与发展可编程控制器的基本组成及各部分的作用可编程控制器的工作原理数控机床PLC的功能和类型S7-200系列可编程控制器的指令系统可编程控制器的程序设计数控机床PLC应用实例第6章6.1可编程控制器概述6.1.1可编程控制器的产生、特点和发展6.1.2可编程控制器的基本组成和工作原理6.1.3可编程控制的编程语言第6章6.1.1可编程控制器的产生、特点和发展1、可编程控制器的产生和定义可编程控制器（ProgrammableLogicController)简称PLC。自1969年第一台PLC面世以来，已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。与机器人、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。第6章国际电工委员会（IEC）对PLC的定义“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并能通过数字或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。”第6章2、可编程控制器的特点1）可靠性高，抗干扰能力强；2）结构简单，通用性强；3）功能强，适应面广；4）编程语言简单，容易掌握；5）体积小、重量轻、功耗低。第6章3、可编程控制器的发展发展的两个趋势：向体积更小、速度更快、高可靠性、功能更强、价格更低的小型PLC方向发展；向大容量、高可靠性、大型网络化、良好兼容性和多功能方向的大中型PLC方向发展。第6章6.1.2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……工作数据系统程序第6章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各部分的作用第6章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各部分的作用第6章2、可编程控制器的工作原理PLC采用周期循环扫描的工作方式，扫描过程包括：内部处理、通信处理、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信处理工作。当PLC处于运行（RUN）状态时，还要完成其它三个阶段。电源ON内部处理通信处理CPU运行方式输入扫描程序执行输出处理NY第6章PLC的程序执行过程：1）输入采样阶段：PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入映像寄存器中。2）程序执行阶段：根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按先左后右，先上后下的顺序逐句扫描。处理结果存入元件映像寄存器中。3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，PLC就进入输出刷新阶段。输出映像寄存器的状态被送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。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第6章6.1.3可编程控制的编程语言梯形图(LAD)指令语句表(STL)功能图第6章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。第6章梯形图的绘制规则：（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。第6章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，如I0.0。指令语句和梯形图有严格的对应关系，可以相互转换。(a)梯形图(b)语句表第6章6.2数控机床PLC6.2.1数控机床PLC的功能6.2.2数控机床PLC的类型第6章6.2.1数控机床PLC的功能PLC处于CNC侧和MT侧之间，对CNC侧和MT侧的输入、输出信号进行处理。“CNC侧”包括CNC系统的硬件和软件以及与CNC系统连接的外围设备。“MT侧”（即机床侧）包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板，继电器线路，机床强电线路等。MT侧顺序控制的最终对象的数量随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，受控对象数量就越多。第6章CNC装置和机床输入、输出信号的处理包括：（1）CNC到机床侧的PLC信号CNC数据经PLC处理后通过接口送至机床侧。其信号有S、T、M等功能代码。（2）机床到CNC侧的PLC信号从机床侧输入的开关量经PLC逻辑处理传送到CNC装置中。第6章6.2.2数控机床PLC的类型数控机床PLC可分为两类：一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的内装型PLC;另一类是那些输入/输出接口技术规范、输入/输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的独立型PLC。第6章内装型PLC内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与MT（机床侧）则通过CNC输入/输出电路实现信号传送。特点：(1)内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能。(2)内装型PLC系统适用于单机数控设备的应用场合。(3)内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU。(4)采用内装型PLC结构，CNC系统具有某些高级控制功能。如梯形图编辑和传送功能等。第6章内装型PLC的CNC系统第6章独立型PLC独立型PLC又称外装型或通用型PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。特点：（1）独立型PLC的基本功能结构与通用型PLC完全相同。（2）数控机床应用的独立型PLC，一般采用中型或大型PLC，I/O点数一般在200点以上，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。（3）独立型PLC的输入/输出点数可以通过输入/输出模块的增减配置。第6章独立型PLC的CNC系统第6章6.3S7-200系列可编程控制器及其指令系统6.3.1S7-200系列PLC概述6.3.2S7-200系列PLC数据类型及元件功能6.3.3S7-200的基本指令系统及编程第6章6.3.1S7-200系列PLC概述西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列PLC属于小型整体式结构，结构小巧，运行速度快，可靠性高，具有极丰富的指令系统和扩展模块。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。第6章CPU221集成6输入/4输出，I/O点共10点，无扩展能力，6KB程序和数据存储容量，有一定的高速计数处理能力，适合于少点数的控制系统。CPU222集成8输入/6输出，I/O点共14点，有2个模块的扩展，6KB程序和数据存储容量，可进行一定模拟量的控制。是S7-200系列中低成本的单元。CPU224集成14输入/10输出，I/O点共24点，有7个模块的扩展，13KB程序和数据存储容量，具有更强的模拟量和高速计数的处理能力。是使用最多的S7-200产品。CPU226集成24输入/16输出，I/O点共40点，有7个模块的扩展，13KB程序和数据存储容量，和CPU224相比，增加了通信口的数量，通信能力大大增强。是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。CPU226XM是后来推出的一种增强型主机，除有26KB程序和数据存储容量外，其它与CPU226相同。第6章6.3.2S7-200系列PLC数据类型及元件功能1、S7-200的基本数据类型在S7-200的编程语言中，大多数指令要同具有一定大小的数据对象一起进行操作。程序中所用的数据可指定一种数据类型。在指定数据类型时，要确定数据大小和数据位结构。S7-200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型（0或1）、整数型和实数型（浮点数）。第6章2、编程元件可编程控制器在其系统软件的管理下，将用户程序存储器划出若干个区，并将这些区赋予不同的功能，由此组成了各种内部器件，这些内部器件就是PLC的编程元件。每一种编程元件用一组字母表示器件类型。第6章S7-200中的主要编程元件（1）输入继电器I（2）输出继电器Q（3）变量寄存器V（4）辅助继电器M（5）特殊继电器SM（6）累加器AC（7）局部变量存储器L（8）定时器T（9）计数器C（10）高速计数器HC（11）顺序控制存储器S（12）模拟量输入/输出映像寄存器AI/AQ第6章6.3.3S7-200的基本指令系统及编程1、位操作指令PLC的位操作指令主要实现逻辑控制和顺序控制。（1）基本逻辑指令装载指令LD/LDN、线圈驱动指令＝触点串联指令A/AN触点并联指令O/ON置位/复位指令S/R边沿触发指令EU/ED逻辑结果取反指令NOT第6章①装载指令LD，LDN与线圈驱动指令=指令：LD（Load）：将常开触点接在母线上。LDN（LoadNot）：将常闭触点接在母线上。=（Out）：线圈输出。用法：第6章②触点串联指令A，AN指令：A（And）：串联常开触点。AN（AndNot）：串联常闭触点。用法：第6章③触点并联指令O，ON指令：O（Or）：并联常开触点。ON（OrNot）：并联常闭触点。用法：第6章④置位/复位指令S（Set）/R（Reset）指令：用法：LAD指令STL指令功能置位指令bitnS)(Sbit，ｎ从bit开始的n个位置1并保持复位指令bitn)R(Rbit