13 数控机床PLC控制

（4）采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级 控制功能。如梯形图编辑和传送功能，在CNC内部直接 处理大量信息等。

2. 独立型PLC
独立型PLC又称外装型或通用型PLC。对数控机床 而言，独立型PLC独立于CNC装臵，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。


输 入 信 号 输 入 端 子 输 入 映 像 寄 存 器 程序执行阶段 重复工作 输 出 映 像 寄 存 器 输 出 锁 存 电 路 输出刷新阶段 输 出 端 子 输 出 信 号
输入采样阶段
PLC执行完上述的三个阶段称为一个扫描周期，扫 描周期因PLC的机型和程序中采用各类指令的组成比例而 异，一般执行1000条指令时间约为1ms到20ms之间. PLC执行完一个工作周期后，在第二个工作周期输入 采样阶段进行输入刷新，因而输入寄存器的数据，由上 一个刷新时间PLC输入端子的状态决定。
（2）内装型PLC的性能指标是根据从属的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系统其他功能统一设


计、制造的。因此，系统的硬件和软件整体结构十分紧凑，
且PLC所具有的功能针对性强，技术指标合理、实用，尤 其适用于单机数控设备的应用场合；
（4） 梯形图的绘制原则 绘制梯形图的原则如下： （a） 梯形图按从上到下，从左到右的顺序绘制。继电器 线圈在最右侧，若存在左右的电力轨线，则整个逻辑图 形似梯形。 （b） 对电路各元件分配编号。
（c） 在梯形图中输入触点用以表示用户输入设备的输入信 号：

用常开触点还是常闭触点，与输入设备用的是常开触点还是常闭 触点有关，还与控制电路的控制要求有关，PLC无法识别输入设备接 的是常开还是常闭触点，只能识别输入设备的触点是接通还是断开， 当输入设备的触点接通时，对应的输入继电器动作，其常开触点 接通，常闭触点断开。 当输入设备的触点断开时，对应的输入继电器不动作，其常开触 点恢复断开，常闭触点恢复闭合。 用PLC实现电动机的启/停控制时，启动按钮和停止按钮可用常开 触点，也可用常闭触点。启动按钮用常开触点时，梯形图中输入触点 用常开触点。启动按钮用常闭触点时，在梯形图中输入触点用常闭触 点。停止按钮用常开触点时，梯形图中输入触点用常闭触点。停止按 钮用常闭触点时，在梯形图中输入触点用常开触点。
PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一 时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信号有足够 的执行速度，从宏观上看是实时响应的。对用户程序 的执行一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分 为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出 刷新阶段，
（1）输入采样阶段 （2）程序执行阶段 （3）输出刷新阶段
梯形图和语句表
梯形图和语句表是PLC中最常用的两种编程语言， 下面将对这两种编程语言作一阐述。
1. 梯形图
（1）梯形图结构
梯形图的控制逻辑结构及工作原理与继电器逻辑控制电路十分相 似。它采用‚触点‛、‚线圈‛（或称继电器线圈）、‚功能图‛ （功能指令，图中未画）等图形符号表达输出与输入的逻辑关系，这 些输入/输出可以是硬件上实际的输入/输出信号，也可以是PLC内部虚 拟的输入/输出信号。
（5）PLC可与编程器、个人计算机等联接，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。


可编程控制器的分类：

PLC的产品很多，型号规格也不统一，可以从结构、原 理、规模等方面分类。 从数控机床应用的角度可编程控制器可分为两类： 一类是CNC的生产厂家专为数控机床顺序控制而将数 控装臵（CNC）和PLC综合起来而设计制造的‚内装型‛ （Build-in Type）PLC。 另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入/输 出信号接口技术规范，输入/输出点数、程序存储容量 以及运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求， 称为‚独立型‛（Sdand-alone Type）PLC。
(2）存储器
PLC一般配有系统存储器和用户存储器，前者用 作存储监控程序、模块化应用子程序和各种系统参数 等。后者用作存放用户程序。系统存储器用户通常不 能直接存取，因此，存储器的容量是指用户存储器的 容量。
（3） 用户输入/输出部分 （4） I/O扩展模块 （5） 外围设备
2.
PLC的基本工作方式
两侧的竖线称为电力轨，用以模拟继电器电路的电源（有些PLC的 梯形图只有左侧的竖线）。
(2） 梯形图与继电器逻辑电路（RLC）在操作上的差别 梯形图与继电器电路的控制逻辑相似，但其工作 顺序与继电器电路不同。 在RLC中，逻辑控制的结果取决于继电器线圈、触 点和其它机电器件的动作时间。 而梯形图则是沿从上到下，从左到右，一个梯级 一个梯级顺序地进行工作；当执行至顺序程序结束时， 又返回开头重复执行。
独立型PLC具有如下特点：
（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讯的接口和电源

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刷电路插板，具 有安装方便，功能易于扩展和变更的优点。 例如：
（3）高级顺序和低级顺序 数控机床的PLC处理时间一般在1—100ms之间，对 于数控机床的绝大多数信号，这个速度已足够了。但有 些信号（尤其是脉冲信号）要求响应时间约20ms。为适 应整机控制信号的不同响应要求，PLC程序常分为高级 顺序和低级顺序两部分。 只应把需要迅速处理的信号及快速响应的顺序编 在高级顺序中，如急停、坐标轴极限超程等逻辑，其它 信号则编在低级顺序中。
3.计算机的通用语言

计算机通用语言可以实现梯形图法和指令语句表法 难以实现的复杂逻辑控制功能，但它没有梯形图法形象， 比指令语句表编程复杂，因此较难掌握。常用的通用语言 有C、BASIC、PASCAL、FORTRAN等，其中采用C语言较多。 另外，还有控制系统流程图（CSF）、逻辑方程式 （布尔代数式）等方法，使用较少，而且工程技术人员对 于计算机通用语言又比较难掌握，因此，大部分编程方法 都采用梯形图法和指令语句表。 目前常用的PLC产品很多，不同厂家的PLC各种指标 和性能不同，其编程方法、具体的指令格式以及继电器编 号也不同，当具体操作时，可查阅有关产品说明书。
（3）性价比不如内装型PLC。
目前，提供独立型PLC厂商主要有：德国西门子、 美国罗克韦尔、日本三菱等公司。
可编程控制器的组成及工作方式
PLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基 本上与微机相同，主要包括： 微处理器（CPU）、存储器、用户输入/输出 部分、输入/输出扩展接口、外围设备以及电源等。 对于内装型PLC，CPU、存储器、外围设备、电源 等部分一般与CNC装臵共用。 1.PLC各个组成部分的功能如下： （1） CPU
常见的编程语言
1. 梯形逻辑图（LAD） 梯形逻辑图简称梯形图（ladder diagram 简写为LAD）,它 是从继电器-接触器控制系统的电气原理图演化而来的，是一种 图形语言，它沿用了常开触点、常闭触点、继电器线圈、接触器 线圈、定时器和计数器等等术语和图形符号，也增加了一些简单 的计算机符号，来完成时间上的顺序控制操作。触点和线圈等的 图形符号就是编程语言的指令符号。 这种编程语言与电路图相呼应，简单、形象、直观、易编程、 容易掌握，是目前应用最广泛的编程语言之一。

（d） 在梯形图中，同一继电器的常开、常闭触点可以 多次被使用，不受限制。因此，不存在继电器接触器 电路中触点数量不够而需要另外增加中间继电器的问 题。但是，在梯形图中，同一继电器的线圈只能使用 一次，否则仅最后一次操作有效。
发那科梯形图可用下述两种方法编制:
①用专用的编辑卡利用CRT显示画面在系统上现场编制。 ②在计算机上装入专用软件用计算机编制,然后经RS-232C口将 梯形图程序传送到数控系统。调试好的程序要用写入器写入EPROM。 FANUC 0系统PMC控制有PMC-L和PMC-M 2种: PMC-L的处理机与主机共用，其处理时间为6μs/步,最大步数 为5000步。 PMC-M为专用处理机,微处理器为80186，专用一块板,插在主 板上，处理时间为2 μs/步,最大步数为8000步。2种PMC的扫描周 期均为16 ms。
可采用通讯模块与外部输入/输出设备、编程设备、上位机、 下位机等进行数据交换； 采用D/A模块可以对外部伺服装臵直接进行控制； 采用计数模块可以对加工数量、刀具使用次数、旋转工作 台的分度数等进行检测和控制； 采用定位模块可以直接对诸如刀库、转台、旋转轴等机械 运动部件或装臵进行控制。


数控机床PLC控制
主要内容
PLC的分类、组成及其工作方式； 常用的编程语言； 应用PLC时需要掌握的电气基本知识；
数控机床PLC系统设计及调试；
机床数控中PLC控制应用实例。
可编程控制器概述
可编程控制器是计算机技术与自动控制技术有机结 合的一种通用工业控制器。
在此之前，机床的顺序控制是以机床当前运行状态 为依据，使机床按预先规定好的动作依次地工作，这种 控 制 方 式 的 实 现 ， 是 由 传 统 的 继 电 器 逻 辑 电 路 RLC （Relay Logic Circuit）完成的。RLC是将继电器、接 触器、按钮、开关等机电式控制器件用导线、端子等连 接起来的电路，以实现规定的顺序控制功能。
可编程控制器的特点与分类：

可编程控制器（PLC）具有如下特点：
（1）PLC是一种专用于工业顺序控制的微机系统。为了适应
顺序控制的要求，PLC省去了微机的一些数字运算功能， 而强化了逻辑运算控制功能，是一种介于继电器控制和微 机控制之间的自动控制装臵； （2）PLC是专为在恶劣的工业环境下使用而设计的，所以具 有很强的抗干扰能力。除输入/输出部分采用光电隔离的 措施外，对电源、运算器、控制器、存储器等也设臵了多 种保护和屏蔽。 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、磨损和线圈损坏等故障；