第二章計算機數(shù)控系統(tǒng)

1、 第二章 計算機數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述n一、一、CNC數(shù)控機床數(shù)控機床nCNC是數(shù)控機床的核心。是數(shù)控機床的核心。 n 數(shù)控裝置的主要是讀入數(shù)控加工程序，將其轉換成數(shù)控裝置的主要是讀入數(shù)控加工程序，將其轉換成控制機床運動和輔助功能要求的格式，分別送給進給控制機床運動和輔助功能要求的格式，分別送給進給電機控制單元、主軸電機控制單元和電機控制單元、主軸電機控制單元和PLC，具有內置，具有內置PLC功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接將解算結果送給機床強電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功將解算結果送給機床強電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀

2、入機床位置檢測裝置發(fā)出的實際能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀入機床位置檢測裝置發(fā)出的實際位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機床的位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機床的移動，可以獲得較高的位置控制精度。移動，可以獲得較高的位置控制精度。CNC數(shù)控機床的組成框圖可編程控制器主軸驅動裝置進給驅動裝置機床加工程序輸入/輸出設備CNC裝置nCNC數(shù)控機床由以下幾部分組成：加工程序、數(shù)控機床由以下幾部分組成：加工程序、輸入輸入/輸出設備、輸出設備、CNC裝置、可編程控制器（裝置、可編程控制器（PLC）、）、主軸驅動裝置、進給驅動裝置和機床。主軸驅動裝置、進給驅動裝置和機床。 機床I/O電路和裝置測量裝置主

3、軸驅動裝置進給驅動裝置主軸伺服單元進給伺服單元計算機數(shù) 控裝 置操作面板PLC計計算算機機數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)機機 床床輔助控制機構進給傳動機構主運動機構鍵盤輸入輸出設備二、二、CNC的組成的組成n從自動控制的角度來看，從自動控制的角度來看，CNCCNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質上是以多執(zhí)行速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質上是以多執(zhí)行部件部件( (各運動軸各運動軸) )的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調運動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的調運動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)。計

4、算機控制系統(tǒng)。n從外部特征來看，從外部特征來看，CNCCNC系統(tǒng)是由系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。兩大部分組成的。它們二者是它們二者是相互支持，不可分割的。相互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持的工作是在硬件的支持下，由軟件來實現(xiàn)部分或大部分數(shù)控功能。下，由軟件來實現(xiàn)部分或大部分數(shù)控功能。n硬件是基礎，軟件是靈魂。硬件是基礎，軟件是靈魂。 CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬硬件件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應用軟件應用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設備被控設備 機機 床床 機器人機器人 測

5、量機測量機 .CNCCNC裝置的組成裝置的組成CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬硬件件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應用軟件應用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設備被控設備 機機 床床 機器人機器人 測量機測量機 .CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬硬件件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應用軟件應用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設備被控設備 機機 床床 機器人機器人 測量機測量機 .CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應用軟件應用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設備被控設備 機機 床床 機器人機器人 測量機

6、測量機 .n 該平臺有以下兩方面的含義：該平臺有以下兩方面的含義：q提供提供CNCCNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；系統(tǒng)基本配置的必備功能；q在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進行功能在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進行功能設計和開發(fā)。設計和開發(fā)。CNCCNC裝置的組成裝置的組成n1CNC裝置的一般硬件結構裝置的一般硬件結構n 硬件由計算機基本系統(tǒng)、設備支持層、設備層三硬件由計算機基本系統(tǒng)、設備支持層、設備層三部分組成。它是部分組成。它是CNC系統(tǒng)的物質基礎。系統(tǒng)的物質基礎。CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖的硬件系統(tǒng)組成框圖CPUROMRAMIN接口接口OUT接口接口閱讀機閱讀機接口接口MDI/CRT接口接口位置位置控

7、制控制其它其它接口接口總線總線CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖的硬件系統(tǒng)組成框圖n2CNC裝置軟件的功能性結構裝置軟件的功能性結構n 從本質特征來看，從本質特征來看，CNC系統(tǒng)軟件是具有實系統(tǒng)軟件是具有實時性和多任務性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征時性和多任務性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由來看，該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和管理軟件和CNC控制控制軟件兩部分組成。它是軟件兩部分組成。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。系統(tǒng)活的靈魂。n3CNC硬件軟件的作用和相互關系硬件軟件的作用和相互關系nCNC裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個系統(tǒng)的各項工作，

8、實現(xiàn)各種數(shù)地組織、管理整個系統(tǒng)的各項工作，實現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機床按照操作者要求，有條不紊控功能，使數(shù)控機床按照操作者要求，有條不紊地進行加工。地進行加工。 nCNC系統(tǒng)的硬件和軟件構成了系統(tǒng)的硬件和軟件構成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺臺 。該平臺提供。該平臺提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；系統(tǒng)基本配置的必備功能；在該平臺上可以根據(jù)用戶的要求進行功能控制和在該平臺上可以根據(jù)用戶的要求進行功能控制和開發(fā)開發(fā) 。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件控制軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機交互交互位置控制輸入輸出管理插補運算故障診斷處理速度處理機床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補償.CNC

9、的軟件系統(tǒng)組成框圖的軟件系統(tǒng)組成框圖CNC裝置的工作原理裝置的工作原理n首先要將被加工零件圖的幾何信息和工藝信息首先要將被加工零件圖的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運動軌跡，用數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運動軌跡，用代碼按規(guī)定的規(guī)則和格式編成加工程序，數(shù)控代碼按規(guī)定的規(guī)則和格式編成加工程序，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，進行相應的運算、處系統(tǒng)則按照程序的要求，進行相應的運算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標軸、主軸以理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標軸、主軸以及輔助動作相互協(xié)調運動，實現(xiàn)刀具與工件的及輔助動作相互協(xié)調運動，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。相對運動，自動完成

10、零件的加工。n1.1.逼近處理逼近處理n2.2.插補運算插補運算n3.3.指令輸出指令輸出三、三、CNC的工作過程的工作過程n工作過程工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過程。程。n包括：包括：n1加工程序的輸入加工程序的輸入n2譯碼譯碼n3刀具補償?shù)毒哐a償 n4對進給速度進行處理對進給速度進行處理 n5插補插補 CNC單元 n6位置處理位置處理 n7/處理處理 n8顯示顯示 n9診斷診斷四、四、CNC的功能的功能nCNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能。n基本功能基本功能數(shù)控系統(tǒng)基

11、本配置的功能，即必備功能；n選擇功能選擇功能用戶可根據(jù)實際要求選擇的功能。1對軸數(shù)的控制功能n控制功能控制功能n CNC能控制和能聯(lián)動控制的進給軸數(shù)。 nCNC的進給軸分類：的進給軸分類：n 移動軸（X、Y、Z）和回轉軸（A、B、C）；n 基本軸和附加軸（U、V、W）。n聯(lián)動控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復雜，編程也越困難。2點位運動與移動功能(G功能 ) 準備功能（準備功能（G G功能）功能） 指令機床動作方式的功能。如：基本移動、程序暫停、平面選擇、坐標設定、刀具補償、基準點返回和固定循環(huán)等。3插補功能n插補功能插補功能n插補功能插補功能是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運算的功能

12、。n精插補和粗插補；硬件插補和軟件插補4固定循環(huán)加工功能n固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能n固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能。5進給功能 (F功能 )n進給功能進給功能n進給速度的控制功能。q進給速度進給速度 控制刀具相對工件的運動速度，單位為mm/min。q同步進給速度同步進給速度 實現(xiàn)切削速度和進給速度的同步，單位為 mm/r。q快速進給速度快速進給速度 一般為進給速度的最高速度，它通過參數(shù)設定，用G00指令執(zhí)行快速。 q進給倍率（進給修調率）進給倍率（進給修調率）人工實時修調預先給定的進給速度。6主軸的轉速功能n主軸功能（主軸功

13、能（S)S)n 數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。q主軸轉速主軸轉速主軸轉速的控制功能，單位為主軸轉速的控制功能，單位為r/minr/min。q恒線速度控制恒線速度控制刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。q主軸定向控制主軸定向控制主軸周向定位于特定位置控制的功能。主軸周向定位于特定位置控制的功能。qC C軸控制軸控制主軸周向任意位置控制的功能。主軸周向任意位置控制的功能。q主軸修調率主軸修調率人工實時修調預先設定的主軸轉速。人工實時修調預先設定的主軸轉速。7刀具功能及工作臺分度功能n刀具管理功能刀具管理功能n實現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理

14、功能。實現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。q刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補償功刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補償功能使用；能使用；q刀具壽命是指時間壽命，當?shù)毒邏勖狡跁r，刀具壽命是指時間壽命，當?shù)毒邏勖狡跁r，CNCCNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；qCNCCNC系統(tǒng)都具有刀具號（系統(tǒng)都具有刀具號（T T）管理功能，用于標）管理功能，用于標識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。8輔助功能(M功能 )n輔助功能（輔助功能（M M功能）功能）n 用于指令機床輔助操作的功能。n如：主軸起停、主軸轉向、切削液的開關或刀庫的起停等。9補償功能

15、n補償功能補償功能q刀具半徑和長度補償功能：刀具半徑和長度補償功能： 實現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。q傳動鏈誤差：傳動鏈誤差：包括螺距誤差補償和反向間隙誤差補償功能。q非線性誤差補償功能：非線性誤差補償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術進行建模，利用模型實施在線補償。10字符和圖形顯示功能n人機對話功能人機對話功能n在CNC裝置中這類功能有：q菜單結構操作界面；q零件加工程序的編輯環(huán)境；q系統(tǒng)和機床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。11自診斷功能n自診斷功能自診斷功能nCNC自動實現(xiàn)故障預報和故障

16、定位的功能。q開機自診斷；q在線自診斷；q離線自診斷；q遠程通訊診斷。12輸入、輸出和通信功能n通訊功能通訊功能n CNC與外界進行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。nRS232C接口，可傳送零件加工程序，qDNC接口，可實現(xiàn)直接數(shù)控，qMAP(制造自動化協(xié)議)模塊，q網(wǎng)卡：適應FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。13程序編制功能n手工編程手工編程n背景（后臺）編程背景（后臺）編程 n自動編程自動編程n利用利用CAM系統(tǒng)，可以在線完成和修改系統(tǒng)，可以在線完成和修改零件的三維模型圖設計，并可以通過零件的三維模型圖設計，并可以通過網(wǎng)絡直接傳給機床進行加工。網(wǎng)絡直接傳給機床進行加工。外部設備功能外部設

17、備功能n鍵盤n紙帶閱讀機n外部存儲設備n紙帶穿孔機n操作面板n顯示器機床控制部分功能機床控制部分功能n位置控制n速度控制n機床狀態(tài)控制五、五、CNC的特點的特點n1具有比NC更高的柔性n2具有良好的通用性 n3數(shù)控功能不斷增強和擴展 n4可靠性越來越高 n5方便了系統(tǒng)的維修和使用 n6易于實現(xiàn)機電一體化 第二節(jié)第二節(jié) CNC的結構的結構n一、一、CNC的硬件結構的硬件結構nCNCCNC系統(tǒng)硬件的層次結構系統(tǒng)硬件的層次結構由計算機基本系統(tǒng)、設備支持層、設備層三部分組成。由計算機基本系統(tǒng)、設備支持層、設備層三部分組成。計計 算算 機機 基基 本本 系系 統(tǒng)統(tǒng)設設備備層層設設備備支支持持層層接 口人

18、機控制運動控制PMC其他I/O其他設備計算機系統(tǒng)顯示設備輸入/出設備機 床機器人測量機 .CNC的硬件結構的硬件結構nCNC裝置從它的硬件組成結構來看，若按其中含有裝置從它的硬件組成結構來看，若按其中含有CPU的多少來分，可分為單機系統(tǒng)和多機系統(tǒng)：的多少來分，可分為單機系統(tǒng)和多機系統(tǒng)：n1.單機系統(tǒng)單機系統(tǒng)n 整個整個CNC裝置只有一個裝置只有一個CPU，它集中控制和管理，它集中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式來實現(xiàn)各種整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式來實現(xiàn)各種NC功功能。其優(yōu)點在于投資小，結構簡單，易于實現(xiàn)。但系能。其優(yōu)點在于投資小，結構簡單，易于實現(xiàn)。但系統(tǒng)功能受到統(tǒng)功能受到CP

19、U字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制?，F(xiàn)在這種結構已被多機系統(tǒng)的主從度等因素的限制?，F(xiàn)在這種結構已被多機系統(tǒng)的主從結構所取代。結構所取代。 n2.多機系統(tǒng)多機系統(tǒng) n CNC裝置中有兩個或兩個以上的裝置中有兩個或兩個以上的CPU，即系統(tǒng)中，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有的某些功能模塊自身也帶有CPU，根據(jù)部件間的相互，根據(jù)部件間的相互關系又可將其分為：主從結構關系又可將其分為：主從結構 、多主結構、多主結構 、分布式結、分布式結構構 。單機或主從結構模塊的功能單機或主從結構模塊的功能n模塊化設計方法：將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干具有獨立功模塊化設計方

20、法：將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干具有獨立功能的單元模塊能的單元模塊,并配上相應的驅動軟件。系統(tǒng)設計時按功能的并配上相應的驅動軟件。系統(tǒng)設計時按功能的要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總線結構的無源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號通路圖線結構的無源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號通路圖2-4。n實現(xiàn)實現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設計的條件是總線系統(tǒng)模塊化設計的條件是總線(BUS)標準化。標準化。 n1、計算機主板和系統(tǒng)總線、計算機主板和系統(tǒng)總線(

21、母板母板) n2、顯示模塊、顯示模塊(顯示卡顯示卡)n3、 輸入輸入/輸出模塊輸出模塊(多功能卡多功能卡) n4、電子盤、電子盤(存儲模塊存儲模塊) n5、設備輔助控制接口模塊、設備輔助控制接口模塊 n6、位置控制模塊、位置控制模塊n7、功能接口模塊、功能接口模塊 圖圖2-4 單機或主從結構模塊單機或主從結構模塊1、計算機主板和系統(tǒng)總線、計算機主板和系統(tǒng)總線(母板母板)計算機主板計算機主板 計算機主板是計算機主板是CNC裝置的核心。它的主要作用：對輸入到裝置的核心。它的主要作用：對輸入到CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息(零件加工程序，各種零件加工程序，各種I/O信息信息等等)

22、進行相應的算術和邏輯運算。并根據(jù)其處理結果，向各進行相應的算術和邏輯運算。并根據(jù)其處理結果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶的指令得以執(zhí)行。功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶的指令得以執(zhí)行。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(母板母板) 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(母板母板)：由一組傳送數(shù)字信息的物理導線組成，：由一組傳送數(shù)字信息的物理導線組成，它是計算機系統(tǒng)內部進行數(shù)據(jù)或信息交換的通道：分數(shù)據(jù)總它是計算機系統(tǒng)內部進行數(shù)據(jù)或信息交換的通道：分數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。線、地址總線、控制總線。2、顯示模塊、顯示模塊(顯示卡顯示卡) 顯示卡的主要作用：接收來自顯示卡的主要作用：接收來自CPU的控制命令和顯

23、示用的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)過的數(shù)據(jù)，經(jīng)過CRT的掃描信號調制后產(chǎn)生的掃描信號調制后產(chǎn)生CRT顯示器所需要顯示器所需要的視頻信號，在的視頻信號，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。它是人機交流的上產(chǎn)生所需要的畫面。它是人機交流的重要媒介重要媒介 。3、 輸入輸入/輸出模塊輸出模塊(多功能卡多功能卡) 它是它是CNC裝置與外界進行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板，即裝置與外界進行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板，即CNC裝置通過該接口可以從輸入設備獲取數(shù)據(jù)，也可以將裝置通過該接口可以從輸入設備獲取數(shù)據(jù)，也可以將CNC裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設備。裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設備。4、電子盤、電子盤(存儲模塊存儲模塊) 電子盤是電子

24、盤是CNC裝置特有的存儲模塊。計算機的存儲器件裝置特有的存儲模塊。計算機的存儲器件有三類：有三類：磁存儲器件，如：軟磁存儲器件，如：軟/硬磁盤；硬磁盤；光存儲器件，如：光存儲器件，如：光盤；光盤；半導體存儲器件，如半導體存儲器件，如 RAM、ROM、FLASH等。等。在在CNC裝置中，常采用電子存儲器件作為外存儲器裝置中，常采用電子存儲器件作為外存儲器 。 5、設備輔助控制接口模塊、設備輔助控制接口模塊 設備輔助控制接口模塊是設備輔助控制接口模塊是CNC裝置實現(xiàn)順序裝置實現(xiàn)順序控制的模塊。它的作用是接收來自操作面板、機床控制的模塊。它的作用是接收來自操作面板、機床上的各行程開關、傳感器、按鈕、

25、強電柜里的繼電上的各行程開關、傳感器、按鈕、強電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫控制的有關信號，經(jīng)處理后器以及主軸控制、刀庫控制的有關信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應器件的運行。輸出去控制相應器件的運行。 設備輔助控制接口必須完成兩個任務：設備輔助控制接口必須完成兩個任務： 即電平的轉換和功率放大、電氣隔離。即電平的轉換和功率放大、電氣隔離。 設備輔助控制接口的實現(xiàn)方式：設備輔助控制接口的實現(xiàn)方式： 簡單簡單I/O接口板；接口板； PLC控制?？刂啤?分內裝型分內裝型PLC和獨立型和獨立型PLC )圖圖2-5 簡單簡單I/O接口板接口板圖2-6 PLC控制圖 6、位置控制模塊、位置控制模塊 位置控制

26、模塊是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實位置控制模塊是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)軌跡控制時，現(xiàn)軌跡控制時，CNC裝置與伺服驅動系統(tǒng)連接的接口模塊。裝置與伺服驅動系統(tǒng)連接的接口模塊。 常用的位置控制模塊有：開環(huán)位置控制模塊、閉環(huán)（含半常用的位置控制模塊有：開環(huán)位置控制模塊、閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊。閉環(huán)）位置控制模塊。 7、功能接口模塊、功能接口模塊 該模塊是實現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板，所有增加該模塊是實現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板，所有增加的功能，必須在的功能，必須在CNC裝置中增加相應的接口板才能實現(xiàn)。裝置中增加相應的接口板才能實現(xiàn)。圖圖2-7 開環(huán)位置控制模塊開環(huán)位置控制模塊圖圖

27、2-8 閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊1.單微處理器的單微處理器的CNCn單微處理器的單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個微處理器是指系統(tǒng)只有一個微處理器作為核心，這個作為核心，這個CPU通過總線連接存儲器和各通過總線連接存儲器和各種接口，采用集中控制、分時處理的方法來完種接口，采用集中控制、分時處理的方法來完成諸如輸入成諸如輸入/輸出、插補計算、伺服控制等各種輸出、插補計算、伺服控制等各種任務。這種系統(tǒng)硬件和軟件結構都比較簡單。任務。這種系統(tǒng)硬件和軟件結構都比較簡單。n單微處理器單微處理器CNC的結構是以微型計算機系統(tǒng)的的結構是以微型計算機系統(tǒng)的基本結構為基礎，微處理

28、器和三總線結構、基本結構為基礎，微處理器和三總線結構、I/O接口、存儲器、串行接口和各種顯示器接接口、存儲器、串行接口和各種顯示器接口等；另外還包括了機床的控制部分?？诘?；另外還包括了機床的控制部分。CPU外部存儲設備接口RS-232接口人機交互接口選件接口ROMRAMPLC接口位控單元位控單元位控單元位控單元速度控制單元D/A轉換電路M、S、T微機系統(tǒng)機床的控制部分 X軸 Y軸 Z軸 主軸總線典型的單微處理器典型的單微處理器裝置結構框圖裝置結構框圖單微處理器單微處理器CNC特點特點n CNC裝置內只有一個微處理器，對存儲、裝置內只有一個微處理器，對存儲、插補運算、輸入插補運算、輸入/輸出控制

29、、輸出控制、CRT顯示等功能顯示等功能實現(xiàn)集中控制分時處理。實現(xiàn)集中控制分時處理。n 微處理器通過總線與存儲器、輸入微處理器通過總線與存儲器、輸入/輸出輸出控制等接口電路相連，構成控制等接口電路相連，構成CNC裝置。裝置。n 結構簡單，易于實現(xiàn)。結構簡單，易于實現(xiàn)。2.多微處理器的CNCn 多微處理器多微處理器CNC的的特點特點 能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實現(xiàn)較復雜的系統(tǒng)功能。速度快，可以實現(xiàn)較復雜的系統(tǒng)功能。 容錯能力強，在某模塊出了故障后，容錯能力強，在某模塊出了故障后， 通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。 多微處理器

30、的多微處理器的CNC主要功能模塊主要功能模塊n CNC管理模塊 ；n CNC插補模塊 ；n 位置控制模塊 ；n PLC模塊 ；n 人機接口模塊 ；n 存儲器模塊 。 多微處理器的CNC結構 n共享總線結構共享總線結構n在共享總線結構中，將各功能模塊插在配有總線插座在共享總線結構中，將各功能模塊插在配有總線插座的機框內，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，的機框內，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種預定的按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種預定的功能。功能。n共享存儲器結構共享存儲器結構n在這種多微處理器結構，采用多端口存儲器來實現(xiàn)各在這種多微處

31、理器結構，采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)微處理器之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當微處理器數(shù)量控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當微處理器數(shù)量增多時，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，增多時，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率。降低系統(tǒng)效率。共享總線結構框圖CNC管理模塊（CPU）主存儲器模 塊操作面板顯示模塊CNC插補模塊（CPU）PLC功能模塊（CPU）位置控制模塊（CPU）主軸控制模塊總線共享總線結

32、構具有結構簡單、系統(tǒng)組配靈活、共享總線結構具有結構簡單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對較低、可靠性高等優(yōu)點。成本相對較低、可靠性高等優(yōu)點。 共享存儲器結構框圖插補（CPU2）來自機床的控 制 信 號輸?shù)綑C床的控 制 信 號軸控制（CPU3）I/OCPU1CRT（CPU4）共 享存儲器3.CNC的接口的接口n紙帶的光電閱讀機接口n輸入/輸出（I/O）接口n進行必要的信號隔離n進行電平轉換和功率放大n數(shù)/模和模/數(shù)轉換n通信接口n軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關系軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關系n關系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件關系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件來完成。從實

33、現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上來完成。從實現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價的。是等價的。n特點：特點：n硬件處理速度快，但靈活性差，實現(xiàn)復雜控制的功硬件處理速度快，但靈活性差，實現(xiàn)復雜控制的功能困難。能困難。n軟件設計靈活，適應性強，但處理速度相對較慢。軟件設計靈活，適應性強，但處理速度相對較慢。n軟件、硬件實現(xiàn)功能的分配就是軟件、硬件實現(xiàn)功能的分配就是軟件硬件功軟件硬件功能界面劃分。能界面劃分。n功能界面劃分的準則：系統(tǒng)的性能價格比功能界面劃分的準則：系統(tǒng)的性能價格比二、二、CNC的軟件結構的軟件結構輸 入預處理位置檢測插補運算位置控制速度控制伺服電機程序硬件硬件硬件硬件硬件軟件

34、軟件軟件軟件 軟件和硬件的功能界面幾種劃分軟件和硬件的功能界面幾種劃分 1CNC的軟、硬件界面的軟、硬件界面2CNC的軟件結構特點的軟件結構特點n CNC裝置的多任務并行處理裝置的多任務并行處理 CNC的任務并行處理示意圖的任務并行處理示意圖n資源分時共享（對單一資源的系統(tǒng)）資源分時共享（對單一資源的系統(tǒng)）n并發(fā)處理和流水處理（對多資源的系統(tǒng)并發(fā)處理和流水處理（對多資源的系統(tǒng) )譯 碼刀具補償速度處理位置控制插 補輸入顯示控制I/O診斷優(yōu)先級順序顯示其它譯碼I/ O刀補位置控制插補運算背景程序背 景 程序 初始化1 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 4t1 t2

35、t3 t4 t5 t6 t7 t8 時間 t1 t2 t3 t4 t5 t6 時間 a）順序處理 b）并行處理空 間N3 N2 N1空間N2 N1輸出輸出 分時共享多任務處理方案分時共享多任務處理方案 時間重疊流水處理示意圖時間重疊流水處理示意圖 0ms 4ms 8ms 12ms 16ms位置控制 插補運算 背景程序 各任務占用各任務占用CPU時間示意圖時間示意圖(2)實時性和優(yōu)先搶占調度機制實時性和優(yōu)先搶占調度機制n實時性任務實時性任務:實時性是指任務的執(zhí)行有嚴格時間要求（任務實時性是指任務的執(zhí)行有嚴格時間要求（任務必須規(guī)定時間內完成或響應），否則將導致執(zhí)行結果錯誤或必須規(guī)定時間內完成或響應

36、），否則將導致執(zhí)行結果錯誤或系統(tǒng)故障的特性。系統(tǒng)故障的特性。n 實時性任務分類實時性任務分類: 強實時性任務（實時突發(fā)性任務；實時周強實時性任務（實時突發(fā)性任務；實時周期性任務）和弱實時性任務。期性任務）和弱實時性任務。n優(yōu)先搶占調度機制優(yōu)先搶占調度機制 n 搶占式優(yōu)先調度機制是指在搶占式優(yōu)先調度機制是指在CPU正在執(zhí)行某任務時，正在執(zhí)行某任務時，若另一優(yōu)先級更高的任務請求執(zhí)行，若另一優(yōu)先級更高的任務請求執(zhí)行，CPU將立即終止正在將立即終止正在執(zhí)行的任務轉而響應優(yōu)先級高任務的請求。優(yōu)先搶占調度機執(zhí)行的任務轉而響應優(yōu)先級高任務的請求。優(yōu)先搶占調度機制是由硬件和軟件共同實現(xiàn)的，硬件主要提供支持中斷

37、功能制是由硬件和軟件共同實現(xiàn)的，硬件主要提供支持中斷功能的芯片和電路。軟件主要完成對硬件芯片的初始化、任務優(yōu)的芯片和電路。軟件主要完成對硬件芯片的初始化、任務優(yōu)先級定義方式、任務切換處理（斷點的保護于恢復、中斷向先級定義方式、任務切換處理（斷點的保護于恢復、中斷向量的保存與恢復等）等。量的保存與恢復等）等。 3.CNC系統(tǒng)軟件結構模式系統(tǒng)軟件結構模式n所謂結構模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理所謂結構模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理方式，即系統(tǒng)任務的劃分方式、任務調方式，即系統(tǒng)任務的劃分方式、任務調度機制、任務間的信息交換機制以及系度機制、任務間的信息交換機制以及系統(tǒng)集成方法等。結構模式要解決的問題統(tǒng)集成方

38、法等。結構模式要解決的問題是如何組織和協(xié)調各個任務的執(zhí)行，使是如何組織和協(xié)調各個任務的執(zhí)行，使之滿足一定的時序配合要求和邏輯關系，之滿足一定的時序配合要求和邏輯關系，以滿足以滿足CNC系統(tǒng)的各種控制要求。系統(tǒng)的各種控制要求。 前后臺型軟件結構前后臺型軟件結構 這種模式將這種模式將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分：系統(tǒng)軟件劃分成兩部分： 前臺程序和后臺程序。前臺程序和后臺程序。前臺程序前臺程序主要完成插補運算、位置控制、故障診斷等實時性主要完成插補運算、位置控制、故障診斷等實時性很強的任務，它是一個實時中斷服務程序。很強的任務，它是一個實時中斷服務程序。后臺程序后臺程序(也稱背景程序也稱背景程序)則完

39、成顯示、零件加工程序的編輯則完成顯示、零件加工程序的編輯管理、系統(tǒng)的輸入管理、系統(tǒng)的輸入/輸出、插補預處理（譯碼、刀補處理、輸出、插補預處理（譯碼、刀補處理、速度預處理速度預處理)等弱實時性的任務，它是一個循環(huán)運行的程等弱實時性的任務，它是一個循環(huán)運行的程序，其在運行過程中，不斷地定時被前臺中斷程序所打斷，序，其在運行過程中，不斷地定時被前臺中斷程序所打斷，前后臺相互配合來完成零件的加工任務。前后臺相互配合來完成零件的加工任務。 前后臺型軟件結構前后臺型軟件結構前臺程序故障處理位置控制插補運算后臺程序譯 碼刀補處理速度預處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后臺程序運行關系圖前后臺型結構模式的特

40、點前后臺型結構模式的特點任務調度機制任務調度機制: : 優(yōu)先搶占調度和循環(huán)調度優(yōu)先搶占調度和循環(huán)調度。前臺。前臺程序的調度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內程序的調度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內部各子任務采用的是順序調度。部各子任務采用的是順序調度。信息交換信息交換: :緩沖區(qū)緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間以及內部。前臺和后臺程序之間以及內部各子任務之間的。各子任務之間的。實時性差實時性差。在前臺和后臺程序內無優(yōu)先級等級、。在前臺和后臺程序內無優(yōu)先級等級、 也無搶占機制。也無搶占機制。 該結構僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早該結構僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的期的CNCCNC系統(tǒng)大都采用這

41、種結構。系統(tǒng)大都采用這種結構。中斷型軟件結構中斷型軟件結構 這種結構是將除了初始化程序之外，這種結構是將除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務模塊分別安排整個系統(tǒng)軟件的各個任務模塊分別安排在不同級別的中斷服務程序中，然后由在不同級別的中斷服務程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務程序實施調度管理。各級中斷服務程序實施調度管理。 中斷型軟件結構中斷型軟件結構初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件 + 軟件）0級中斷服務程序 1 級中斷服務程序 2 級中斷服務程序級中斷服務程序中斷型軟件系統(tǒng)結構圖n中斷型中斷型結構模式的特點結構模式的特點任務調度機制：

42、任務調度機制：搶占式優(yōu)先調度搶占式優(yōu)先調度。信息交換：信息交換：緩沖區(qū)緩沖區(qū)。實時性好實時性好。由于中斷級別較多（最多可達。由于中斷級別較多（最多可達8 8級），強實時性任務可安排在優(yōu)先級較高的級），強實時性任務可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務程序中。中斷服務程序中。模塊間的關系復雜，耦合度大，不利于對系模塊間的關系復雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護和擴充統(tǒng)的維護和擴充。 8090年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結構。 這部分的中斷服務程序也全部由主這部分的中斷服務程序也全部由主CPU完成。對于從完成。對于從CPU引起的中斷，主引起的中斷，主CPU只要負責必要的參數(shù)及狀態(tài)值傳送給從只要負責必要的參數(shù)

43、及狀態(tài)值傳送給從CPU即可返回，從即可返回，從CPU根據(jù)主根據(jù)主CPU的簡單的狀態(tài)、參數(shù)，結的簡單的狀態(tài)、參數(shù)，結合從合從CPU系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)進行獨立完成任務。這樣大大加快了系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)進行獨立完成任務。這樣大大加快了CNC的總體運行速度。的總體運行速度。 n從硬件的角度說，對于多從硬件的角度說，對于多CPU系統(tǒng)，后臺程序、中斷型系統(tǒng)，后臺程序、中斷型中的主程序一般由主中的主程序一般由主CPU完成；前臺程序、中斷型中的完成；前臺程序、中斷型中的中斷信號就直接由硬件向中斷信號就直接由硬件向CPU 申請中斷。申請中斷?；趯崟r操作系統(tǒng)的結構模式基于實時操作系統(tǒng)的結構模式nPTOS是操作系統(tǒng)的一個重要

44、分支，它除了具是操作系統(tǒng)的一個重要分支，它除了具有通用操作系統(tǒng)的功能外，還具有任務管理、有通用操作系統(tǒng)的功能外，還具有任務管理、多種實時任務調度機制、任務間的通信機制等多種實時任務調度機制、任務間的通信機制等功能。功能。n基于實時操作系統(tǒng)的結構模式的優(yōu)點：基于實時操作系統(tǒng)的結構模式的優(yōu)點： n弱化功能模塊間的耦合關系弱化功能模塊間的耦合關系 n系統(tǒng)的開放性和可維護性好系統(tǒng)的開放性和可維護性好 n減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量 n基于實時操作系統(tǒng)開發(fā)基于實時操作系統(tǒng)開發(fā)CNC系統(tǒng)的方法系統(tǒng)的方法 加工程序譯 碼譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補緩沖區(qū)速度預處理插補緩沖區(qū)插補處理運行緩沖區(qū)伺服驅動位

45、控處理位置反饋PLC控制第三節(jié)第三節(jié) CNC的信息處理過程的信息處理過程 CNC裝置數(shù)據(jù)轉換流程示意圖裝置數(shù)據(jù)轉換流程示意圖n輸入、譯碼、預計算、插補計算、輸出、管理與診斷輸入、譯碼、預計算、插補計算、輸出、管理與診斷 n1.輸入過程輸入過程 零件程序的輸入過程流程圖零件程序的輸入過程流程圖n輸入設備：閱讀機、磁帶機、磁盤、鍵盤輸入設備：閱讀機、磁帶機、磁盤、鍵盤 n輸入方式：中斷，有相應的中斷服務程序輸入方式：中斷，有相應的中斷服務程序 n功能：奇偶校驗、操作數(shù)是否超限、字地址順序、功能：奇偶校驗、操作數(shù)是否超限、字地址順序、 字地址格字地址格式、信息完整性、輸入設備控制、將零式、信息完整性

46、、輸入設備控制、將零 件程序存入零件程序件程序存入零件程序存儲器存儲器送出譯碼外存或通信接口零件程序緩沖區(qū)MDI鍵盤MDI緩沖區(qū)零件程序存儲區(qū)一、輸入一、輸入二、存儲二、存儲 目錄區(qū) 零件程序區(qū)程序號零件程序1程序首址程序終址程序號零件程序2程序首址程序終址空白目錄區(qū)零件程序1零件程序2零件程序3零件程序I零件程序n空白程序區(qū)零件程序存儲器的結構示意圖零件程序存儲器的結構示意圖三、譯碼三、譯碼n定義：定義：將輸入的零件程序數(shù)將輸入的零件程序數(shù)據(jù)翻譯成數(shù)控系統(tǒng)所能識別據(jù)翻譯成數(shù)控系統(tǒng)所能識別 的語言，有硬件譯碼（并行，的語言，有硬件譯碼（并行，快）和軟件譯碼（串行、快）和軟件譯碼（串行、 相對慢

47、一些）。相對慢一些）。n 功能功能:是把程序段中的各數(shù)是把程序段中的各數(shù)據(jù)根據(jù)前后文字地址送據(jù)根據(jù)前后文字地址送 到到相應的緩沖寄存器中。相應的緩沖寄存器中。n每個字符譯碼過程：每個字符譯碼過程： n建立格式標志建立格式標志 n確定存放地址確定存放地址n 確定調用確定調用 “數(shù)碼轉換次數(shù)數(shù)碼轉換次數(shù)” n1.代碼的識別代碼的識別n2.功能碼譯碼功能碼譯碼開始讀取緩沖器中的字符處理數(shù)字代碼處理N代碼處理G代碼處理X代碼處理Y代碼10H?=10H?=11H?=12H?=13H?無法識別、錯誤處理結束YNNNNYNYYY軟件識別代碼的流程圖軟件識別代碼的流程圖四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理

48、( (預計算）預計算）n減輕插補程序的負擔，提高系統(tǒng)實時性。n包括：包括： 刀具長度補償計算、刀具半徑補償計刀具長度補償計算、刀具半徑補償計算、象限、進給算、象限、進給 方向判斷、進給速度換算、方向判斷、進給速度換算、機床輔助功能判斷等。機床輔助功能判斷等。 n1刀具補償?shù)毒哐a償n定義：將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉換成刀具定義：將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。中心軌跡數(shù)據(jù)。n種類：長度補償和半徑補償。種類：長度補償和半徑補償。2速度處理n（1）進給速度計算）進給速度計算n開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng):n速度通過控制向步進電機輸出脈沖的頻率來實現(xiàn)。n速度計算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值。n半閉

49、環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):n采用數(shù)據(jù)采樣方法進行插補加工n速度計算是根據(jù)程編的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長。（2）進給速度控制）進給速度控制VSVS常用的常用的控制控制方法方法：計時法計時法 用于脈沖增量插補。時鐘中斷法時鐘中斷法 用軟件控制每個時鐘周期內的插補次數(shù)，達到速度控制的目的。積分法積分法 LV五插補五插補n根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量；n計算新的坐標位置；n將合成位移分解到各個坐標方向，得到各個坐標軸的位置控制指令。n插補程序的實時性 。n1計算新的指令坐標位置n X2新 = X2舊 + x2n Y2新 = Y2舊 + y2n2計算實際坐標位置n

50、X1新 = X1舊 + x1n Y1新 = Y1舊 + y1n3計算位置控制輸出值n x3 = X2新 - X1新 n y3 = Y2新 Y1新n位置控制是強實時性任務，所有計算必須在位置控制周期（伺服周期）內完成。伺服周期可以等于插補周期，也可以是插補周期的整數(shù)分之一。六、 位置控制位置控制計算位置控制計算V VS SV VS S+-插補輸出插補輸出X X2 2Y Y2 2指令位置指令位置X X2 2新新Y Y2 2新新位控輸出位控輸出X X3 3Y Y3 3實際位置實際位置X X1 1新新Y Y1 1新新反饋位置增量反饋位置增量X X1 1、Y Y1 1X X2 2舊舊Y Y2 2舊舊X

51、X1 1舊舊Y Y1 1舊舊+ 第四節(jié)第四節(jié) PLC與數(shù)控機床的輔助功能與數(shù)控機床的輔助功能n一、一、PLC 的基本組成和工作原理的基本組成和工作原理 微處理器微處理器(CPU)、存儲器、用戶輸人輸出部分、存儲器、用戶輸人輸出部分、輸入輸出擴展接口、外圍設備以及電源等。對于內輸入輸出擴展接口、外圍設備以及電源等。對于內裝型裝型PLC，CPU、存儲器、外圍設備、電源等部分一、存儲器、外圍設備、電源等部分一般與般與CNC裝置共用。裝置共用。接收現(xiàn)場信號輸入部件外設接口擴展接口輸出部件電源運算器控制器微處理器RAM用戶程序EPROM系統(tǒng)程序盒式磁帶機驅動受控元件I/O擴展單元存儲器打印機EPROM寫

52、入器PLC或上位計算機編程器通用型PLC的硬件結構框圖n(1)CPU(1)CPU與通用微機與通用微機CPUCPU一樣，它是一樣，它是PLCPLC的核心。的核心。n(2)PLC(2)PLC有系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器，前者用作存儲監(jiān)有系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器，前者用作存儲監(jiān)控程序、模塊化應用子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等。后者控程序、模塊化應用子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等。后者用作存放用戶程序。用作存放用戶程序。 n(3)(3)用戶輸入輸出部分包括輸入輸出接口，輸入用戶輸入輸出部分包括輸入輸出接口，輸入輸出控制電路及隔離電路等，用作輸出控制電路及隔離電路等，用作PLCPLC與外部輸入輸與外部輸入輸出設備進行連接。出

53、設備進行連接。n(4)(4)當主機默認的當主機默認的I IO O點數(shù)不夠時，可選配點數(shù)不夠時，可選配I IO O擴展模擴展模塊，但不能單獨使用。塊，但不能單獨使用。n(5)(5)外圍設備根據(jù)外圍設備根據(jù)PLCPLC的型號與廠家的不同，可配置編的型號與廠家的不同，可配置編程設備、程序寫入器、用戶程序卡、磁帶機、打印機、程設備、程序寫入器、用戶程序卡、磁帶機、打印機、A AD D、D DA A、高速計數(shù)器、高速計數(shù)器、RS232RS232485485通信接口、光通信接口、光纖通信接口等。纖通信接口等。輸 入 端 器 件輸 入 映 象元 件 映 象 寄 存輸 出 鎖 存輸 入 端 器 件輸 入輸 出

54、輸入采樣階段輸出刷新階段程序執(zhí)行階段 PLC的基本控制原理PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時鐘周期執(zhí)行一條的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時鐘周期執(zhí)行一條指令。對用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時掃描兩種，掃描過指令。對用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時掃描兩種，掃描過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。PLC 程序執(zhí)行過程圖 PLC的基本控制原理的基本控制原理n(1)輸入采樣階段。輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段以掃描方式順在輸入采樣階段以掃描方式順序讀人所有輸入端子的狀態(tài)，存人輸人寄存器

55、，接著序讀人所有輸入端子的狀態(tài)，存人輸人寄存器，接著轉入程序執(zhí)行階段。轉入程序執(zhí)行階段。 n(2)程序執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段中順序對每條在程序執(zhí)行階段中順序對每條指令進行掃描。先從輸人寄存器讀人所有輸入端子的指令進行掃描。先從輸人寄存器讀人所有輸入端子的狀態(tài)。若程序中規(guī)定要讀人某輸出狀態(tài)，則也在此時狀態(tài)。若程序中規(guī)定要讀人某輸出狀態(tài)，則也在此時讀入。然后進行邏輯運算，最后將結果送人輸出寄存讀入。然后進行邏輯運算，最后將結果送人輸出寄存器。器。n(3)輸出刷新階段。所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出寄存輸出刷新階段。所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出寄存器中所有的輸出狀態(tài)送到輸出電路，成為

56、器中所有的輸出狀態(tài)送到輸出電路，成為PLC的實際的實際輸出。輸出。nPLC執(zhí)行完上述的三個階段稱為一個掃描周期。執(zhí)行完上述的三個階段稱為一個掃描周期。掃掃描描過過程程2PLC的特點：(1)PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機系統(tǒng)。是一種專用于工業(yè)順序控制的微機系統(tǒng)。(2)PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設計的，所是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設計的，所以具有很強的抗干擾能力。以具有很強的抗干擾能力。(3)結構緊湊、體積小，很容易裝入機床內部或電氣箱結構緊湊、體積小，很容易裝入機床內部或電氣箱內，便于實現(xiàn)動作復雜的控制邏輯和數(shù)控機床的機電一內，便于實現(xiàn)動作復雜的控制邏輯和數(shù)控機床的機電一體化

57、。體化。(4)采用梯形圖編程方式。采用梯形圖編程方式。(5)PLC可與編程器、個人計算機等連接，可以很方便可與編程器、個人計算機等連接，可以很方便地實現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。地實現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。 2PLC的特點：n 可靠性高 n 編程簡單，使用方便 n 靈活性好 n 直接驅動負載能力強 n 便于實現(xiàn)機電一體化 n 網(wǎng)絡通信 3數(shù)控機床用PLCn 數(shù)控機床PLC的控制對象CNC系統(tǒng)數(shù) 控 裝 置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動作換刀動作冷卻排屑.數(shù)控裝置、可編程控制器、機床之間的關系圖數(shù)控裝置、可編程控制器、機床之間的關系圖CNC、PLC、機床之

58、間的信號處理過程、機床之間的信號處理過程n CNC裝置機床：CNC裝置CNC裝置的RAM PLC的RAM中。PLC 軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進行邏輯運算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，對內裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機床；對獨立型PLC，其RAM中已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機床。機床CNC裝置 對于內裝型對于內裝型PLC，信號傳送處理如下：，信號傳送處理如下：從機床輸入開關量數(shù)據(jù)從機床輸入開關量數(shù)據(jù)CNC裝置的裝置的RAM PLC的的RAM。PLC的軟件進行邏輯運算處理。的軟件進行邏輯運算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的的RAM中，

59、同時傳送到中，同時傳送到CNC裝置的裝置的RAM中。中。 CNC裝置軟件讀取裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。中數(shù)據(jù)。 對于獨立型對于獨立型PLC，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口的輸入接口送到送到PLC的的RAM中，然后進行上述的第中，然后進行上述的第2步，以下均相同。步，以下均相同。PLC 、CNC 、機床間的信息交換、機床間的信息交換n PLC CNC的信號的信號：主要有機床各坐標基準點信號，M、S、T功能的應答信號等。n PLC 機床的信號機床的信號：主要是控制機床執(zhí)行件的執(zhí)行信號，如電磁鐵、接觸器、繼電器的動作信號以及確保機床各運動部件狀態(tài)的信號及故障指示。n

60、機床機床 PLC的信息的信息：主要有機床操作面板上各開關、按鈕等信息，其中包括機床的起動、停止，機械變速選擇，主軸正/反轉、停止，冷卻液的開/關，各坐標的點動和刀架、夾盤的松/夾等信號，以及上述各部件的限位開關等保護裝置、主軸伺服保護監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運行準備等信號。 數(shù)控機床PLC的形式n 按結構形式分類按結構形式分類：內裝型內裝型（Built-in TypeBuilt-in Type）PLCPLC（或稱集成式、內含（或稱集成式、內含式）。它是為數(shù)控設備順序控制而設計制造的專用式）。它是為數(shù)控設備順序控制而設計制造的專用PLCPLC。獨立型獨立型（Stand-alone TypeStand-