第4章-數(shù)控邏輯控制與通信

第4章-數(shù)控邏輯控制與通信第一頁(yè)，共80頁(yè)。4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理4.2

PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口4.4高速伺服總線及接口2第二頁(yè)，共80頁(yè)。1968年，美國(guó)通用汽車制造公司（GM），為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時(shí)間，降低成本。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人能方便地使用。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（GEC）首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。

4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理3第三頁(yè)，共80頁(yè)。4.1.1PLC的結(jié)構(gòu)組成和工作原理輸入模塊電源模塊系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器CPU用戶程序存儲(chǔ)器外圍接口模塊輸出模塊X執(zhí)行機(jī)構(gòu)擴(kuò)展模塊編程器傳感器一、結(jié)構(gòu)組成一般由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口模塊、外圍接口模塊及編程器、擴(kuò)展接口和擴(kuò)展模塊等可選部件幾大部分組成，如下所示：4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理4第四頁(yè)，共80頁(yè)。整體式PLC擴(kuò)展模塊輸入端子輸出端子編程器人機(jī)界面4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理5第五頁(yè)，共80頁(yè)。模塊式PLC4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理6第六頁(yè)，共80頁(yè)。二、PLC的編程語(yǔ)言3.3可編程控制器PLC簡(jiǎn)介不熟悉計(jì)算機(jī)的機(jī)械工程師Y1X2Y1Y1T1Y2T1K15X3X1梯形圖（Ladder）~220VKM1PB2PB1KM1KM1KT1KM2KT1KA1電器原理圖7第七頁(yè)，共80頁(yè)。指令語(yǔ)言執(zhí)行順序：

從上到下、從左到右LDX1ORY1ANIX2OUT Y1LDY1ANDX3OUTT1K15LDT1OUTY2Y1X2Y1Y1T1Y2T1K15X3X1梯形圖（Ladder）4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理8第八頁(yè)，共80頁(yè)。三、PLC梯形圖的設(shè)計(jì)原理輸入映像寄存器輸入接口電路輸出映像寄存器輸出狀態(tài)鎖存器控制程序輸出接口電路關(guān)鍵：用串行執(zhí)行的程序，來(lái)模擬并行電路，只能將連續(xù)變量離散處理，截取某一時(shí)刻的狀態(tài)，作為輸入的映像，按用戶設(shè)計(jì)邏輯，計(jì)算該時(shí)刻輸出的映像，在運(yùn)算過(guò)程中，輸入的映像保持不變，每個(gè)程序循環(huán)周期結(jié)束，在將輸出映像輸出到狀態(tài)鎖存器，再次讀輸入端子的狀態(tài)到到輸入映像寄存器，進(jìn)行下個(gè)周期的運(yùn)算。4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理9第九頁(yè)，共80頁(yè)。PLC控制程序的執(zhí)行流程定時(shí)中斷定時(shí)標(biāo)志1返回開始初始化(禁止所有輸出)定時(shí)標(biāo)志=0？高速響應(yīng)讀輸入到映像寄存器邏輯運(yùn)算及控制輸出到輸出鎖存器YN定時(shí)標(biāo)志04.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理10第十頁(yè)，共80頁(yè)。四、電器原理圖和梯形圖的差別~220VKM1PB2PB1KM1KM1KT1KM2KT1KA11.電器原理圖是并行電路。沒(méi)有先后之分，而梯形圖的執(zhí)行是有先后順序的，次序不同，執(zhí)行結(jié)果不同。2.梯形圖設(shè)計(jì)中加入了很多計(jì)算機(jī)語(yǔ)言類的運(yùn)算指令和功能指令，使設(shè)計(jì)更靈活、方便。3.梯形圖設(shè)計(jì)中輸入、輸出和軟元件（內(nèi)部輔助繼電器）可無(wú)限次作為運(yùn)算條件使用。電器原理圖4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理11第十一頁(yè)，共80頁(yè)。4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理4.2

PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用4.3數(shù)據(jù)通信及接口4.4高速伺服總線及接口12第十二頁(yè)，共80頁(yè)。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC已發(fā)展成為工控領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛通用控制器。除了原來(lái)開關(guān)量的邏輯控制，其控制功能已擴(kuò)展到數(shù)據(jù)運(yùn)算（包括浮點(diǎn)運(yùn)算）、模擬量回路控制、運(yùn)動(dòng)控制等。并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制。其正式名稱為“可編程序控制器”（ProgramableController）,簡(jiǎn)稱PC。為避免和個(gè)人計(jì)算機(jī)混淆，大多數(shù)人仍稱其為“PLC”。數(shù)控系統(tǒng)的PLC有兩種形式，一種是嵌入式PLC，一種是獨(dú)立式PLC。數(shù)控系統(tǒng)中，很多模擬量的控制（如溫度、壓力等）都是通過(guò)PLC的模擬量控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有些數(shù)控系統(tǒng)的熱誤差補(bǔ)償，就是通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如西門子840D。

4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用13第十三頁(yè)，共80頁(yè)。指令位置顯示位置電機(jī)指令位置運(yùn)動(dòng)控制K0、tanβ、P0位置反饋+-PLC溫度采集西門子840D的熱誤差補(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)框圖4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用14第十四頁(yè)，共80頁(yè)。K0(T)：與坐標(biāo)位置無(wú)關(guān)的變形量（如主軸的膨脹、偏斜），隨主軸溫度、刀具長(zhǎng)度的變化而變化。通過(guò)梯形圖程序，建立變形量與溫度、刀具參數(shù)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)熱誤差補(bǔ)償。ZYdy1dz1ZYdz2Dz2=(Pz-Pz0)*tanβ(T)與機(jī)床位置無(wú)關(guān)的熱變形與機(jī)床位置相關(guān)的熱變形4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用15第十五頁(yè)，共80頁(yè)。一、PLC在數(shù)控機(jī)床上配置方式PLC在機(jī)床側(cè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng)，有m+n個(gè)輸入輸出點(diǎn)PLC在CNC控制柜中，有m個(gè)輸入輸出點(diǎn)，元器件數(shù)目少，易于維修，成本低。PLC在控制柜中，輸入輸出接口在機(jī)床一側(cè)，中間用一個(gè)光纜通信。4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用16第十六頁(yè)，共80頁(yè)。

機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號(hào)通過(guò)I／O單元接口輸入至PLC中，除極少數(shù)信號(hào)外，絕大多數(shù)信號(hào)的含義及所占用PLC的地址均可由PLC程序設(shè)計(jì)者自行定義。二、PLC與外部的信息交換1、機(jī)床到PLC(MT→PLC)4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用17第十七頁(yè)，共80頁(yè)。

PLC控制機(jī)床的信號(hào)通過(guò)PLC的開關(guān)量輸出接口送到機(jī)床側(cè)，所有開關(guān)量輸出信號(hào)的含義及所占用PLC的地址均可由PLC程序設(shè)計(jì)者自行定義。舉例在SINUMERIK810數(shù)控系統(tǒng)中，機(jī)床側(cè)某電磁閥的動(dòng)作由PLC的輸出信號(hào)來(lái)控制，設(shè)該信號(hào)用Q1．4來(lái)定義。該信號(hào)通過(guò)I／O模塊和I／O端子板輸出至中間繼電器線圈，繼電器的觸點(diǎn)又使電磁閥的線圈得電，從而控制電磁閥的動(dòng)作。同樣，Q1．4信號(hào)可在PLCSTATUS狀態(tài)下，通過(guò)觀察QBl的第4位“0”或“1”來(lái)獲知該輸出信號(hào)是否有效。2、PLC到機(jī)床(PLC→MT)4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用18第十八頁(yè)，共80頁(yè)。CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號(hào)含義和地址（開關(guān)量地址或寄存器地址）均由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。舉例數(shù)控指令的M、S、T功能，通過(guò)CNC譯碼后直接送入PLC相應(yīng)的寄存器中。在SINUMERIK810數(shù)控系統(tǒng)中，M03指令經(jīng)譯碼后，送入FY27．3寄存器中。3、CNC到PLC(CNC→PLC)4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用19第十九頁(yè)，共80頁(yè)。PLC送至CNC的信息也由開關(guān)量信號(hào)或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號(hào)地址與含義由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。舉例

SINUMERIK810數(shù)控系統(tǒng)中，Q108.5為PLC至CNC的進(jìn)給使能信號(hào)。4、PLC到CNC(PLC→CNC)4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用20第二十頁(yè)，共80頁(yè)。主軸轉(zhuǎn)速可以用S2位代碼或S4位代碼直接指定。例如某數(shù)控機(jī)床的主軸最高轉(zhuǎn)速為4000r／min，最低轉(zhuǎn)速為50r／min，若用S4位代碼，CNC送出S4位代碼至PLC，將進(jìn)行二——十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行限位。當(dāng)S代碼大于4000時(shí)限制S為4000，當(dāng)S代碼小于50時(shí)，限制S為50，此數(shù)值送到D／A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成50～4000r／min相對(duì)應(yīng)的輸出電壓，作為轉(zhuǎn)速指令控制主軸的轉(zhuǎn)速；若用S2位代碼指定主軸的轉(zhuǎn)速，應(yīng)首先制定S2位代碼與主軸轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)表，CNC輸出S2位代碼進(jìn)入PLC，經(jīng)過(guò)一系列處理，很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的控制。三、數(shù)控機(jī)床的PLC功能1、S功能處理4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用21第二十一頁(yè)，共80頁(yè)。數(shù)控機(jī)床通過(guò)PLC可管理刀庫(kù)，特別是對(duì)加工中心的自動(dòng)換刀帶來(lái)了很大的方便。處理的信息包括選刀方式，刀具累計(jì)使用的次數(shù)，刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。2、T功能處理3、M功能處理M功能是輔助功能，根據(jù)不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，主軸齒輪箱的換檔變速，主軸準(zhǔn)停，切削液的開、關(guān)，卡盤的夾緊、松開及換刀機(jī)械手的取刀、歸刀等動(dòng)作。4.2PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用22第二十二頁(yè)，共80頁(yè)。4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理4.2

PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口4.4高速伺服總線及接口23第二十三頁(yè)，共80頁(yè)。4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口4.3.1機(jī)床I/O接口功能：用來(lái)接收機(jī)床操作面板上的開關(guān)、按鈕信號(hào)及機(jī)床的各種限位開關(guān)信號(hào)；且用來(lái)把機(jī)床工作狀態(tài)指示燈信號(hào)送到機(jī)床操作面板，把控制機(jī)床動(dòng)作的信號(hào)送到接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件。要求：1）進(jìn)行必要電隔離，防止干擾信號(hào)串入，防止高壓串入對(duì)CNC裝置的損壞；

2）進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。24第二十四頁(yè)，共80頁(yè)。1.輸入接口電路設(shè)計(jì)

輸入接口形式：

a)隔離型、非隔離型

b)直流、交流

直流隔離型：源型、漏型漏型無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)源型無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)單向光耦雙向光耦高速光耦4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口25第二十五頁(yè)，共80頁(yè)。輸入接口電路漏型輸入接口典型電路VccVccVcc4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口26第二十六頁(yè)，共80頁(yè)。輸入接口電路源型輸入接口典型電路VccVccVcc4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口27第二十七頁(yè)，共80頁(yè)。CPLD/FPGA總線輸入緩沖電路DAWRRDCPU譯碼電路OE選通控制74244QI0[0..7]I1[0..7]I2[0..7]總線4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口28第二十八頁(yè)，共80頁(yè)。觸點(diǎn)輸入電路的防抖與濾波閉合穩(wěn)定開關(guān)閉合前沿抖動(dòng)后沿抖動(dòng)

機(jī)械開關(guān)又成為有觸點(diǎn)開關(guān),在開關(guān)的閉合和斷開過(guò)程中，由于機(jī)械彈簧的作用，普遍存在抖動(dòng)現(xiàn)象。

“去抖”方法：

1.硬件濾波：濾波時(shí)間常數(shù)固定，軟件簡(jiǎn)單。

2.軟件濾波：濾波時(shí)間常數(shù)可設(shè)，應(yīng)用靈活，程序復(fù)雜。

3.定周期掃描：一種最簡(jiǎn)單的軟件濾波。4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口29第二十九頁(yè)，共80頁(yè)。光耦的響應(yīng)延時(shí)適當(dāng)減小光耦回路中的電流，可減小tOFF總電流保持不變，保證抗干擾性。4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口30第三十頁(yè)，共80頁(yè)。高速光耦可用于數(shù)字式位置反饋接口電路4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口31第三十一頁(yè)，共80頁(yè)。外部開關(guān)的選擇

開關(guān)形式：常開、常閉設(shè)計(jì)思路：當(dāng)外部線路故障時(shí)，系統(tǒng)的安全性限位開關(guān)、急停、停止、安全保護(hù)開關(guān)等應(yīng)選擇常閉開關(guān)。雖然這些開關(guān)非常重要，但仍屬于低速信號(hào)，盡量不要讓它們占用系統(tǒng)的中斷資源!!!

啟動(dòng)按鈕等通常選擇常開開關(guān)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口32第三十二頁(yè)，共80頁(yè)。2輸出接口電路設(shè)計(jì)類型：

1繼電器輸出控制電流一般<2A；直流30V、交流220V；有觸點(diǎn)類型，響應(yīng)延時(shí)約10ms,觸點(diǎn)壽命約100萬(wàn)次（與電流有關(guān)）

2晶體管輸出用于直流控制回路，有源型和漏型之分；相應(yīng)速度快，一般<1ms；有發(fā)熱現(xiàn)象，允許電流不大，一般<0.5A3固態(tài)繼電器（SSR）輸出

有直流、交流之分；無(wú)觸點(diǎn)；相應(yīng)速度較快；有漏電流；

4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口33第三十三頁(yè)，共80頁(yè)。輸出鎖存電路CPLD/FPGA74374Swr0Swr1Q0[0..7]Q1[0..7]DQclkDQclk譯碼電路DAWRRDCPU總線4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口34第三十四頁(yè)，共80頁(yè)。a)光耦輸出驅(qū)動(dòng)與隔離盡量避免5V大電流直接驅(qū)動(dòng)，盡量采樣光耦隔離。Vcc+24V0V負(fù)載鎖存器特點(diǎn)：響應(yīng)速度快，抗干擾性好，簡(jiǎn)單，便宜。

可用于驅(qū)動(dòng)小功率負(fù)載

如：指示燈、伺服電機(jī)的控制信號(hào)、小型繼電器等。4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口35第三十五頁(yè)，共80頁(yè)。b)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路3.4.1機(jī)床I/O接口

特點(diǎn)：有觸點(diǎn)類型，隔離性能好，觸點(diǎn)允許電流較大，交直流都適用。

可用于驅(qū)動(dòng)較大功率負(fù)載，如：接觸器、電磁閥、燈泡等。Vcc+24V0V鎖存器~220VVcc+24V0V鎖存器36第三十六頁(yè)，共80頁(yè)。c)SSR輸出電路

固態(tài)繼電器內(nèi)部有光耦隔離，通過(guò)輸入信號(hào)電流控制輸出，電流范圍一般為：0.5-20mA(因廠家而異)。In+In-OutOutVccSSR有直流和交流2種型式，交流型有過(guò)零型和調(diào)相型之分過(guò)零型交流SSR控制波形調(diào)相型交流SSR控制波形4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口37第三十七頁(yè)，共80頁(yè)。SSR輸出的特點(diǎn)：無(wú)觸點(diǎn)輸出，沒(méi)有火花，壽命長(zhǎng)。有一定的漏電流。直流SSR的響應(yīng)延時(shí)較小，交流關(guān)斷延時(shí)較大。且延時(shí)時(shí)間不確定。耐壓要求較高，超過(guò)允許電壓會(huì)導(dǎo)致SSR損壞。在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，要注意增加RC吸收回路，減小感應(yīng)電壓，保護(hù)SSR。In+In-Out~Out~Vcc4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口38第三十八頁(yè)，共80頁(yè)。串行通信：將數(shù)據(jù)按順序分解為一位（或幾位，一般不大于4位）的序列，按順序傳送。優(yōu)點(diǎn)：傳送線路簡(jiǎn)單，成本低，傳送距離長(zhǎng)缺點(diǎn)：傳送速度比并行通信低，通信協(xié)議復(fù)雜。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，傳送速度越來(lái)越快，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如RS232C、RS422、RS485、USB、1394、Profibus、SERCOS、各種網(wǎng)絡(luò)等。1.串行通訊的一般概念4.3.2串行數(shù)據(jù)通信及接口4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口并行通信:

數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。優(yōu)點(diǎn)：傳送速度快缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)線多，成本較高，且由于并行數(shù)據(jù)傳輸線的耦合和共模干擾，傳輸距離短。主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳送量很大的場(chǎng)合，如打印機(jī)，液晶屏等。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，并行通信的應(yīng)用在逐漸減少。39第三十九頁(yè)，共80頁(yè)。AB單工通信AB雙工通信半雙工通信AB主站從站1從站2從站N…多機(jī)通信點(diǎn)-點(diǎn)通信4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口40第四十頁(yè)，共80頁(yè)。傳輸介質(zhì)雙絞線光纖同軸電纜4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口41第四十一頁(yè)，共80頁(yè)。平衡和非平衡線路非平衡線路（單端收發(fā)器）平衡線路（差分收發(fā)器）4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口42第四十二頁(yè)，共80頁(yè)。異步串行通信在異步通信中，沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，各設(shè)備使用自己的時(shí)鐘信號(hào),各設(shè)備時(shí)鐘必須在頻率上保證一致（誤差允許范圍很小），每個(gè)傳送字節(jié)必須用其始位來(lái)同步時(shí)鐘，用1~2個(gè)停止位來(lái)表示傳送字節(jié)的結(jié)束。由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位等4部分組成的串行數(shù)據(jù)稱為字符幀（CharacterFrame）也叫數(shù)據(jù)幀。

異步通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要傳送同步時(shí)鐘，字符幀長(zhǎng)度不受限制，故設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是字符幀中因包含起始位和停止位而降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸速率。D0PD1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3…起始位空閑位停止位

異步串行通信的字符幀格式4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口43第四十三頁(yè)，共80頁(yè)。起始位檢測(cè)

異步通信中，每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)為波特率(BaudRate),單位為bps。異步串行通信的收發(fā)設(shè)備，必須使用相同的波特率。異步通信設(shè)備，都具有自己的波特率時(shí)鐘發(fā)生器，其時(shí)鐘頻率一般為波特率的16倍，在檢測(cè)到起始時(shí)位跳變時(shí)，接收方同步其接收時(shí)鐘，然后，間隔24個(gè)時(shí)鐘，檢測(cè)第一個(gè)數(shù)據(jù)位，以后每間隔16個(gè)時(shí)鐘檢測(cè)一位，直到停止位，1幀數(shù)據(jù)結(jié)束。用起始位同步接受時(shí)鐘，消除了時(shí)鐘誤差的累積，降低了對(duì)收發(fā)時(shí)鐘頻率的一致性要求，一般，時(shí)鐘誤差<3%即可。

發(fā)送時(shí)鐘接收時(shí)鐘數(shù)據(jù)讀取第1個(gè)數(shù)據(jù)位讀取第2個(gè)數(shù)據(jù)位4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口44第四十四頁(yè)，共80頁(yè)。同步通信

在通信的設(shè)備中,采用相同的時(shí)鐘信號(hào),這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以由單獨(dú)的硬件線路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如：I2C、SPI、LVDS、EnDat等。

同步時(shí)鐘還可以采樣復(fù)用方式，通過(guò)發(fā)送特定的同步位或字符來(lái)統(tǒng)一雙方時(shí)鐘，進(jìn)而達(dá)到收發(fā)的同步。有三種同步串行鏈路層協(xié)議:面向字符的同步協(xié)議、面向位的同步協(xié)議、面向字節(jié)計(jì)數(shù)的同步協(xié)議。00111101clkdata3.4.2串行數(shù)據(jù)通信及接口起始符地址域8/16位控制域8/16位CRC16位結(jié)束符數(shù)據(jù)域K*8/16位面向位的同步協(xié)議傳輸幀格式若數(shù)據(jù)域中出現(xiàn)連續(xù)5個(gè)1時(shí)，自動(dòng)插入一個(gè)045第四十五頁(yè)，共80頁(yè)。數(shù)據(jù)通信Data寫信人郵局運(yùn)輸部門收信人郵局甲地乙地4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口46第四十六頁(yè)，共80頁(yè)。應(yīng)用層OSI=OpenSystemInterconnedcionreferencemodel表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層H7datadata應(yīng)用層協(xié)議表示層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議傳輸層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議dataH7H7H6H6H5dataH7H6H5H4dataH7H6H5H4H3dataH7H6H5H4H3H2T2dataH7H6H5H4H3H2T2報(bào)文(M)報(bào)文(M)報(bào)文(M)報(bào)文(M)分組(P)幀(F)位流3.4.2串行數(shù)據(jù)通信及接口2OSI參考模型47第四十七頁(yè)，共80頁(yè)。

傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層會(huì)話層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層（高層）高層的功能為處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式及應(yīng)用訪問(wèn)。主要由操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流層（低層）定義了數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)之間傳送，及數(shù)據(jù)如何通過(guò)網(wǎng)線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)狡谕慕K端4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口48第四十八頁(yè)，共80頁(yè)。3.4.2串行數(shù)據(jù)通信及接口應(yīng)用層物理層

數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層物理層

數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層發(fā)送進(jìn)程接收進(jìn)程物理層

數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)A主機(jī)B路由器路由器物理層

數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層通信子網(wǎng)物理介質(zhì)物理介質(zhì)物理通信網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)49第四十九頁(yè)，共80頁(yè)。5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H5101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4傳輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口50第五十頁(yè)，共80頁(yè)。5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2101比特流110101110101計(jì)算機(jī)2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口51第五十一頁(yè)，共80頁(yè)。H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口52第五十二頁(yè)，共80頁(yè)。H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口53第五十三頁(yè)，共80頁(yè)。H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口54第五十四頁(yè)，共80頁(yè)。應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口55第五十五頁(yè)，共80頁(yè)。5432154321計(jì)算機(jī)

1AP2AP1計(jì)算機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口56第五十六頁(yè)，共80頁(yè)。應(yīng)用層OSI參考模型傳輸層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)接口層互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層TCP/IP體系結(jié)構(gòu)telnetDNSSMTPothersTCPUDPIPICMPARPIARPEthernetTokenRingPDNSNMPTFTPTCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口57第五十七頁(yè)，共80頁(yè)。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式前導(dǎo)碼 7字節(jié)幀起始定界符 1字節(jié) 標(biāo)明下一個(gè)字節(jié)為目的MAC字段目的MAC地址 6字節(jié)源MAC地址 6字節(jié)類型/長(zhǎng)度 2字節(jié)數(shù)據(jù) 46~1500字節(jié)幀校驗(yàn)序列 4字節(jié)4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口58第五十八頁(yè)，共80頁(yè)。4.1數(shù)控系統(tǒng)的PLC原理4.2

PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用4.3數(shù)控機(jī)床通信及接口4.4高速伺服總線及接口59第五十九頁(yè)，共80頁(yè)。

常用高速伺服總線4.4高速伺服總線及接口PROFIBUS/PROFINET西門子FSSB發(fā)那科SERCOS歐洲Metrolink安川EtherCAT德國(guó)倍福60第六十頁(yè)，共80頁(yè)。1、PROFIBUS和PROFINETPROFIBUS是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(DIN19245)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN50170)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，1999年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61158-3）。以Siemens公司為主要支持，由PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型，服從IEC1158－2標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長(zhǎng)至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。4.4高速伺服總線及接口61第六十一頁(yè)，共80頁(yè)。

PROFINET

PROFINET由PROFIBUS國(guó)際組織（PROFIBUSInternational，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，其功能包括8個(gè)主要的模塊，依次為實(shí)時(shí)通信、分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和過(guò)程自動(dòng)化。并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。4.4高速伺服總線及接口62第六十二頁(yè)，共80頁(yè)。PROFINET的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.4高速伺服總線及接口63第六十三頁(yè)，共80頁(yè)。PROFINET的分時(shí)通信系統(tǒng)

相互獨(dú)立的時(shí)域控制，滿足實(shí)時(shí)通信和TCP/IP通信的不同要求。精確的控制周期和同步周期（抖動(dòng)<1μs）4.4高速伺服總線及接口64第六十四頁(yè)，共80頁(yè)。PROFINET接口芯片4.4高速伺服總線及接口65第六十五頁(yè)，共80頁(yè)。SERCOS(serialrealtimecommunicationspecification,串行實(shí)時(shí)通信協(xié)議)是一種用于數(shù)字伺服和傳動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線接口和數(shù)據(jù)交換協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與數(shù)字伺服系統(tǒng)、傳感器和可編程控制器I/O口之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。1995年，SERCOS接口協(xié)議被批準(zhǔn)為IEC1491SYSTEM-Interface國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在各種數(shù)控機(jī)械設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。2、SERCOS

SERCOSI光纖接口環(huán)型網(wǎng)絡(luò)2/4Mbit/s1999SERCOSII光纖接口環(huán)型網(wǎng)絡(luò)2/4/8/16Mbit/s2005SERCOSIII以太網(wǎng)接口環(huán)型/線型100Mbit/s

（光纖/雙絞線）4.4高速伺服總線及接口66第六十六頁(yè)，共80頁(yè)。CNC-SERCOSDrive的連接4.4高速伺服總線及接口67第六十七頁(yè)，共80頁(yè)。SERCOS的報(bào)文序列MasterSyncTelegramMasterDataTelegramAxis(Drive)Telegram4.4高速伺服總線及接口68第六十八頁(yè)，共80頁(yè)。SERCOS-III的