数控系统中的PLC控制

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第一节 数控系统中的PLC

2.灵活性好 PLC通常采用积术式结构，便于将PLC与数据总线连接， 产品具有系列化、通用化，稍作修改就可应用于不同的控制 对象。


3.可靠性高
由于PLC针对恶劣的工业环境设计，在其硬件和软件方面 均采取了很多有效措施来提高其可靠性。在硬件方面采取了
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(3)编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试、监 视以及运行应用程序的特殊工具，一般由键盘、显示屏、智 能处理器、外部设备(如硬盘/软盘驱动器等)组成，它通过通 信接口与PLC相连，完成人一机对话功能。

编程器分为简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线

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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、程序扫描时间、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 硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能与CNC系统统一设
计制造的。因此系统结构十分紧凑。
的各种变量转换成标准的逻辑电平信号，送入CPU处理。
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2. PLC的软件结构 在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分: · 系统监控程序:用于控制可编程控制器本身的运行，主要 由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用;

.用户程序:它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控

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只要PLC接通电源，CPU就对用户存储器的程序进行扫描。 扫描从0000 H地址所存储的第一条用户程序开始，顺序进行， 直到存储器结尾或用户程序的最后一个地址为止，形成一个 扫描循环，周而复始。每扫描一次，CPU进行输入点的状态
采集、用户程序的逻辑解算、相应输出状态的更新和I/O执行。
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四、数控系统中的PLC分类
数控系统中的PLC可分为“内装型”(Built-in-Type) PLC 和“独立型”( Standalone-Type) PLC两种类型。 1.内装型PLC 内装型PLC是指PLC内置于CNC装置内，从属于CNC装置， 与CNC装置集于一体，如图5 -6所示。
和PROM三种形式组成，其存储容量随着PLC类别或规模的
不同而改变。
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(5)输入/输出(I/O)模块I/O模块是PLC与现场I/O装置或其他 外部设备之间进行信息交换的桥梁。其任务是将CPU处理产 生的控制信号输出传送到被控设备或生产现场，驱动各种执 行机构动作，实现实时控制;同时将被控对象或被控生产过程
优劣将直接影响数控机床的生产效率、加工精度及加工质量
的稳定性。可编程序控制器PC ( Programmable Controller) 是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运行而设计。
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它采用可编程序的存储，用于存储执行逻辑运算、顺序控 制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过 数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产 过程。这是国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器的定义。
磁盘中。工作数据是PLC运行过程中需要经常存取，并且随
时改变的一些中间数据，为了适应随机存取的要求，它们一 般存放在RAM中。
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系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序，包括监控 程序、模块化应用功能子程序、指令译码程序、故障诊断和 各种管理程序等，这些程序出了时由制造厂家固化在PROM 型存储器中。可见PLC所用存储器基本上由EPROM、RAM
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1. PLC的硬件结构 (1)电源电源单元的作用是将外部提供的交流电转换为PLC 内部所需的直流电源。一般地，电源单元有三路输出，一路 供给CPU模块使用;一路供给编程器接口使用;还有一路供给
各种接口模板使用。由于PLC直接用于工业现场，因此对电
达定时器设定的时间后，定时器断开。
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三、数控系统中PLC的特点
1.与现场信号直接连接 针对不同的现场信号(如直流或交流、开关量与模拟量、电
压或电流、脉冲或电位、弱电或强电等)，有相应的输入和输
出模块可与现场的工业器件(如按钮、行程开关、传感器、电 磁阀、控制阀、电动机启动装置)直接相连，并通过数据总线 与微处理器模块相连接。
滤波、光电隔离、屏蔽等措施;在软件方面采取了故障自诊断、
信息保护与恢复等，从而可以直接应用于工业现场。
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4.编程简单 PLC沿用了梯形图编程简单的优点，易于现场操作人员理 解和掌握。 5.网络通信


利用PLC的网络通信功能可实现计算机网络控制。
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第5章 数控系统中的PLC控制

第一节 数控系统中的PLC 第二节 数控系统中PLC的信息交换和控 制功能的实现 第三节 数控系统中的PLC应用实例

第一节 数控系统中的PLC

可编程序控制器PLC是一种新型的工业控制器，由计算机 实现顺序控制。所谓顺序控制是按生产工艺要求，根据事先 编好的程序，在输入信号的作用下，控制系统的各个执行机 构按一定规律自动地实现顺序动作的控制。这些功能的控制
制被控装置的运行。
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二、PLC的工作原理
PLC的工作过程是在硬件的支持下运行软件的过程，如图 5-4和图5 -5所示。 用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器内，CPU对用 户程序循环扫描并顺序执行。这是PLC的基本工作方式。图 5-4给出了GE系列PLC的CPU扫描过程。
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在系统的结构上，内装型PLC可与CNC共用一个CPU，如 图5 -7 (a )所示，也可单独使用一个CPU，如图5-7 (b)所示; 内装型PLC一般单独制成一电路板，插装到CNC主板的插座 上，PLC与所从属CNC装置之间的信号传送均在其内部进行，
为了与个人计算机PC ( Personal Computer)相区别，仍采用
旧称 PLC (Programmable Logic Controller)。

数控系统内部信息流大致分为两类，一类是控制机床坐标
轴运动的连续数字信息;另一类是通过PLC控制的辅助功能
(M、S、T等)信息，如图5-1所示。
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6.安装简单维修方便 PLC对环境的要求不高，使用时只需将检测器件及执行设 备与PLC的I/O端子连接无误，系统即可工作。PLC 80%以 上的故障均出现在外围的输入/输出设备上，故能快速准确地
诊断故障。目前，已能达到15 min内排除故障，恢复生产。
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· 当行程开关LS1被压下时，继电器X403的线圈接通，X403 的常闭触头断开，使得继电器Y430的线圈断电，指示灯灭， 输出继电器Y430的自锁功能复位; ·PB1被按下的同时，X401的另一个常开触点接通另一个

梯级，这时若触头M 100也处于闭合状态，定时器通电，到
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，完成用户程序中的逻辑运算或算术运算任务。 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、数据通信和制表打印等功能。
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编程，它通过一个专用接口与PLC连接;智能型编程器既可以 在线编程也可以离线编程，还可与微型计算机接口或与打印
机接口连接，实现程序的存储、打印、通信等功能。
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(4)存储器PLC存储器主要包括随机存储器RAM和只读存储 器ROM，用于存放用户程序、工作数据和系统程序。用户程 序是指用户根据现场的生产过程和工艺要求而编写的应用程 序，在修改调试完成后可由用户固化在EPROM中或存储在
源单元的技术要求较高，不但要求它具有较好的电磁兼容性 能，而且还要求工作电源稳定，以适应电网波动和温度变化
的影响，并且还有过电流和过电压的保护功能，以防止在电
压突变时损坏CPU。
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图5 -3所示为西门子SIMATIC 57-300型可编程序控制器结 构图。
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(2)中央处理单元CPU PLC中的CPU与通用计算机中的 CPU一样，是PLC的核心。CPU按照系统程序赋予的功能， 接收存储从编程器输入的用户程序和数据，用扫描方式查询 现场输入状态以及各种信号状态或数据，并存入输入状态寄
存器中，在诊断了PLC内部电路、编程语句和电源都正常后，
不单独配置I/O接口，而是使用CNC装置本身的I/O接口，
PLC控制部分及部分I/O电路所用电源由CNC装置提供。

SINUMERIK 810数控系统的I/O模块如图5 -8所示。
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SINUMERIK 810数控系统的I/O模块采用内装型PLC结构， 扩大了CNC内部直接处理数据的能力，可以使用梯形图编辑， 传送复杂的控制功能，提高了CNC的性能/价格比。 世界上著名的数控系统生产厂家均在其CNC系统中开发了
设备，选用微型或小型PLC;对于FMC、FMS、FA、CIMS 等大型数控系统，则需要选用中型或大型PLC。
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内装型PLC功能，如日本的FANUC公司、德国的SIEMENS
公司等，见表5-1。
上一页 下一页 返2.独立型PLC 独立型PLC是完全独立于CNC装置、具有完备的硬件和软 件功能、能够独立完成CNC系统规定控制任务的装置，如图 5 -9所示。

独立型PLC的基本功能结构与通用型PLC完全相同。
接入编程器时，也对编程器的输入产生响应，并更新其显示。 然后CPU对自身的硬件进行快速自检，并对监视扫描用定时 器进行复位。完成自检后，CPU又从存储器的0000 H地址重 新开始扫描运行。
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图5 -5是一个行程开关PB1被压下时PLC的控制过程。 .当按钮PB1压下，输入继电器X401的线圈接通; ·X401常开触头闭合，输出继电器Y430通电; · 外部输出点Y430闭合，指示灯亮; .当PB1被放开时，输入继电器X401的线圈不再工作，其对 应的触头X401断开，这时输出继电器Y430仍保持接通，这是 因为Y430的触头接通后，其中的一个触头起到了自锁作用;
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一、PLC的基本结构
尽管PLC的种类型号很多，其结构、型号也各不相同，但 它们的基本结构形式大体上是相同的，都是由中央处理单元 (CPU)、存储器(RAM/ROM)、输入/输出单元(I/O )、编程器、 电源模块和外部设备等组成，并且内部采用总线结构，如图5 -2所示。
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由图5 -9可见，独立型PLC的CNC系统中不但要进行机床 侧的I/O连接，而且还要进行CNC装置侧的I/O连接，CNC和 PLC均具有各自的I/O接口电路。独立型PLC一般采用模块化 结构，装在插板式机笼内，I/O点数和规模可通过I/O模块的
增减灵活配置。对于数控车床、数控铣床和加工中心等单台

PLC实现的控制任务，主要是完成一些动作和速度要求不 特别快的顺序控制，在一般情况下，不需要使用高速的微处 理器。为了提高PLC的控制功能，通常采用多CPU控制方式， 如用一个CPU来管理逻辑运算及专用功能指令;用另一个CPU
来管理I/O接口和通信等功能。中、小型PLC常用8位或16位
微处理器，大型PLC则采用高速单片机。