數(shù)控機(jī)床PLC控制.ppt

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數(shù)控機(jī)床PLC控制 PLC的分類 組成及其工作方式 常用的編程語(yǔ)言 應(yīng)用PLC時(shí)需要掌握的電氣基本知識(shí) 數(shù)控機(jī)床PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試 機(jī)床數(shù)控中PLC控制應(yīng)用實(shí)例 主要內(nèi)容 可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種通用工業(yè)控制器 在此之前 機(jī)床的順序控制是以機(jī)床當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù) 使機(jī)床按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作依次地工作 這種控制方式的實(shí)現(xiàn) 是由傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路RLC RelayLogicCircuit 完成的 RLC是將繼電器 接觸器 按鈕 開關(guān)等機(jī)電式控制器件用導(dǎo)線 端子等連接起來(lái)的電路 以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能 可編程控制器概述 1 PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng) 為了適應(yīng)順序控制的要求 PLC省去了微機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能 而強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算控制功能 是一種介于繼電器控制和微機(jī)控制之間的自動(dòng)控制裝置 2 PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的 所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力 除輸入 輸出部分采用光電隔離的措施外 對(duì)電源 運(yùn)算器 控制器 存儲(chǔ)器等也設(shè)置了多種保護(hù)和屏蔽 PLC沒(méi)有繼電器那種機(jī)械觸點(diǎn) 因此 不存在觸點(diǎn)的接觸不良 熔焊 磨損和線圈損壞等故障 可編程控制器的特點(diǎn)與分類 可編程控制器 PLC 具有如下特點(diǎn) 3 相對(duì)于RLC PLC采用軟件實(shí)現(xiàn)用戶控制邏輯 結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi) 便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化 4 目前大多數(shù)的PLC 均采用梯形圖編程方式 梯形圖與繼電器邏輯控制電路圖十分相似 圖形符號(hào)形象直觀 工作原理易于理解和掌握 編程簡(jiǎn)單 操作方便 改變程序靈活 5 PLC可與編程器 個(gè)人計(jì)算機(jī)等聯(lián)接 可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示 編輯 診斷 存儲(chǔ)和傳送等操作 PLC的產(chǎn)品很多 型號(hào)規(guī)格也不統(tǒng)一 可以從結(jié)構(gòu) 原理 規(guī)模等方面分類 從數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的角度可編程控制器可分為兩類 一類是CNC的生產(chǎn)廠家專為數(shù)控機(jī)床順序控制而將數(shù)控裝置 CNC 和PLC綜合起來(lái)而設(shè)計(jì)制造的 內(nèi)裝型 Build inType PLC 另一類是專業(yè)的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品 它們的輸入 輸出信號(hào)接口技術(shù)規(guī)范 輸入 輸出點(diǎn)數(shù) 程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能均能滿足數(shù)控機(jī)床的控制要求 稱為 獨(dú)立型 Sdand aloneType PLC 可編程控制器的分類 內(nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置 PLC與CNC裝置之間的信號(hào)傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn) PLC與數(shù)控機(jī)床之間則通過(guò)CNC輸入 輸出接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送 1 內(nèi)裝型PLC 1 內(nèi)裝型PLC實(shí)際是CNC裝置帶有的PLC功能 一般作為CNC裝置的基本功能提供給用戶 2 內(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)是根據(jù)從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格 性能 適用機(jī)床的類型等確定的 其硬件和軟件部分是被作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附加功能與CNC系統(tǒng)其他功能統(tǒng)一設(shè)計(jì) 制造的 因此 系統(tǒng)的硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊 且PLC所具有的功能針對(duì)性強(qiáng) 技術(shù)指標(biāo)合理 實(shí)用 尤其適用于單機(jī)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合 內(nèi)裝型PLC具有如下特點(diǎn) 3 在系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)上 內(nèi)裝型PLC可與CNC共用CPU 也可以單獨(dú)使用一個(gè)CPU 硬件控制電路可與CNC裝置其它電路制作在同一塊印刷電路板上 也可以單獨(dú)制成一塊附加電路板 當(dāng)CNC裝置需要附加PLC功能時(shí) 再將此附加電路板安裝到CNC裝置上 內(nèi)裝型PLC一般不單獨(dú)配置輸入 輸出接口電路 而是使用CNC系統(tǒng)本身的輸入 輸出電路 PLC所用電源由CNC裝置提供 不需另備電源 4 采用內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)可以具有某些高級(jí)控制功能 如梯形圖編輯和傳送功能 在CNC內(nèi)部直接處理大量信息等 獨(dú)立型PLC又稱外裝型或通用型PLC 對(duì)數(shù)控機(jī)床而言 獨(dú)立型PLC獨(dú)立于CNC裝置 具有完備的硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能 能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù) 2 獨(dú)立型PLC 獨(dú)立型PLC具有如下特點(diǎn) 1 獨(dú)立型PLC具有如下基本的功能結(jié)構(gòu) CPU及其控制電路 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 用戶程序存儲(chǔ)器 輸入 輸出接口電路 與編程機(jī)等外部設(shè)備通訊的接口和電源 3 性價(jià)比不如內(nèi)裝型PLC 目前 提供獨(dú)立型PLC廠商主要有 德國(guó)西門子 美國(guó)羅克韋爾 日本三菱等公司 PLC實(shí)質(zhì)是一種專用計(jì)算機(jī) 它的組成形式基本上與微機(jī)相同 主要包括 微處理器 CPU 存儲(chǔ)器 用戶輸入 輸出部分 輸入 輸出擴(kuò)展接口 外圍設(shè)備以及電源等 對(duì)于內(nèi)裝型PLC CPU 存儲(chǔ)器 外圍設(shè)備 電源等部分一般與CNC裝置共用 1 PLC各個(gè)組成部分的功能如下 1 CPU 可編程控制器的組成及工作方式 2 存儲(chǔ)器PLC一般配有系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器 前者用作存儲(chǔ)監(jiān)控程序 模塊化應(yīng)用子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等 后者用作存放用戶程序 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶通常不能直接存取 因此 存儲(chǔ)器的容量是指用戶存儲(chǔ)器的容量 3 用戶輸入 輸出部分 4 I O擴(kuò)展模塊 5 外圍設(shè)備 PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序 每一時(shí)刻執(zhí)行一條指令 由于相對(duì)于外部電氣信號(hào)有足夠的執(zhí)行速度 從宏觀上看是實(shí)時(shí)響應(yīng)的 對(duì)用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時(shí)掃描兩種 掃描過(guò)程分為三個(gè)階段 即輸入采樣階段 程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段 2 PLC的基本工作方式 1 輸入采樣階段 2 程序執(zhí)行階段 3 輸出刷新階段 PLC執(zhí)行完上述的三個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期 掃描周期因PLC的機(jī)型和程序中采用各類指令的組成比例而異 一般執(zhí)行1000條指令時(shí)間約為1ms到20ms之間 PLC執(zhí)行完一個(gè)工作周期后 在第二個(gè)工作周期輸入采樣階段進(jìn)行輸入刷新 因而輸入寄存器的數(shù)據(jù) 由上一個(gè)刷新時(shí)間PLC輸入端子的狀態(tài)決定 1 梯形邏輯圖 LAD 梯形邏輯圖簡(jiǎn)稱梯形圖 ladderdiagram簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)AD 它是從繼電器 接觸器控制系統(tǒng)的電氣原理圖演化而來(lái)的 是一種圖形語(yǔ)言 它沿用了常開觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) 繼電器線圈 接觸器線圈 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào) 也增加了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)符號(hào) 來(lái)完成時(shí)間上的順序控制操作 觸點(diǎn)和線圈等的圖形符號(hào)就是編程語(yǔ)言的指令符號(hào) 這種編程語(yǔ)言與電路圖相呼應(yīng) 簡(jiǎn)單 形象 直觀 易編程 容易掌握 是目前應(yīng)用最廣泛的編程語(yǔ)言之一 常見的編程語(yǔ)言 2 指令語(yǔ)句表 STL 指令語(yǔ)句表簡(jiǎn)稱語(yǔ)句表 statementlist簡(jiǎn)寫為STL 類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言 它是用語(yǔ)句助記符來(lái)編程的 不同的機(jī)型有不同的語(yǔ)句助記符 但都要比匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)單得多 很容易掌握 也是目前用得最多的編程方法 命令語(yǔ)句主要使用邏輯語(yǔ)言建立PLC輸入和輸出的關(guān)系 其中包括邏輯AND OR NOT及定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 移位寄存器 算術(shù)運(yùn)算和PID控制功能等 中小型PLC一般用語(yǔ)句表編程 每條命令語(yǔ)句包括命令部分和數(shù)據(jù)部分 其命令部分要指定邏輯功能 其數(shù)據(jù)部分要指定功能存儲(chǔ)器的地址號(hào)或直接數(shù)值 語(yǔ)句表編程簡(jiǎn)單明了 語(yǔ)句少 其結(jié)構(gòu)類似于電路的串并聯(lián)方式 容易掌握 計(jì)算機(jī)通用語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)梯形圖法和指令語(yǔ)句表法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜邏輯控制功能 但它沒(méi)有梯形圖法形象 比指令語(yǔ)句表編程復(fù)雜 因此較難掌握 常用的通用語(yǔ)言有C BASIC PASCAL FORTRAN等 其中采用C語(yǔ)言較多 另外 還有控制系統(tǒng)流程圖 CSF 邏輯方程式 布爾代數(shù)式 等方法 使用較少 而且工程技術(shù)人員對(duì)于計(jì)算機(jī)通用語(yǔ)言又比較難掌握 因此 大部分編程方法都采用梯形圖法和指令語(yǔ)句表 目前常用的PLC產(chǎn)品很多 不同廠家的PLC各種指標(biāo)和性能不同 其編程方法 具體的指令格式以及繼電器編號(hào)也不同 當(dāng)具體操作時(shí) 可查閱有關(guān)產(chǎn)品說(shuō)明書 3 計(jì)算機(jī)的通用語(yǔ)言 1 梯形圖結(jié)構(gòu)梯形圖的控制邏輯結(jié)構(gòu)及工作原理與繼電器邏輯控制電路十分相似 它采用 觸點(diǎn) 線圈 或稱繼電器線圈 功能圖 功能指令 圖中未畫 等圖形符號(hào)表達(dá)輸出與輸入的邏輯關(guān)系 這些輸入 輸出可以是硬件上實(shí)際的輸入 輸出信號(hào) 也可以是PLC內(nèi)部虛擬的輸入 輸出信號(hào) 兩側(cè)的豎線稱為電力軌 用以模擬繼電器電路的電源 有些PLC的梯形圖只有左側(cè)的豎線 梯形圖和語(yǔ)句表 梯形圖和語(yǔ)句表是PLC中最常用的兩種編程語(yǔ)言 下面將對(duì)這兩種編程語(yǔ)言作一闡述 1 梯形圖 2 梯形圖與繼電器邏輯電路 RLC 在操作上的差別梯形圖與繼電器電路的控制邏輯相似 但其工作順序與繼電器電路不同 在RLC中 邏輯控制的結(jié)果取決于繼電器線圈 觸點(diǎn)和其它機(jī)電器件的動(dòng)作時(shí)間 而梯形圖則是沿從上到下 從左到右 一個(gè)梯級(jí)一個(gè)梯級(jí)順序地進(jìn)行工作 當(dāng)執(zhí)行至順序程序結(jié)束時(shí) 又返回開頭重復(fù)執(zhí)行 3 高級(jí)順序和低級(jí)順序數(shù)控機(jī)床的PLC處理時(shí)間一般在1 100ms之間 對(duì)于數(shù)控機(jī)床的絕大多數(shù)信號(hào) 這個(gè)速度已足夠了 但有些信號(hào) 尤其是脈沖信號(hào) 要求響應(yīng)時(shí)間約20ms 為適應(yīng)整機(jī)控制信號(hào)的不同響應(yīng)要求 PLC程序常分為高級(jí)順序和低級(jí)順序兩部分 只應(yīng)把需要迅速處理的信號(hào)及快速響應(yīng)的順序編在高級(jí)順序中 如急停 坐標(biāo)軸極限超程等邏輯 其它信號(hào)則編在低級(jí)順序中 采用語(yǔ)句表編程的PLC的指令各有不同 一般包括兩種指令 基本指令 功能指令 在設(shè)計(jì)順序程序時(shí) 使用得最多的是基本指令 如RD AND OR等 數(shù)控機(jī)床執(zhí)行的順序邏輯往往比較復(fù)雜 僅使用基本指令編程十分困難 即使可以實(shí)現(xiàn) 程序規(guī)模往往很龐大 因此 必須借助功能指令以簡(jiǎn)化程序 功能指令如DEC ROT COIN等 2 語(yǔ)句表 1 基本指令 2 功能指令數(shù)控機(jī)床用PLC的指令必須滿足數(shù)控機(jī)床信息處理和動(dòng)作控制的特殊要求 例如 由NC輸出的M S T二進(jìn)制代碼信號(hào)的譯碼 機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或液壓系統(tǒng)動(dòng)作狀態(tài)的延時(shí)確認(rèn) 加工零件計(jì)數(shù) 刀庫(kù) 分度工作臺(tái)沿最短路徑旋轉(zhuǎn)和現(xiàn)在位置至目標(biāo)位置步數(shù)的計(jì)算等 FANUC0系統(tǒng)的PMC只有47條指令 基本指令有12條 功能指令有35條 基本指令為2進(jìn)制位的邏輯運(yùn)算 功能指令主要有數(shù)據(jù)定義 數(shù)據(jù)變換 譯碼和代數(shù)運(yùn)算 在為數(shù)控機(jī)床編輯順序程序時(shí) 對(duì)于上述譯碼 定時(shí) 計(jì)數(shù) 最短路徑選擇 以及比較 檢索 轉(zhuǎn)移 代碼轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)四則運(yùn)算 信息顯示等控制功能 僅用執(zhí)行一位操作的基本指令編程 實(shí)現(xiàn)起來(lái)將會(huì)十分困難 因此 就需要增加一些具有專門控制功能的指令來(lái)解決基本指令無(wú)法處理的那些控制問(wèn)題 這些專門指令就是 功能指令 功能指令一般包括 定時(shí)器指令 計(jì)數(shù)器指令 順序結(jié)束指令 譯碼指令 旋轉(zhuǎn)指令及乘除運(yùn)算等 數(shù)控機(jī)床所受控制可分為兩類 一類是 數(shù)字控制 數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的移動(dòng)距離 各軸運(yùn)行的插補(bǔ) 補(bǔ)償控制等 另一類是 順序控制 根據(jù)機(jī)床各行程開關(guān) 傳感器 按鈕 繼電器等的開關(guān)量信號(hào) 并根據(jù)預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的啟 停 換向 刀具的更換 工件的夾緊 松開 液壓 冷卻 潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行的控制 PLC應(yīng)用的基本電氣知識(shí) 1 NC側(cè)與MT側(cè)的概念 數(shù)控機(jī)床從結(jié)構(gòu)上看通?？煞譃槿糠?CNC系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) CNC側(cè) 機(jī)床電氣 PLC側(cè) 機(jī)床本體 MT側(cè) MT側(cè)順序控制的最終對(duì)象的數(shù)量隨數(shù)控機(jī)床的類型 結(jié)構(gòu) 輔助裝置等的不同而有很大的差別 一般來(lái)說(shuō) 機(jī)床結(jié)構(gòu)越復(fù)雜 輔助裝置越多 受控對(duì)象數(shù)量就越多 相比而言柔性制造單元 FMC 柔性制造系統(tǒng) FMS 的受控對(duì)象數(shù)量多 而數(shù)控車床 數(shù)控銑床的受控對(duì)象數(shù)量較少 2 接口信息 數(shù)控機(jī)床PLC主要包括兩類接口信息 硬件電氣接口信息PLC與數(shù)控裝置 機(jī)床及機(jī)床電氣設(shè)備之間的電氣連接部分 軟件寄存器接口信息 PLC為了運(yùn)算和實(shí)現(xiàn)某些特殊功能的需要 以及內(nèi)裝式PLC與NC間數(shù)據(jù)交換的需要設(shè)置的寄存器變量或功能函數(shù) 1 電氣接口電氣接口從信號(hào)的流向看包括輸入接口和輸出接口 從信號(hào)的幅值特性看包括模擬量接口和開關(guān)量接口 對(duì)PLC而言 由機(jī)床或NC等外部設(shè)備向PLC傳送的信號(hào)稱為輸入信號(hào) 由PLC向機(jī)床或NC等外部設(shè)備傳送的信號(hào)稱為輸出信號(hào) 若信號(hào)的幅值是連續(xù)變化的稱為模擬量信號(hào) 若只有導(dǎo)通和斷開兩種狀態(tài)則稱為開關(guān)量信號(hào) 開關(guān)量接口一般采用直流24V供電 低電平有效 即NPN型開關(guān)量接口 也有些采用或同時(shí)具備高電平有效的接口 即PNP型開關(guān)量接口 PLC以及RLC除了完成必須功能外 還要求在異常的情況下通過(guò)安全互鎖能夠?qū)Σ僮髡吆驮O(shè)備進(jìn)行緊急保護(hù) 然后通過(guò)報(bào)警功能通知操作者 因此 在設(shè)計(jì)時(shí)必須詳細(xì)了解設(shè)備的工作過(guò)程及原理 分析容易發(fā)生事故的環(huán)節(jié) 以便在程序和電氣設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn) 另外考慮到PLC程序可能不完善或發(fā)生軟件故障 有些重要的保護(hù)功能必須由硬件即RLC實(shí)現(xiàn) 通常我們把RLC的設(shè)計(jì)稱為電氣設(shè)計(jì) 把PLC的設(shè)計(jì)成為軟件設(shè)計(jì) 下面是在軟硬件設(shè)計(jì)中一般需要注意的安全互鎖功能 若目前有A B兩個(gè)過(guò)程 出于安全的目的 當(dāng)A動(dòng)作后將限制B的動(dòng)作 稱A對(duì)B有安全互鎖 若B對(duì)A也有安全互鎖 稱A B之間為雙向安全互鎖 簡(jiǎn)稱A B之間安全互鎖 安全互鎖 1 急停當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí) 可以按下急停按鈕以避免故障和事故進(jìn)一步擴(kuò)大 因此 急停按鈕必須能停止各運(yùn)動(dòng)部件 如進(jìn)給軸 主軸 刀架等 常用的方法是 通過(guò)急停按鈕關(guān)閉所有的動(dòng)力電源 只保留控制電源 也可以用急停按鈕關(guān)閉各運(yùn)動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn) 但如果驅(qū)動(dòng)器失控這種方法則失效 急停的安全互鎖必須在電氣設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn) 2 限位當(dāng)進(jìn)給軸或其他有位置要求的移動(dòng)部件超出設(shè)計(jì)的行程時(shí) 則通過(guò)限位信號(hào)進(jìn)行保護(hù) 限位信號(hào)一方面需要在出現(xiàn)限位的時(shí)刻禁止移動(dòng)部件的移動(dòng) 另一方面 還要通知NC限位的方向 這樣當(dāng)用超程解除等方式脫離限位狀態(tài)時(shí) 不會(huì)因?yàn)檎`操作而進(jìn)一步擴(kuò)大超行程的程度 即只允許移動(dòng)部件向與限位方向相反的方向移動(dòng) 限位的安全互鎖一般在電氣設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn) 3 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)加工中通常進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)以上的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置同時(shí)完成的 因此 當(dāng)某個(gè)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)報(bào)警時(shí) 必須停止自動(dòng)加工狀態(tài) 上面進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的安全互鎖一般在軟件中實(shí)現(xiàn) 數(shù)控機(jī)床PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是密不可分的 目前機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)一般都自帶或提供PLC的功能 這其中既有內(nèi)裝型PLC 也有獨(dú)立型PLC 數(shù)控機(jī)床PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試 1 工藝分析首先對(duì)被控機(jī)床設(shè)備的工藝過(guò)程 工作特點(diǎn) 控制系統(tǒng)的控制過(guò)程 功能和特性進(jìn)行分析 估算I O開關(guān)量的點(diǎn)數(shù) I O模擬量的接口數(shù)量和精度要求 從而對(duì)PLC提出整體要求 2 系統(tǒng)調(diào)研對(duì)根據(jù)設(shè)備的要求初步選定的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研 了解其所提供的PLC系統(tǒng)的功能和特點(diǎn) 包括PLC的類型 接口種類和數(shù)量 接口性能 擴(kuò)展性 PLC程序的編制方法 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)前兩步的工作 綜合考慮數(shù)控系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的功能 性能 特點(diǎn) 本單位的需要和使用習(xí)慣以及整機(jī)性價(jià)比確定PLC系統(tǒng)的方案 實(shí)際上這里主要是從PLC的角度對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出要求 從而確定數(shù)控系統(tǒng)的方案 只有少數(shù)情況下才會(huì)需要選用獨(dú)立型PLC 例如 從經(jīng)濟(jì)的角度考慮 選用了簡(jiǎn)易型數(shù)控系統(tǒng) 但設(shè)備需要較多的模擬量接口或大量的開關(guān)量接口 而數(shù)控系統(tǒng)提供的PLC不能滿足要求 則需要選用獨(dú)立型PLC 3 確定方案 在選擇獨(dú)立型PLC時(shí)主要考慮四個(gè)因素 1 功能范圍 2 I O點(diǎn)數(shù) 3 存儲(chǔ)器容量根據(jù)系統(tǒng)大小不同 選擇用戶存儲(chǔ)器容量不同的PLC 一般廠商提供1K 2K 4K 8K 16K程序步等容量的存儲(chǔ)器 選擇方法主要憑經(jīng)驗(yàn)估算 其估算法有下列兩種 a PLC內(nèi)存容量 指令條數(shù) 約等于I O總點(diǎn)數(shù)的10 15倍 b 指令條數(shù) 6 I O 2 Tm Ctr 式中Tm為定時(shí)器總數(shù) Ctr為計(jì)數(shù)器總數(shù) 有時(shí)可在其基礎(chǔ)上增加20 的裕量 4 處理時(shí)間 4 電氣設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容 原理圖 元器件清單 電柜布置圖 接線圖與互連圖 如果是定型設(shè)備還應(yīng)包括工藝圖 這在其它章節(jié)有詳細(xì)介紹 電氣設(shè)計(jì)時(shí)特別要注意以下幾點(diǎn) 1 PLC輸出接口的類型 是繼電器輸出還是光電隔離輸出等 2 PLC輸出接口的驅(qū)動(dòng)能力 一般繼電器輸出為2A 光隔輸出為500mA 3 模擬量接口的類型和極性要求 一般有電流型輸出 20mA 20mA 和電壓型輸出 10V 10V 兩種可選 4 采用多直流電源時(shí)的共地要求 5 輸出端接不同負(fù)載類型時(shí)的保護(hù)電路 執(zhí)行電器若為感性負(fù)載 需接保護(hù)電路 直流可加續(xù)流二極管 交流可加阻容吸收電路 6 若電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大或附近有大的電磁干擾源 應(yīng)在電源與PLC間加設(shè)隔離變壓器 穩(wěn)壓電源或電源濾波器 目前數(shù)控機(jī)床特別是通用數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)功能 例如主軸控制 車床刀架轉(zhuǎn)位 加工中心刀庫(kù)的換刀 潤(rùn)滑 冷卻的啟 停等已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 各種數(shù)控系統(tǒng)一般都內(nèi)置或提供滿足這些功能的PLC程序 采用獨(dú)立型PLC時(shí) 一般廠家也會(huì)提供滿足通用數(shù)控機(jī)床要求的標(biāo)準(zhǔn)PLC程序 因此 設(shè)計(jì)PLC程序最重要的方法就是詳細(xì)了解并參考系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)PLC程序 PLC程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用中最關(guān)鍵的問(wèn)題 PLC程序設(shè)計(jì)的基本思路是按照設(shè)備的要求設(shè)計(jì)輸入和輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系 在輸入某些信號(hào)時(shí)得到預(yù)期的輸出信號(hào) 從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作過(guò)程 因此 簡(jiǎn)單而常用的方法是以過(guò)程為目標(biāo) 分析每個(gè)過(guò)程的啟動(dòng)條件和限制條件 根據(jù)這些條件編寫該過(guò)程的PLC程序 完成了所有過(guò)程的PLC程序即完成了整個(gè)PLC程序 其中某個(gè)過(guò)程可以僅涉及一個(gè)輸出接口 例如冷卻電機(jī)的啟動(dòng) 停止 也可以涉及多個(gè)輸出接口 例如加工中心換刀的過(guò)程 這種方法比較容易實(shí)現(xiàn)PLC程序的模塊化 易于各過(guò)程的獨(dú)立調(diào)試 1 若所采用的PLC自帶有程序 應(yīng)該詳細(xì)了解程序已有的功能 對(duì)現(xiàn)有需求的滿足程度和可修改性 盡量采用PLC自帶的程序 2 將所有與PLC相關(guān)的輸入信號(hào) 按鈕 行程開關(guān) 速度及時(shí)間等傳感器 輸出信號(hào) 接觸器 電磁閥 信號(hào)燈等 分別列表 并按PLC內(nèi)部接口范圍 給每個(gè)信號(hào)分配一個(gè)確定的編號(hào) 3 詳細(xì)了解生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)控制系統(tǒng)的要求 畫出系統(tǒng)各個(gè)功能過(guò)程的工作循環(huán)圖或流程圖 功能圖及有關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖 4 按照PLC程序語(yǔ)言的要求設(shè)計(jì)梯形圖或編寫程序清單 梯形圖上的文字符號(hào)應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC內(nèi)部接口對(duì)照表的規(guī)定標(biāo)注 1 PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟 1 保證人身與設(shè)備安全的設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)都不是多余的 PLC的設(shè)計(jì)應(yīng)該是在保證操作者和設(shè)備安全的前提下完成其功能 沒(méi)有安全保證的設(shè)備是沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的 2 PLC程序的安全設(shè)計(jì) 并不代表硬件的安全保護(hù)可以省略 PLC程序的安全設(shè)計(jì) 僅是在軟件上提供保護(hù)功能 為了避免軟件工作異常和調(diào)試中程序編寫錯(cuò)誤或操作不當(dāng)引起的事故 還要在硬件上設(shè)計(jì)保護(hù)功能 例如 電機(jī)正 反轉(zhuǎn)接觸器的互鎖設(shè)計(jì) 進(jìn)給電機(jī)的限位保護(hù)開關(guān) 這些均在硬件上實(shí)現(xiàn) 不需要通過(guò)PLC控制 2 PLC程序設(shè)計(jì)的一般原則 3 了解PLC自身的特點(diǎn)不同的廠家的PLC都各有特點(diǎn) 在應(yīng)用中也會(huì)不同 因此要了解PLC自身的特點(diǎn)才能正確使用并發(fā)揮PLC應(yīng)有的能力 如 初始狀態(tài) 工作方式 循環(huán)掃描 周期掃描 掃描周期 4 設(shè)計(jì)調(diào)試點(diǎn)易于調(diào)試PLC程序的設(shè)計(jì)往往不是一次可以完成 常常需要分步反復(fù)調(diào)試和實(shí)驗(yàn) 因此 在PLC設(shè)計(jì)中 與一般的軟件設(shè)計(jì)類似 需要利用中間寄存器設(shè)計(jì)跟蹤標(biāo)記和斷點(diǎn) 以方便調(diào)試 5 模塊化設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的PLC一般要完成許多功能 模塊化設(shè)計(jì)便于我們對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試 當(dāng)改變某一功能的控制程序時(shí) 也不會(huì)對(duì)PLC的其它功能產(chǎn)生影響 6 盡量減少程序量減少程序量可以減少程序運(yùn)行的時(shí)間 提高PLC的響應(yīng)速度 這對(duì)于循環(huán)掃描的PLC尤為重要 另外某些內(nèi)裝式PLC與數(shù)控系統(tǒng)共用處理器 存儲(chǔ)器等資源 減少PLC的程序量對(duì)于節(jié)省系統(tǒng)資源也是非常必要的 7 全面的注釋 便于維修PLC所服務(wù)的數(shù)控機(jī)床要求長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行 因此 PLC出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要能立刻排除 詳細(xì)的注釋有利于維修人員維修 日常維護(hù)以及系統(tǒng)擴(kuò)展新的功能 1 輸入程序根據(jù)型號(hào)的不同 PLC有多種程序輸入方法 2 檢查電氣線路3 模擬調(diào)試 4 運(yùn)行調(diào)試5 非常規(guī)調(diào)試 驗(yàn)證安全保護(hù)和報(bào)警的功能 6 安全檢查并投入考驗(yàn)性試運(yùn)行 3 PLC調(diào)試 本節(jié)只針對(duì)數(shù)控機(jī)床PLC控制中比較典型的三個(gè)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行過(guò)程和安全互鎖分析 每個(gè)應(yīng)用實(shí)例提供一種不同編程語(yǔ)言的PLC程序 應(yīng)用實(shí)例中的PLC均采用DC24VNPN型晶體管接口電路 即低電平有效 數(shù)控機(jī)床PLC控制應(yīng)用實(shí)例 1 過(guò)程分析主軸的控制包括正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 停止 制動(dòng)和沖動(dòng)等 要求按正轉(zhuǎn)按鈕是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 按反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 按停止按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)停止 并控制制動(dòng)器制動(dòng)2秒 按下沖動(dòng)按鈕電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)0 5秒 然后停止 電動(dòng)機(jī)過(guò)載報(bào)警后正 反轉(zhuǎn)和沖動(dòng)按鈕無(wú)效 2 安全互鎖 主軸系統(tǒng) 3 程序設(shè)計(jì)電氣部分的設(shè)計(jì)如圖6 17所示 主軸為普通三相異步電動(dòng)機(jī) 由交流接觸器控制正反轉(zhuǎn) 繼電器采用直流24V供電 自帶續(xù)流二極管 交流接觸器采用交流110V供電 與主軸控制相關(guān)的輸入 輸出寄存器包括 輸入寄存器 X1 4 正轉(zhuǎn) X1 5 反轉(zhuǎn) X1 6 停止 X1 7 沖動(dòng) X8 5 報(bào)警 輸出寄存器 Y5 0 正轉(zhuǎn) Y5 1 反轉(zhuǎn) Y5 2制動(dòng) Y5 3 松刀 在電氣安全互鎖設(shè)計(jì)方面 主軸正 反轉(zhuǎn)在接觸器和繼電器分別進(jìn)行了安全互鎖 主軸正 反轉(zhuǎn)對(duì)刀具松進(jìn)行了安全互鎖 急停對(duì)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行了安全互鎖 指令語(yǔ)句表程序如下 1 LDX1 4 讀取主軸正轉(zhuǎn)按鈕2 ORR0 0 R0 0自鎖3 ANDX8 5 無(wú)報(bào)警4 ANIY5 3 刀具未松開5 ANDX1 6 停止按鈕未按下6 ANIY5 1 反轉(zhuǎn)無(wú)輸出7 ANIY5 2 主軸未制動(dòng)8 OUTR0 0 輸出中間變量R0 0 并自鎖 主軸正轉(zhuǎn)條件都滿足 則按下正轉(zhuǎn)按鈕后 輸出R0 0并自鎖 9 LDX1 7 讀取主軸沖動(dòng)按鈕10 ORR0 1 R0 1互鎖 11 ANIT1 若T1計(jì)時(shí)未完成12 OUTR0 1 則輸出R0 113 OUTT1K5T1計(jì)時(shí)0 5秒 按下主軸沖動(dòng)按鈕后 R0 1輸出0 5秒后關(guān)閉 14 LDR0 0 讀取R0 0 15 ORR0 1 或R0 0 16 ANDX8 5 無(wú)報(bào)警 17 ANIY5 3 刀具未松開 18 ANDX1 6 停止按鈕未按下 19 ANIY5 1 反轉(zhuǎn)無(wú)輸出 20 ANIY5 2 主軸未制動(dòng) 21 OUTY5 0 則輸出Y5 0控制主軸正轉(zhuǎn) 主軸正轉(zhuǎn)條件滿足后 R0 0和R0 1任意一個(gè)有輸出則輸出Y5 0控制主軸正轉(zhuǎn) 實(shí)現(xiàn)了主軸連續(xù)正轉(zhuǎn)和每次按下主軸沖動(dòng)按鈕 主軸正向沖動(dòng)0 5秒的功能 22 LDX1 6 讀取主軸停止按鈕 23 ORY5 2 主軸制動(dòng)自鎖 24 ANIT2 若T2計(jì)時(shí)未完成 25 OUTY5 2 則輸出主軸制動(dòng) 26 OUTT2K20 T2計(jì)時(shí)2秒 按下主軸停止按鈕后 Y5 2輸出制動(dòng)主軸2秒后斷開27 LDX1 5 讀取主軸反轉(zhuǎn)按鈕 28 ORY5 1 主軸反轉(zhuǎn)自鎖 29 ANDX8 5 無(wú)報(bào)警 30 ANIY5 3 刀具未松開 31 ANDX1 6 停止按鈕未按下 32 ANIY5 0 正轉(zhuǎn)無(wú)輸出 33 ANIY5 2 主軸未制動(dòng) 34 OUTY5 1 則輸出Y5 1控制主軸反轉(zhuǎn) 35 END 主軸反轉(zhuǎn)條件都滿足 則按下反轉(zhuǎn)按鈕后 輸出Y5 1并自鎖 1 過(guò)程分析由PLC控制潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤(rùn)滑功能 代替自動(dòng)潤(rùn)滑站 數(shù)控機(jī)床通電工作后 定時(shí)潤(rùn)滑即開始自動(dòng)執(zhí)行 不受外部按鈕或M指令控制 2 安全互鎖檢測(cè)到?jīng)]有潤(rùn)滑液或潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警后向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息 并停止定時(shí)潤(rùn)滑的工作 急停對(duì)潤(rùn)滑運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行了安全互鎖 3 程序設(shè)計(jì) 定時(shí)潤(rùn)滑 電氣部分的設(shè)計(jì)如圖 定時(shí)潤(rùn)滑涉及到的寄存器如下 X1 5 潤(rùn)滑液位低報(bào)警檢測(cè) X2 7 潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警檢測(cè) Y0 7 潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)控制 Y1 6 潤(rùn)滑系統(tǒng)報(bào)警指示燈 數(shù)控機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)一般要求每間隔數(shù)十分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)工作幾秒鐘 而一般PLC的定時(shí)器沒(méi)有這么大的定時(shí)范圍 因此采用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器相結(jié)合的方法來(lái)擴(kuò)大定時(shí)范圍 下面以每隔一小時(shí)潤(rùn)滑10秒為例設(shè)計(jì)定時(shí)潤(rùn)滑系統(tǒng)的PLC梯形圖程序如圖 X1 5和X2 7硬件上均按常閉點(diǎn)連接 PLC再按常閉點(diǎn)判斷 則正常時(shí)都是斷開的 Y1 6 報(bào)警指示燈 沒(méi)有輸出 一旦出現(xiàn)了一個(gè)或兩個(gè)報(bào)警則硬件上為斷開狀態(tài) PLC內(nèi)部因取常閉點(diǎn)而閉合 Y1 6有輸出提示報(bào)警 開始上電時(shí)R0 0為0 C0 T1以及T2都處于復(fù)位狀態(tài) T0處于定時(shí)狀態(tài) 時(shí)間為10秒 定時(shí)完成后R0 0自鎖保持1狀態(tài) 則對(duì)C0 T1 Y0 7沒(méi)有影響 若X1 5或X2 7任意一個(gè)出現(xiàn)了故障報(bào)警 則R0 0變?yōu)? 重新復(fù)位C0 T1以及T2 故障消除后 T0又開始計(jì)時(shí) R0 0延時(shí)10秒后再變?yōu)? 因此 用R0 0的常閉點(diǎn)可以保證每次開機(jī)和故障消除后Y0 7能馬上輸出 控制潤(rùn)滑10秒 R0 0變?yōu)?后 T0一直被復(fù)位 T1開始工作 定時(shí)時(shí)間是60秒 因此每隔60秒C0計(jì)數(shù)一次 C0的設(shè)定值是60 因此 1小時(shí)后C0計(jì)數(shù)完成 這期間T2一直處于復(fù)位狀態(tài) C0計(jì)數(shù)完成后 常開點(diǎn)閉合 復(fù)位T1 而T2開始計(jì)時(shí) T2的設(shè)定時(shí)間是10秒 10秒鐘后T2的常開點(diǎn)閉合復(fù)位C0 因此 C0的1狀態(tài)只維持10秒即變?yōu)? 同時(shí)把T2復(fù)位 由于T2 C0 T1都處于復(fù)位狀態(tài) R0 0為1 T1又開始計(jì)時(shí) 每隔60秒向C0發(fā)送一個(gè)脈沖 進(jìn)入新一輪循環(huán) 可見每隔1小時(shí) C0即輸出10秒鐘 用C0的常開點(diǎn)控制Y0 7即實(shí)現(xiàn)了控制的要求 1 過(guò)程分析以四工位自動(dòng)刀架為例 刀架電動(dòng)機(jī)采用三相交流380V供電 正轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)刀架正向旋轉(zhuǎn) 各刀具按順序依次經(jīng)過(guò)加工位置 如圖6 20所示 刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí) 刀架自動(dòng)鎖死 保證刀具能夠承受切削力 每把刀具各有一個(gè)霍爾位置檢測(cè)開關(guān) 車床刀架 換刀動(dòng)作由T指令或手動(dòng)換刀按鈕起動(dòng) 換刀過(guò)程如下 a 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) b 檢測(cè)到所選刀位的有效信號(hào)后 停止刀架電動(dòng)機(jī) 并延時(shí) 100ms c 延時(shí)結(jié)束后刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖死刀架 并延時(shí) 500ms d 延時(shí)結(jié)束后停止刀架電動(dòng)機(jī) 換刀完成 車床刀架不存在刀具交換的問(wèn)題 刀具選好后即可以開始加工 因此 車床的換刀由T指令 選刀指令 完成 而不需要換刀指令 M06指令 的參與 2 安全互鎖 a 刀架電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn) 如20秒 而檢測(cè)不到刀位信號(hào) 則認(rèn)為刀架出現(xiàn)故障 立即停止刀架電動(dòng)機(jī) 以防止將其損壞并報(bào)警提示 b 刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警時(shí) 停止換刀過(guò)程 并禁止自動(dòng)加工 c 其余參考本章第二節(jié) 3 程序設(shè)計(jì)電氣部分的設(shè)計(jì)如圖6 21所示 圖中各器件的含義如下 自動(dòng)刀架控制涉及到的輸入 輸出寄存器如下 X2 7 刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警輸入 X3 0 X3 3 1 4號(hào)刀到位信號(hào)輸入 X30 6 手動(dòng)刀位選擇按鈕信號(hào)輸入 X30 7 手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕信號(hào)輸入 Y0 6 刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出 Y0 7 刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出 PLC程序按定時(shí)循環(huán)掃描的方式執(zhí)行 與換刀相關(guān)的的程序掃描周期為16mS 用plc1 time表示 程序中利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定時(shí) 延時(shí) 功能 程序中用到的變量說(shuō)明如下 sys ext alm 用于設(shè)定外部報(bào)警 為一16位二進(jìn)制數(shù) 每一位代表一個(gè)報(bào)警 可設(shè)定0 15共16個(gè)外部報(bào)警 某位為1時(shí) 相對(duì)應(yīng)的外部報(bào)警顯示 為0時(shí)則清除相對(duì)應(yīng)的報(bào)警 mod T code 0 T指令代碼 一般為三位十進(jìn)制數(shù) 百位表示刀號(hào) 個(gè)位十位表示刀偏號(hào) 置 1 時(shí)T指令完成 T stage 定義換刀順序標(biāo)記的局部變量 字符型 T stage dwell 定義換刀延時(shí)時(shí)間的局部變量 無(wú)符號(hào)整型 T NO 定義所選刀號(hào)的局部變量 字符型 車床刀架用T指令換刀的C語(yǔ)言PLC處理程序如下 if X 2 清除2號(hào)外部報(bào)警 T NO mod T code 0 100 由T指令獲得所要選的刀號(hào) 例如T121 指選1號(hào)刀 刀偏值取21號(hào) if T stage dwell plc1 time 若設(shè)定的換刀延時(shí)時(shí)間未完成 T stage dwell plc1 time 則延時(shí)時(shí)間減去本程序執(zhí)行周期的掃描時(shí)間 return 并且返回 else 否則T stage dwell 0 清零為下次延時(shí)準(zhǔn)備 進(jìn)入switch結(jié)構(gòu) 執(zhí)行換刀順序的下一步 switch T stage 讀取換刀順序標(biāo)記 case0 換刀第0步Y(jié) 0 0 x40 輸出Y0 6 刀架正轉(zhuǎn) break 退出switch結(jié)構(gòu) 以下簡(jiǎn)稱 退出 case1 換刀第1步if X 3 記錄正轉(zhuǎn)時(shí)間 If T change time 8000 若超過(guò)8秒沒(méi)有找到目標(biāo)刀位 sys ext alm 8 則顯示3號(hào)外部報(bào)警 換刀超時(shí) Y 0 case2 換刀第2步 Y 0 0 x80 Y0 7置1刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖死刀架 T stage dwell 500 反轉(zhuǎn)時(shí)間為500毫秒 break 退出 case3 換刀第3步Y(jié) 0 退出 T stage 換刀順序標(biāo)記加1 若順利 下面的程序掃描周期中 待延時(shí)時(shí)間完成后自動(dòng)進(jìn)入換刀順序過(guò)程的下一步 換刀可以用手動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn) PLC處理程序與上面相似 只是換刀號(hào) T NO 的獲取方法不是靠T指令 而是靠選刀按鈕設(shè)定 讀者可嘗試自己編寫車床自動(dòng)刀架手動(dòng)換刀的PLC程序