数控机床与可编程序控制器资料PPT课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 数控机床与可编程序控制器（,PLC）,数控机床与使用维修,本讲主要内容,PLC,的基本结构,PLC,的工作原理,数控机床用可编程控制器的类型及特点,PLC,在数控机床上的配置方式,可编程控制器与外部的信息交换,数控机床用可编程控制器的控制功能,引言,数控机床的控制除了对坐标轴的进给进行位置伺服控制外，还需要,对机床的主轴、刀具和各种开关信号进行控制。如主轴的正、反转，起动和停止，刀具交换，工件夹紧、松开，工作台交换以及切削液的开、关和润滑系统的启动等进行顺序控制,。,顺序控制的信息主要是开关量信号，如控制开关、行程开关、压力开关和温度开关等输入元件输入的信号和继电器、接触器、电磁阀等输出元件所需要的输出信号。,在数控机床上用可编程控制器,完成这一控制任务。,一、,PLC,的基本结构,1,PLC,的硬件结构（1）,可编程控制器,实质上是一种工业控制用的专用计算机，,PLC,与微型计算机基本相同，也是由,硬件系统,和,软件系统,两大部分组成。,CPU,是,PLC,的核心部件，其上不仅有,CPU,集成芯片,，而且还有一定数量的内存储器,RAM,和系统程序存储器,EPROM,，,用户程序存储器,EPROM,，,输入输出（,I,O,）,模块及电源,等组成，其各部分均采用总线结构。,可编程控制器结构框图,1,PLC,的硬件结构（2）,中央处理单元,CPU,PLC,中的,CPU,与通用微机中的,CPU,一样，是,PLC,的核心部分。,CPU,按系统程序赋予的功能，,接收并存储,从编程器键人的,用户程序和数据,，用扫描方式,查询,现场输入装置的各种,信号状态或数据,，并存入输入状态寄存器或数据寄存器中，在诊断了电源、,PLC,内部电路及编程语句无误后，,PLC,进入运行状态。,在,PLC,进入运行状态后，从存储器,逐条读取用户程序,，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。根据运算结果，,更新有标志位的状态和输出状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容，,实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。,1,PLC,的硬件结构（3）,存储器,PLC,存储器一般有,随机存储器,RAM,和,只读储器,EPROM,。,RAM,中一般存放用户程序,，如梯形图和语句表等，为了防止掉电后,RAM,中的内容丢失，,PLC,使用了锂电池作为对,RAM,的后备供电，能使,RAM,中的程序保持好几年。,PLC,所用的只读存储器为,EPROM,，,内部,存储有,PLC,控制的,系统程序,，如检查程序、键盘输入处理程序、编译程序、信息传递程序及监控程序等，由厂家固化到,EPROM,中。有时，用户程序也可固化到,EPROM,中，避免,RAM,中存储的用户程序丢失。,1,PLC,的硬件结构（4）,输入输出模块（,IO,模块）,IO,模块是,PLC,与现场,IO,装置或其他外部设备的连接部件。,现场输入装置,有,控制按钮,、,转换开关,、,行程开关,、,接近开关,、,压力开关及温控开关,等，这些信号经接口电路接入,PLC,后，还要经过抗强电干扰的光电耦合、消抖动电路、滤波电路才能送到,PLC,输入数据寄存器。,1,PLC,的硬件结构（5）,PLC,的输出装置,有继电器、双向晶闸管和晶体管三种形式，因此，,PLC,提供了各种操作电平、驱动能力以及不同功能的,IO,模块供用户选用。,模拟量输入输出模块和智能接口模块。,模拟量输入输出模块的作用就是将输入的模拟量经,AD,转换变成,PLC,能处理的数字量，并将,PLC,处理后的数字量经,DA,转换变成模拟量输出,。,1,PLC,的硬件结构（6）,编程器,编程器用于用户程序的,编制、编辑、调试和监视,，还可以通过其键盘调用和显示,PLC,的一些内部状态和系统参数。,通过接口与,PLC,联系，完成人机对话连接。,简易型编程器只能在线编程,，它通过一个专用接口与,PLC,连接。,智能型编程器既可在线编程又可离线编程，还可与微型计算机接口或与打印机接口，实现程序的存储、打印、通信等功能,。,2,PLC,软件系统,（1）,PLC,的软件系统包括,系统程序和用户程序,。,系统程序,系统程序包括,监控程序、编译程序及诊断程序,等。,监控程序,又称为管理程序，主要用于管理整机；,编译程序,用来把程序语言翻译成机器语言；,诊断程序,用来诊断机器故障。系统程序由,PLC,生产厂家提供，并固化在,EPROM,中，用户不能直接存取，故也不需要用户干预。,2,PLC,软件系统,（2）,用户程序,用户程序是用户根据现场控制的需要，用,PLC,程序语言编制的应用程序,，用以实现各种控制要求。用户程序由用户用编程器输入到,PLC,内存。小型,PLC,的用户程序比较简单，不需要分段，可按顺序编制；大中型,PLC,的用户程序很长，也比较复杂，为使用户程序编制简单清晰，,可按功能结构或使用目的将用户程序划分成各个程序模块,，每个模块用来解决一个确定的技术功能，这样使程序编制变得容易理解，同时能很方便地对程序进行调试和修改。,二、,PLC,的工作原理,1基本思想,用户程序通过编程器输入到用户存储器，,CPU,对用户程序循环扫描并顺序执行，这是,PLC,的基本工作原理,。,扫描与顺序执行,只要,PLC,接通电源，,CPU,就对用户存储器的程序进行扫描，即从第一条用户程序开始顺序执行，直到用户程序最后一条，形成一个扫描周期，周而复始。,用梯形图形象地说就是,从上至下，从左至右，逐行扫描,执行梯形图所描述的逻辑功能。,目前在,PLC,中，执行每条指令的平均时间可达,s,级。,扫描工作过程（1）,CPU,的一个周期,CPU,进行输入点,状态采集,、用户程序,逻辑运算,、相应输出状态的,更新和,I,O,执行,。,当有编程器接入,PLC,时，,CPU,还要对编程器的在线输入信号进行响应，并更新显示。,CPU,还要,对自身的硬件,进行快速,自检,，并对监视扫描用的定时器进行复位。完成自检后，,CPU,又从首地址重新开始扫描运行。,PLC执行程序的一个扫描周期,扫描工作过程（2）,输入采样,在输入采样阶段，,PLC,以扫描方式将所有输入端的输入信号状态（,ON,OFF,状态）读入到输入映像寄存器中寄存起来,，称为对输入信号的采样。,在程序执行期间，即使输入状态变化，,输入映像寄存器的内容也不会改变,。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。,扫描工作过程（3）,程序执行阶段,在程序执行阶段，,PLC,对程序按顺序进行扫描,。如程序用梯形图表示，则总是按先上后下、先左后右的顺序扫描。,每扫描到一条指令时，所需要的,输入状态,或其他元素的状态分别,从,输入映像寄存器或输出映像寄存器中读入,，然后进行相应的逻辑或算术运算，运算结果再存入专用寄存器。,若执行程序输出指令时，则将相应的,运算结果,存入,输出,映像寄存器,。,扫描工作过程（4）,输出刷新阶段,在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中的状态就是欲输出的状态。在输出刷新阶段，,将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设备，这就是,PLC,的实际输出。,三、数控机床用可编程控制器的类型及特点,1概述,数控机床中所用的,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,。,内装型,PLC（）,内装型,PLC,从属于,CNC,装置，,PLC,与,NC,之间信号传送在,CNC,装置内部就可完成,，而,PLC,与机床侧的信息传送则要通过输入输出接口来完成。,内装型,PLC（）,内装型,PLC,特点（1）,：,是作为,CNC,装置带有的,PLC,功能，一般是作为一种可选功能提供给用户。,内装型,PLC,的性能指标（如输入输出点数、程序最大步数、每步执行时间、程序扫描周期、功能指令数目等）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，其,硬件和软件部分是被作为,CNC,系统的基本功能或附加功能与,CNC,系统一起统一设计制造的,。,内装型,PLC（3）,内装型,PLC,特点（2）,：,在系统结构上，内装型,PLC,既可以与,CNC,共用一个,CPU,，,也可以,单独使用一个,CPU,，,此时的,PLC,对外有单独配置的输入输出电路，而不使用,CNC,装置的输入输出电路。,扩大了,CNC,内部直接处理的通信窗口功能，可以使用梯形图的编辑和传送等高级控制功能，且造价便宜，提高了,CNC,的性能价格比。,具有内装型PLC的CNC系统,2,独立型,PLC（1）,独立型,PLC,又称通用型,PLC,。,独立型,PLC,独立于,CNC,装置，具有完备的硬件和软件，能独立完成规定控制任务的装置,。,数控机床用独立型,PLC,，,一般采用模块化结构,，装在插板式笼箱内，它的,CPU,系统程序、用户程序、输入输出电路、通信等均设计成独立的模块。,独立型,PLC,主要用于,FMS,、,CIMS,形式中的,CNC,机床,，具有较强的数据处理、通信和诊断功能，成为,CNC,与上级计算机联网的重要设备。,独立型PLC的CNC系统,2,独立型,PLC（2）,独立型,PLC,具有以下特点（）,：,独立型,PLC,本身是一个完整的计算机系统,，其具有,CPU、EPROM、RAM、I/O,接口以及编程器等外部设备通信接口、电源等。,独立型,PLC,的,I/O,模块种类齐全,，其,输入输出点数可,通过增减,I/O,模块,灵活配置,。,2,独立型,PLC（3）,独立型,PLC,具有以下特点（）：,与内装型,PLC,比较，独立型,PLC,功能更强，但一般,要配置单独的编程设备,。独立型,PLC,与数控系统之间的信息交换可通过,I/O,接口,对接方式,，也可采用,通信方式,。,I/O,接口对接方式就是将数控系统的输入输出点通过连线与,PLC,的输入输出点连接起来，适应于数控系统与各种,PLC,的信息交换。但由于每一点的信息传递需要一根信号线，所以这种方式连线多，,信息交换量小,。,采用通信的方式可克服上述,I/O,对接的缺点。但采用这种方式的数控系统与,PLC,必须采用,同一通信协议,。采用通信方式时，数控系统与,PLC,的连线少，信息交换量大而且非常方便。,四、,PLC,在数控机床上的配置方式,PLC在数控机床上配置方式图例（1）,PLC在数控机床上配置方式图例（2）,PLC在数控机床上的配置方式（1）,第一种,PLC,安装在机床侧，用于完成传统继电器的逻辑控制，,PLC,与数控系统之间通过,I,O,点连线对接交换信息，,PLC,通过,I,O,点再控制机床的逻辑动作。在这种配置中，,PLC,可选用任意一种型号的产品,，可选择余地大。,此时,PLC,需,N+M,根连线，因此连线复杂,。,PLC在数控机床上的配置方式（2）,第二种,采用内装,PLC,。,此时,PLC,仅有,M,根输入输出连线控制机床，而,PLC,与数控系统之间的信息交换在数控系统内部完成,，因此连线少，易于维修，成本也较低。,PLC在数控机床上的配置方式（3）,第三种,独立型,PLC,安装在靠近,CNC,处（或使用内置,PLC），,但将,PLC,的,IO,模块安装在机床侧,，,PLC,与,IO,模块之间使用远程,IO,通信线连接（通常,PLC,均有远程,I/O,模块）。这种配置特别,适用于重型、大型机床,，可使用多个远程,IO,模块，各远程,IO,模块安装在靠近各自的控制对象处，从而减少和缩短了连线，简化了强电结构，提高了系统的可靠性。,PLC在数控机床上的配置方式（4）,第四种,使用独立型,PLC，,但,PLC,与数控系统之间通过通信线连接,，简化了连线，通信,信息量也大