少课时版-数控技术课件

第五章第五章 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器1 5.1 概述概述 一、一、PLC的产生与发展的产生与发展 可可 编编 程程 控控 制制 器器（Programmable Logic Controller）简简称称PLC,它它是是一一类类以以微微处处理理器器为为基基础础的的通通用用型型自自动动控控制制装装置置。它它一一般般以以顺顺序序控控制制为为主主，回回路路调调节节为为辅辅，能能够够完完成成逻逻辑辑、顺顺序序、计计时时、计计数数和和算算术术运算运算等功能。即能控制开关量，也能控制模拟量。等功能。即能控制开关量，也能控制模拟量。在在数数控控机机床床上上采采用用PLC代代替替继继电电器器控控制制，使使数数控控机机床床结结构构更更紧紧凑凑，功功能能更更丰丰富富，响响应应速速度度和和可可靠靠性性大大大大提提高高。在在数数控控机机床床、加加工工中中心心等等自自动动化化程程度度高高的的加加工工设设备备和和生生产产制制造造系系统统中中，PLC是是不不可可缺缺少少的的控控制制装装置。置。2 5.1 概述概述 PLC的功能也在不断增长，主要表现在：的功能也在不断增长，主要表现在：1）控控制制规规模模不不断断扩扩大大，单单台台PLC可可控控制制成成千千乃乃至至上上万个点，多台万个点，多台PLC进行同位链接可控制数万个点。进行同位链接可控制数万个点。2）指指令令系系统统功功能能增增强强，能能进进行行逻逻辑辑运运算算、计计时时、计计数数、算算术术运运算算、PID运运算算、数数制制转转换换、ASC码码处处理理。高高档档PLC还还能能处处理理中中断断、调调用用子子程程序序等等。使使得得PLC能能够够实实现现逻逻辑辑控控制制、模模拟拟量量控控制制、数数值值控控制制和和其其他他过过程程监监控控，以以至至在某些方面可以取代小型计算机控制。在某些方面可以取代小型计算机控制。3）处处理理速速度度提提高高，每每个个点点的的平平均均处处理理时时间间从从10s左左右提高到右提高到1s以内。以内。3 5.1 概述概述 4）编编程程容容量量增增大大，从从几几K字字节节增增大大到到几几十十K，甚甚至至上上百百K字节。字节。5）编编程程语语言言多多样样化化，大大多多数数使使用用梯梯形形图图语语言言和和语语句句表语言，有的还可使用流程图语言或高级语言。表语言，有的还可使用流程图语言或高级语言。6）增增加加通通信信与与联联网网功功能能，多多台台PLC之之间间能能互互相相通通信信，互互相相交交换换数数据据，PLC还还可可以以与与上上位位计计算算机机通通信信，接接受受计计算算机机的的命命令令，并并将将执执行行结结果果告告诉诉计计算算机机。通通信信接接口口多多采采用用RS-422RS-232C等标准接口，以实现多级集散控制。等标准接口，以实现多级集散控制。4 5.1 概述概述 发展方向：发展方向：1）低低档档PLC向向小小型型、简简易易、廉廉价价方方向向发发展展，使使之之广广泛地取代继电器控制泛地取代继电器控制 2）中中、高高档档PLC向向大大型型、高高速速、多多功功能能方方向向发发展展，使使之之能能取取代代工工业业控控制制微微机机的的部部分分功功能能，对对大大规规模模的的复复杂杂系系统进行综合性的自动控制。统进行综合性的自动控制。5 5.1 概述概述 二、二、PLC的基本功能的基本功能顺序控制顺序控制 以以机机械械设设备备的的运运行行状状态态和和时时间间为为依依据据，使使其其按按预预先先规规定定好的动作次序顺序地进行工作的一种控制方式。好的动作次序顺序地进行工作的一种控制方式。数控机床所用的顺序控制装置（或系统）数控机床所用的顺序控制装置（或系统）传传统统的的“继继电电器器逻逻辑辑电电路路”，简简称称RLC（Relay Logic Circuit）“可编程序控制器可编程序控制器”，即，即PLC6 5.1 概述概述 RLC是是将将继继电电器器、接接触触器器、按按钮钮、开开关关等等机机电电式式控控制制器件用导线连接而成的以实现规定的顺序控制功能的电路。器件用导线连接而成的以实现规定的顺序控制功能的电路。缺点：缺点：1）只能实现简单的控制功能）只能实现简单的控制功能 2）修改控制逻辑复杂）修改控制逻辑复杂 3）体积庞大）体积庞大7 5.1 概述概述 PLC的特点：的特点：1）PLC是是由由计计算算机机简简化化而而来来的的。为为适适应应顺顺序序控控制制的的要要求求，PLC省省去去了了计计算算机机的的一一些些数数字字运运算算功功能能，而而强强化化了了逻逻辑辑运运算算控控制制功功能能，是是一一种种功功能能介介于于继继电电器器控控制制和和计计算算机机控制之间的自动控制装置。控制之间的自动控制装置。2）灵灵活活性性好好。用用户户控控制制逻逻辑辑用用软软件件实实现现。适适用用于于控控制对象动作复杂，控制逻辑需要灵活变更的场合。制对象动作复杂，控制逻辑需要灵活变更的场合。3）编编程程简简单单，使使用用方方便便。用用户户程程序序多多采采用用图图形形符符号号和和逻逻辑辑顺顺序序关关系系与与继继电电器器电电路路十十分分近近似似的的“梯梯形形图图”编编辑辑。梯形图形直观，工作原理易于理解和掌握。梯形图形直观，工作原理易于理解和掌握。8 5.1 概述概述 4）PLC可可与与专专用用编编程程机机、编编程程器器、个个人人计计算算机机等等设设备备联联接接，可可以以很很方方便便地地实实现现程程序序的的显显示示、编编辑辑、诊诊断断、存存储和传送等操作。储和传送等操作。5）可可靠靠性性高高。PLC没没有有继继电电器器那那种种接接触触不不良良，触触点点熔熔焊焊、磨磨损损和和线线圈圈烧烧断断等等故故障障。运运行行中中无无振振动动、无无噪噪音音，且且具具有有较较强强的的抗抗干干扰扰能能力力，可可以以在在环环境境较较差差（如如：粉粉尘尘、高温、潮湿等）的条件下稳定、可靠地工作。高温、潮湿等）的条件下稳定、可靠地工作。6）便便于于实实现现机机电电一一体体化化。PLC结结构构紧紧凑凑、体体积积小小、容容易易装装入入机机床床内内部部或或电电气气箱箱内内，便便于于实实现现数数控控机机床床的的机机电电一体化。一体化。9 信号处理功能信号处理功能电电源源功功能能通信功能通信功能人机接口功能人机接口功能编编程程和和调调试试、试试验功能验功能应用程序的应用程序的执行执行操作系统功能操作系统功能应用程序存储应用程序存储数据存储数据存储至传感器和执行件的接口至传感器和执行件的接口外部设备外部设备外部供电外部供电操作者操作者应用程序应用程序设计设计至机床控制过程至机床控制过程图图5-1 PLC系统的基本功能结构系统的基本功能结构10 5.1 概述概述三、三、PLC的基本结构的基本结构1）硬件系统）硬件系统 2）软件系统）软件系统11图图5-2 通用型通用型PLC的硬件基本结构的硬件基本结构 5.1 概述概述CPU电池电池用户用户RAM用户用户EPROM系统程序系统程序EPROM编程编程设备设备输输入入/输输出电路出电路功能开关功能开关和指示器和指示器12接接收收现现场场信信号号输输入入部部件件外外设设接接口口扩扩展展接接口口输输出出部部件件电源电源运算器运算器控制器控制器微处理器微处理器RAM用户程序用户程序EPROM系统程序系统程序盒式磁带机盒式磁带机驱驱动动受受控控元元件件I/O扩扩展展单单元元存储器存储器打印机打印机EPROM写入器写入器PLC或上位计算机或上位计算机编程器编程器通用型通用型PLC的硬件结构框图的硬件结构框图 5.1 概述概述13 5.1 概述概述表表5-1 PLC的规模及其应用的规模及其应用14 5.2 数控机床用数控机床用PLC一、数控机床数控机床PLC的结构形式的结构形式 内装型内装型（Built-in Type）PLC（或称集成式、（或称集成式、内含式）。它是为数控设备顺序控制而设计内含式）。它是为数控设备顺序控制而设计制造的专用制造的专用PLC。独立型独立型（Stand-alone Type）PLC（或称（或称“通用型通用型”PLC）。它是适应范围较广、功能）。它是适应范围较广、功能齐全、通用化程度较高的齐全、通用化程度较高的PLC。15 1 1）“内装型内装型”PLC 内内装装型型PLC从从属属于于CNC装装置置，PLC与与NC间间的的信信号号传传送送在在CNC装装置置内内部部即即可可实实现现。PLC与与MT间间则则通通过过CNC输入输出接口电路实现信号传送。输入输出接口电路实现信号传送。5.2 数控机床用数控机床用PLC16CNC装置装置 机床电气柜机床电气柜NCPLC输输入入、输输出出电电路路CRT/MDI面板面板机床操做面板机床操做面板强强电电、气气、液液动控制电路动控制电路刀库伺服单元刀库伺服单元主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元位置位置检测检测图图53 具有内装型具有内装型PLC的的CNC机床系统框图机床系统框图17 “内装型内装型”PLC的特点：的特点：1）内内装装型型PLC实实际际上上是是CNC装装置置带带有有的的PLC功功能能，一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。2）系系统统硬硬件件和和软软件件整整体体结结构构十十分分紧紧凑凑，且且PLC所所具具有有的的功功能能针针对对性性强强，技技术术指指标标亦亦较较合合理理、实实用用，尤尤其其适用于单机数控设备的应用场合。适用于单机数控设备的应用场合。3）在在系系统统的的具具体体结结构构上上，内内装装型型PLC可可与与CNC共共用用CPU，也也可可以以单单独独使使用用一一个个CPU；硬硬件件控控制制电电路路可可与与CNC其其他他电电路路制制作作在在同同一一块块印印刷刷板板上上，也也可可以以单单独独制制成成一一块块附附加加板板，内内装装PLC使使用用CNC系系统统本本身身的的输输入入输输出出电路；所用电源由电路；所用电源由CNC装置提供。装置提供。5.2 数控机床用数控机床用PLC18 4）采采用用内内装装型型PLC结结构构，CNC系系统统可可以以具具有有某某些些高高级级的的控控制制功功能能。如如：梯梯形形图图编编辑辑和和传传送送功功能能，在在CNC内部直接处理内部直接处理NC窗口的大量信息等。窗口的大量信息等。采采用用内内装装型型PLC省省去去了了PLC与与NC间间的的连连线线，又又具具有有结结构构紧紧凑凑、可可靠靠性性好好、安安装装和和操操作作方方便便等等优优点点，和和在在拥拥有有CNC装装置置后后，又又去去另另外外配配购购一一台台通通用用型型PLC作作控控制制器器的的情情况况相相比比较较，无无论论在在技技术术上上还还是是经经济济上上对对用用户户来来说说都都是有利的。是有利的。5.2 数控机床用数控机床用PLC19 2）“独立型独立型”PLC 独独立立型型PLC是是独独立立于于CNC装装置置，具具有有完完备备的的硬硬件件和和软软件件功功能能，能能够够独独立立完完成成规规定定控控制制任任务务的装置。的装置。5.2 数控机床用数控机床用PLC20图图54 具有独立型具有独立型PLC的的CNC机床系统框图机床系统框图PLC装置装置CNC装置装置NCPLC输输入入、输输出出电电路路CRT/MDI面板面板机床操做面板机床操做面板位置位置检测检测 机床电气柜机床电气柜强强电电、气气、液液动控制电路动控制电路刀库伺服单元刀库伺服单元主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元输输入入、输输出出电电路路输输入入、输输出出电电路路21 “独立型独立型”PLC的特点：的特点：1）独独立立型型PLC具具有有如如下下基基本本的的功功能能结结构构：CPU及及其其控控制制电电路路，系系统统程程序序存存储储器器，用用户户程程序序存存储储器器、输输入入输输出出接接口口电电路路、与与编编程程机机等等外外部部设设备备通通信信的的接接口口和和电电源等源等。2）独独立立型型PLC一一般般采采用用积积木木式式模模块块化化结结构构或或笼笼式式插插板板式式结结构构，各各功功能能电电路路多多做做成成独独立立的的模模块块或或印印刷刷电电路路插板，具有安装方便，功能易于扩展和变更等优点。插板，具有安装方便，功能易于扩展和变更等优点。3）独独立立型型PLC的的输输入入、输输出出点点数数可可以以通通过过IO模模块块或或插插板板的的增增减减灵灵活活配配置置。有有的的独独立立型型PLC还还可可通通过过多多个个远远程程终终端端连连接接器器构构成成有有大大量量输输入入、输输出出点点的的网网络络，以以实现大范围的集中控制。实现大范围的集中控制。5.2 数控机床用数控机床用PLC22 独独立立型型PLC可可用用作作单单元元控控制制器器，也也可可用用于于单单机机控控制制。国国外外有有些些数数控控机机床床制制造造厂厂家家，或或是是为为了了展展示示自自己己长长期期形形成成的的技技术术特特色色，或或是是为为了了保保守守某某些些技技术术绝绝窍窍，或或纯纯粹粹是是因因管管理理上上的的需需要要，在在购购进进的的CNC系系统统中中，舍舍弃弃了了PLC功功能，而采用外购或自行开发的独立型能，而采用外购或自行开发的独立型PLC作控制器。作控制器。5.2 数控机床用数控机床用PLC23二、二、CNC、PLC、机床之间的信号处理过程、机床之间的信号处理过程CNC装置装置机床：机床：CNC装置装置CNC装置的装置的RAM PLC的的RAM中。中。PLC 软件对其软件对其RAM中的数据进行逻辑运算处理。中的数据进行逻辑运算处理。处理后的数据仍在处理后的数据仍在PLC的的RAM中，中，对内装型对内装型PLC，PLC将已处理好的数据通过将已处理好的数据通过CNC的输的输出接口送至机床；出接口送至机床；对独立型对独立型PLC，其，其RAM中已处理好的数据通过中已处理好的数据通过PLC的的输出接口送至机床。输出接口送至机床。5.2 数控机床用数控机床用PLC24机床机床CNC装置装置对于内装型对于内装型PLC，信号传送处理如下：，信号传送处理如下：从从机机床床输输入入开开关关量量数数据据CNC装装置置的的RAM PLC的的RAM。PLC的软件进行逻辑运算处理。的软件进行逻辑运算处理。处处理理后后的的数数据据仍仍在在PLC的的RAM中中，同同时时传传送送到到CNC装置的装置的RAM中。中。CNC装置软件读取装置软件读取RAM中数据。中数据。对对于于独独立立型型PLC，输输入入的的第第一一步步，数数据据通通过过PLC的的输输入入接接口口送送到到PLC的的RAM中中，然然后后进进行行上上述述的的第第2步步，以以下下均相同。均相同。5.2 数控机床用数控机床用PLC25三、三、CNC、PLC、机床之间的信息交换、机床之间的信息交换nPLC CNC的的信信号号：主主要要有有机机床床各各坐坐标标基基准准点点信信号号，M、S、T功能的应答信号等。功能的应答信号等。nPLC 机机床床的的信信号号：主主要要是是控控制制机机床床执执行行件件的的执执行行信信号号，如如电电磁磁铁铁、接接触触器器、继继电电器器的的动动作作信信号号以以及及确确保保机机床各运动部件状态的信号及故障指示。床各运动部件状态的信号及故障指示。n机机床床 PLC的的信信息息：主主要要有有机机床床操操作作面面板板上上各各开开关关、按按钮钮等等信信息息，其其中中包包括括机机床床的的起起动动、停停止止，机机械械变变速速选选择择，主主轴轴正正/反反转转、停停止止，冷冷却却液液的的开开/关关，各各坐坐标标的的点点动动和和刀刀架架、夹夹盘盘的的松松/夹夹等等信信号号，以以及及上上述述各各部部件件的的限限位位开开关关等等保保护护装装置置、主主轴轴伺伺服服保保护护监监视视信信号号和和伺伺服服系系统统运行准备等信号。运行准备等信号。5.2 数控机床用数控机床用PLC26四、四、PLC的工作过程的工作过程 用用户户程程序序通通过过编编程程器器顺顺序序输输入入到到用用户户存存储储器器，CPU对对用用户户程程序序循循环环扫扫描描并并顺顺序序执执行行，这这是是PLC的的基本工作过程。基本工作过程。CPU是是按按分分时时操操作作原原理理。这这种种分分时时操操作作的的过过程程，称称为为CPU对对程程序序的的扫扫描描。对对用用户户程程序序的的循循环环扫扫描描执执行行过过程程，可可分分为为输输入入采采样样、程程序序执执行行、输输出出刷刷新新三三个阶段。个阶段。5.2 数控机床用数控机床用PLC27图图5-5 PLC 程序执行的过程程序执行的过程 5.2 数控机床用数控机床用PLC输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出映映像像寄寄存存器器输输出出锁锁存存电电路路输输 出出端端子子输输入入信信号号.输输出出信信号号输入采样阶段输入采样阶段程序执行阶段程序执行阶段输出刷新阶段输出刷新阶段重复工作重复工作28 1）输入采样阶段）输入采样阶段 PLC以以扫扫描描方方式式将将所所有有输输入入端端的的输输入入信信号号状状态态（ON/OFF状状态态）读读入入到到输输入入映映 像像寄寄存存器器中中寄寄存存起起来来，称为对输入信号的采样。称为对输入信号的采样。2）程序执行阶段）程序执行阶段 在程序执行阶段，在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。对程序按顺序进行扫描。3）输出刷新阶段）输出刷新阶段 在输出刷新阶段将输出映像寄存器中的状态转存到在输出刷新阶段将输出映像寄存器中的状态转存到 输出锁存电路，再经输出端子输出信号去驱动用户输出输出锁存电路，再经输出端子输出信号去驱动用户输出 设备。设备。PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一 个工作周期（或称扫描周期）。工作周期的长短与程序个工作周期（或称扫描周期）。工作周期的长短与程序 的长短有关。的长短有关。5.2 数控机床用数控机床用PLC29快速响应措施快速响应措施 采用高速响应的输入采用高速响应的输入/输出模块输出模块 将将顺顺序序程程序序分分为为快快速速响响应应的的高高级级程程序序和和一一般般响响应速度的低级程序两类。应速度的低级程序两类。5.2 数控机床用数控机床用PLC30n9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2024/7/25 2024/7/25 Thursday,July 25,2024n10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 7/25/2024 6:54:43 PMn11、一个好的教师，是一个懂得心理学和教育学的人。2024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 Jul-2425-Jul-24n12、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 Thursday,July 25,202413、He who seize the right moment,is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 7/25/2024n14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。25 七月 20242024/7/25 2024/7/25 2024/7/25n15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。七月 242024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 7/25/2024n16、提出一个问题往往比解决一个更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。2024/7/25 2024/7/25 25 July 2024n17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 2024/7/25 谢谢观赏谢谢观赏 You made my day!You made my day!我们，还在我们，还在路路上上