電氣控制與可編程控制器 第3版 課件 第7、8章 數(shù)控設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)及內(nèi)置PLC、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

第七章數(shù)控設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)及內(nèi)置PLC第一節(jié)數(shù)控車床的電氣控制系統(tǒng)分析第二節(jié)數(shù)控加工中心的電氣控制系統(tǒng)分析第三節(jié)數(shù)控設(shè)備內(nèi)置PLC概述第四節(jié)西門子CNC系統(tǒng)的內(nèi)置PLC第五節(jié)FUNUC數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置PLC

計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC）從低檔到高檔、從較封閉的專用微機系統(tǒng)到開放體系結(jié)構(gòu)的IPC數(shù)控系統(tǒng)，產(chǎn)品系列、種類繁多。硬件結(jié)構(gòu)上，能與主軸驅(qū)動器、各伺服軸驅(qū)動器相連接；軟件上，依靠內(nèi)裝的CNC程序，識別機械加工程序、控制各軸的協(xié)調(diào)運動及機床的輔助動作，完成多種復(fù)雜機械零件的高精度加工。各種數(shù)控機床的使用使得機械制造過程發(fā)生了根本性的變化。

普通數(shù)控機床（如數(shù)控車、銑床等），在控制線路上有明顯的共同特點：均具有類似的主軸驅(qū)動系統(tǒng)和各運動方向進給驅(qū)動系統(tǒng)，具有類似的工作方式和操作方式，均具有輔助功能、過載保護功能、超程保護功能及故障診斷功能，總之，具有幾乎類似的電路與類似的基本功能。但復(fù)雜數(shù)控設(shè)備如數(shù)控加工中心則要求數(shù)控系統(tǒng)具有更多的輔助功能：如加工中自動選刀、雙工作臺自動交換、多種加工自動循環(huán)、刀具長度及直徑的自動補償、刀具壽命管理等。以兩種典型數(shù)控機床控制電路為例，說明數(shù)控設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的工作原理，并進一步分析典型數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC（又稱為PMC）的編程方法

第一節(jié)數(shù)控車床的電氣控制系統(tǒng)分析802S數(shù)控系統(tǒng)控制的C0630型車床的電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)OP020為帶圖形顯示的NC操作面板，又稱為第一操作面板，可輸入數(shù)控加工程序并監(jiān)視加工過程；MCP為機床控制面板，稱為第二操作面板，主要用來選擇工作方式、主軸速度、進給速度及完成手動控制；ECU為數(shù)控系統(tǒng)主控制單元，需要24V直流電源供電；DI/O為數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC的輸入輸出模塊；x2為25芯D型插座，是步進電機驅(qū)動器的控制信號連接線；x3為模擬主軸控制輸出，是9芯D型插座，可連接主軸變頻器；x4為主軸編碼器輸人，是15芯D型插座，用來監(jiān)視主軸速度；x8為串行接口RS232，是9芯D型插座；x9為25芯D型插座，用于連接操作及機床面板；x10為手輪接口，為10芯接線端子；x20也為10芯接線端子，作為高速輸人接口，用于連接產(chǎn)生機床參考點到達脈沖的接近開關(guān)；x2003、x2004為PLC輸人接線端子，連接16輸人點，x2005、x2006為PLC輸出接線端子，連接16輸出點。在ECU數(shù)控主機的內(nèi)部，NCK表示數(shù)控基本軟件模塊，PLC表示內(nèi)置可編程控制器軟件模塊。

步進驅(qū)動器和步進電機間的11根連線用于提供步進電機的五相十拍脈沖信號；驅(qū)動器與ECU的6根連線中十PULS、一PULS為正、負(fù)脈沖信號，十DIR、一DIR為正、負(fù)方向信號，＋ENA、一ENA為正、負(fù)使能信號。驅(qū)動器交流電源為85Ⅴ，直流電源為24V

步進電機驅(qū)動電路數(shù)控車床電氣控制主電路主軸電機

冷卻泵電機數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC輸入、輸出接線I0.0第一把刀到位I1.0X軸正向限位I0.1第二把刀到位I1.1Z軸正向限位I0.2第三把刀到位I1.2X軸負(fù)向限位I0.3第四把刀到位I1.3Z軸負(fù)向限位I0.4第五把刀到位I1.4X軸參考點減速開關(guān)I0.5第六把刀到位I1.5Z軸參考點減速開關(guān)I0.6刀架鎖緊到位I1.6驅(qū)動準(zhǔn)備好輸入I0.7機床報警輸入I1.7急停按鈕輸入PLC的輸入點DIPMC的輸出點DQQ0.0主軸正轉(zhuǎn)接觸器Q1.0主軸速度Ⅰ、Ⅲ檔輸出Q0.1主軸反轉(zhuǎn)接觸器Q1.1主軸速度Ⅱ、Ⅳ檔輸出Q0.2主軸制動接觸器Q1.2主軸速度Ⅰ、Ⅱ檔輸出Q0.3冷卻控制接觸器Q1.3主軸速度Ⅲ、Ⅳ檔輸出Q0.4刀架正轉(zhuǎn)繼電器Q1.4主軸速度Ⅰ檔顯示燈Q0.5刀架反轉(zhuǎn)繼電器Q1.5主軸速度Ⅱ檔顯示燈Q0.6導(dǎo)軌潤滑繼電器Q1.6主軸速度Ⅲ檔顯示燈Q0.7機床報警輸出Q1.7主軸速度Ⅳ檔顯示燈*關(guān)于西門子數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置PLC編程方法，參考第四節(jié)。

計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC）產(chǎn)品種類繁多，其核心是微機控制系統(tǒng)，能與主軸驅(qū)動器、各伺服軸驅(qū)動器相連接，依靠內(nèi)部CNC程序，識別機械加工程序、控制各軸的協(xié)調(diào)運動及機床的輔助動作，完成機械零件的高精度加工。數(shù)控加工中心是功能最完備的數(shù)控機床，與普通數(shù)控機床（如數(shù)控車、銑床）相比，控制線路上有明顯的共同特點：具有類似的主軸驅(qū)動系統(tǒng)和各運動方向進給驅(qū)動系統(tǒng)，具有類似的工作方式和操作方式，均具有過載、超程保護及故障診斷功能，即具有幾乎同樣的基本功能；不同之處是數(shù)控加工中心比一般的數(shù)控機床具有更多的輔助功能：如加工中自動選刀、雙工作臺自動交換、多種加工自動循環(huán)、刀具長度及直徑的自動補償、刀具壽命管理等。加工中心早期使用的數(shù)控系統(tǒng)多為8位或16位專用微機控制器，功能相對較少，運算速度不高。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，大量先進的高性能計算機被直接用作加工中心數(shù)控系統(tǒng)的控制器，如32位或64位高性能工業(yè)控制機（IPC）已被廣泛使用。

第二節(jié)數(shù)控加工中心的電氣控制系統(tǒng)分析

以IPC為核心的CNC系統(tǒng)稱為開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，這類CNC系統(tǒng)產(chǎn)品在保留傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，增加了更多計算機系統(tǒng)的功能，如：

1)具有和計算機網(wǎng)絡(luò)進行通訊和聯(lián)網(wǎng)的能力：該功能將數(shù)控系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)直接相連。通過計算機網(wǎng)絡(luò)可以將經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)驗證的NC代碼存盤備用，在計算機網(wǎng)絡(luò)上由CAD/CAM軟件生成的NC代碼能夠隨時向數(shù)控系統(tǒng)傳送。在復(fù)雜曲面加工時，由計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成DNC加工模式，可消除數(shù)控系統(tǒng)程序內(nèi)存容量小的限制。

2)

實現(xiàn)遠程控制加工的能力：數(shù)控機床的遠程加工是指在遠離數(shù)控機床的計算機上由操作人員對已經(jīng)安裝正確的工件進行加工。該種加工模式要求數(shù)控機床有較高的網(wǎng)絡(luò)資料交換能力，在加工時數(shù)控機床將控制權(quán)限交與網(wǎng)絡(luò)，由遠程計算機控制數(shù)控機床，數(shù)控機床將加工過程的資料和圖像反饋給遠程計算機。

臥式加工中心外形

一、INCON-M40F數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

二、加工中心電氣控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)機床強電

1.主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理

三、加工中心主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)

計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC）是按照用戶編制的數(shù)控加工指令，使數(shù)控機床的主軸與各進給軸之間協(xié)調(diào)運行，進行零件加工的。加工過程中，CNC系統(tǒng)一般只向主軸驅(qū)動單元發(fā)出速度指令U*ω，驅(qū)動單元將該指令與旋轉(zhuǎn)編碼器測出的實際速度Uω相比較，經(jīng)數(shù)字化的速度調(diào)節(jié)器ASR和磁鏈函數(shù)發(fā)生器運算，得到轉(zhuǎn)子當(dāng)前的希望力矩U*T與希望磁鏈?zhǔn)噶縐*ψ2，再分別與實際力矩、磁鏈運算結(jié)果UT、Uψ2相比較，且經(jīng)過力矩、磁鏈調(diào)節(jié)器運算得到等效直流電動機（兩相旋轉(zhuǎn)軸系）的轉(zhuǎn)矩電流分量U*it1和勵磁電流分量U*im1，再經(jīng)過矢量變換運算得到變頻裝置的三相定子電流希望值i*a、I*b、i*c，通過控制SPWM驅(qū)動器及IGBT變頻主回路使負(fù)載三相電流跟隨希望值，就可以完成主軸的速度閉環(huán)控制。為實現(xiàn)其內(nèi)部復(fù)雜的運算和實時控制，驅(qū)動單元內(nèi)部使用了大規(guī)模專用集成電路、高速數(shù)字信號處理器DSP和集成功率驅(qū)動模塊IPM，使得驅(qū)動單元具有體積小、重量輕、運算速度高、切削精度高的特點。

2.三菱主軸驅(qū)動單元、主軸電機的硬件配置主軸驅(qū)動系統(tǒng)由主軸驅(qū)動單元、主軸電動機、主軸再生制動外接電阻三大部分組成。

四、加工中心進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)

與主軸傳動系統(tǒng)相比，數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)具有功率小，控制精度要求更高的特點。具體要求是：高精度、快響應(yīng)、寬調(diào)速范圍和低速大轉(zhuǎn)矩。對伺服電動機的要求是：

1）在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平滑運轉(zhuǎn)，低速下無爬行現(xiàn)象。

2）具有強的過載能力，滿足低速、大轉(zhuǎn)矩的要求。

3）電動機應(yīng)具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，以滿足快速響應(yīng)的要求。

4）電動機應(yīng)能承受頻繁的起動、制動和反轉(zhuǎn)沖擊。

一套數(shù)控機床有多套進給軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)，在加工過程中，各軸伺服驅(qū)動單元從CNC系統(tǒng)接受其該到達的位置控制信號，并分別將伺服電機的實際位置信號以數(shù)字信號的形式傳送給CNC，由數(shù)控系統(tǒng)的計算機完成各軸的閉環(huán)位置控制。使各進給軸的動作、主軸的動作正確配合，完成零件加工。機床的進給伺服系統(tǒng)曾經(jīng)經(jīng)歷了開環(huán)的步進電動機驅(qū)動、直流電動機伺服驅(qū)動兩個階段，目前廣泛使用交流伺服系統(tǒng)。

交流伺服系統(tǒng)工作原理CNC系統(tǒng)向伺服驅(qū)動單元發(fā)出速度指令U*ω，驅(qū)動單元將該指令與旋轉(zhuǎn)編碼器測出的實際速度Uω相比較，經(jīng)速度調(diào)節(jié)器ASR運算得到轉(zhuǎn)子當(dāng)前的希望力矩U*T，即為希望的定子電流幅值I*，將該幅值分別與三個正弦波位置信號相乘，得到變頻裝置的三相定子電流希望值i*a、I*b、i*c如下：

ia*=I*sinθ

ib*=I*sin(θ-1200)ic*=I*sin(θ+1200)

該希望值與三相電流反饋比較，分別經(jīng)各自的電流調(diào)節(jié)器ACR進行電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)，進而控制SPWM合成電路、驅(qū)動電路及IGBT變頻主回路使負(fù)載三相電流跟隨希望值，使驅(qū)動單元完成伺服軸的速度閉環(huán)控制。關(guān)于伺服軸的位置閉環(huán)控制及運算，則由CNC系統(tǒng)自身來完成。交流伺服系統(tǒng)連接電路

加工中心的伺服驅(qū)動采用了三菱MR-J2-A系列交流伺服驅(qū)動器，圖中的強電接線端子L1、L2、L3、PE分別為AC220V三相電源進線及屏蔽線，U、V、W為驅(qū)動器向主軸電機供電的變頻輸出動力線端子。交流伺服驅(qū)動器上有4個信號電纜插座CN1A、CN1B、CN2和CN3。

①CN2作為接伺服馬達編碼器的專用電纜。

②CN3作為RS232C串行通訊口也使用專用電纜。

③CN1A和CN1B的信號較為復(fù)雜，就速度控制方式來說：CN1A的LA與LAR、LB與LBR、LZ與LZR是伺服系統(tǒng)反饋給CNC的在當(dāng)前位置編碼器信號；LG、VC用來接受數(shù)控系統(tǒng)的模擬電壓指令（±10V），SON、SG用來傳遞伺服ON信號；EMG、LSP和LSN是外界發(fā)向伺服系統(tǒng)的開關(guān)量控制信號，分別為急停輸入、正轉(zhuǎn)行程極限和反轉(zhuǎn)行程極限輸入信號，以SG為信號公共點，正常運行需閉合，斷開意味著報警，因此使用中均短接；

④CN1B的ALM與SG之間為伺服警報輸出端.五.加工中心的邏輯控制電路

1．加工中心的PLC的I/O點分配加工中心的操作面板開關(guān)、傳感器、電磁閥、顯示燈、報警燈等各種電器元件，運行中要受數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC（又稱為PMC）的程序控制，因此，這些信號作為機床強電邏輯電路的輸入與輸出點，由型號為INCON-EQ的I/O中繼模板接入，每一塊INCON-EQ只具有32點輸入和16點輸出，因此必須對加工中心所需要的控制信號進行合理分配，既滿足運行要求，又節(jié)省擴展板。H400臥式加工中心上需要進入PLC邏輯控制的信號有：（1）PLC與第二操作面板間的連接信號：（2）PLC與手輪之間的連接信號：（3）PLC與手動操作面板間的連接信號：（4）PLC與機床主體之間的連接信號（5）PLC與各軸驅(qū)動單元之間的連接信號（6）其它信號2．加工中心的PLC邏輯電路第三節(jié)數(shù)控設(shè)備內(nèi)置PLC概述

對數(shù)控機床的電氣設(shè)計人員來說，CNC系統(tǒng)是已經(jīng)設(shè)計好的產(chǎn)品，CNC主機與各伺服軸驅(qū)動系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、第一操作面版、顯示器、手輪、網(wǎng)絡(luò)通訊接口等的硬件電路均為標(biāo)準(zhǔn)連接，NC系統(tǒng)軟件也已作為標(biāo)準(zhǔn)件完成配置，在應(yīng)用電路設(shè)計上十分規(guī)范。而針對受控機床具體動作的PMC邏輯控制，從I/O點規(guī)劃、NC-PMC內(nèi)部聯(lián)系分析、PMC軟件編制到數(shù)控機床的邏輯動作調(diào)試，才是CNC系統(tǒng)產(chǎn)品在現(xiàn)場應(yīng)用中的難點所在。建立在CNC生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)平臺之上，針對具體數(shù)控機床的控制功能和動作要求進行的PMC邏輯程序開發(fā)，又稱之為數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)。

PMC軟件開發(fā)的一般步驟：

1.熟悉數(shù)控機床控制電器的動作順序和控制邏輯。

2.按照CNC提供給PMC的資源情況，合理擴展和分配PMC的I/O點。3.編寫源程序。

4.通過編譯程序?qū)⒃闯绦蛭募幾g為機器碼文件。根據(jù)編譯過程出現(xiàn)的錯誤信息提示，糾正源文件中的語法錯誤。

5.通過PLC仿真器模擬運行機器碼文件，在模擬運行中糾正控制邏輯錯誤。

6.將調(diào)試通過的PMC軟件寫入CNC主機。不同廠家CNC系統(tǒng)的PMC程序?qū)懭敕椒ㄒ膊槐M相同。不同廠家的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC所采用的編程語言也各不相同，如日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)采用梯形圖語言，西門子數(shù)控系統(tǒng)采用STEP-7語言。近年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)直接以工業(yè)PC為開發(fā)平臺，相應(yīng)的PMC就采用了高級語言如C++語言界面。第四節(jié)西門子CNC系統(tǒng)的內(nèi)置PLC

一、802S數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)外部數(shù)據(jù)聯(lián)系

802S數(shù)控系統(tǒng)的NC、PMC及車床強電之間的信號聯(lián)系地址：

在進行802S數(shù)控系統(tǒng)的PMC編程時，可以使用的分類地址如下：

1．PLC和機床強電之間的地址分配（1)PLC的輸入點DI共使用16點，地址從I0.0至I1.7

（2)PMC的輸出點DO共使用16點，地址從Q0.0至Q1.72．NCK和PLC軟件模塊之間的內(nèi)部信號地址分配

從PLC發(fā)向NC的內(nèi)部信號地址用符號V、單元地址數(shù)和位數(shù)來表示,為可讀/可寫信號。

（1）從PLC發(fā)向NCK的內(nèi)部信號V

例如V26000000.1為PLC發(fā)向NC的要求急停信號；32000006.6為PLC發(fā)向NC的快速移動修調(diào)有效信號,V32000007.1為PLC發(fā)向NC的NC啟動信號V38032001.0為PLC發(fā)向NC的進給倍率對主軸有效信號；地址從V11000000.0~V11000000.5,這幾個信號通過PLC發(fā)向NC，由NC程序及電路去點亮MCP上相應(yīng)的發(fā)光二極管。這些信號已由西門子數(shù)控系統(tǒng)定義，程序僅僅按定義使用。

（2）由NCK發(fā)向PLC的內(nèi)部信號V

由NCK發(fā)出的可供PMC讀入使用的內(nèi)部信號地址也用符號V、單元地址數(shù)和位數(shù)來表示。但這些V變量僅作為只讀信號供PLC程序讀取，信號內(nèi)容和地址也由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一定義，編制PLC程序時不能改變之。例如V27000000.1為NC發(fā)出的、供PLC程序讀取的急停有效信號；V33000001.7為為NC發(fā)出的、供PLC程序讀取的程序測試有效信號,V33000004.2為NC發(fā)出的、供PLC程序讀取的所有軸回參考點信號;V25001001.1為NC發(fā)出的、供PLC程序讀取的M09輔助功能信號；V39032001.0為NC發(fā)出的、供PLC程序讀取的主軸速度超出極限信號。

二、802S內(nèi)置PLC的編程資源和相關(guān)機床參數(shù)

1.802S數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC的編程資源

表7-5802S數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC有效操作數(shù)范圍操作地址符說明范圍V數(shù)據(jù)V0.0到V99999999.7T計數(shù)器Y0到T15(單位:100ms)C計數(shù)器C0到C31I數(shù)字輸入I0.0到I7.7Q數(shù)字輸出Q0.0到Q7.7M標(biāo)志位M0.0到M127.7SM特殊標(biāo)志位SM0.0到SM0.6AACCU（邏輯）AC0到AC1(Udword)AACCU（算術(shù)）AC2到AC2(Dword)有效操作數(shù)范圍SM位說明SM0.0定義帶“1”信號SM0.1第一次PLC循環(huán)“1”，后面循環(huán)“0”SM0.2緩沖數(shù)據(jù)丟失：只適用第一次PLC循環(huán)（‘0’不丟失，‘1’數(shù)據(jù)丟失）SM0.3重新起動：第一次PLC信號‘1’，后面信號‘0’SM0.460秒周期的脈沖（占空比，30秒‘0’，30秒‘1’）SM0.51秒周期脈沖（占空比，0.5秒‘0’，0.5秒‘1’）SM0.6PLC信號周期（交替循環(huán)‘0’和循環(huán)‘1’）特殊標(biāo)志位說明

2.與內(nèi)置PLC相關(guān)的數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)MD14512對PLC信號的“屏蔽”參數(shù)機床參數(shù)MD14512USER_DATA_HEX索引Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0[0]輸入信號有效I0.7I0.6I0.5I0.4I0.3I0.2I0.1I0.0[1]輸入信號有效I1.7I1.6I1.5I1.4I1.3I1.2I1.1I1.0[4]輸入信號有效Q0.7Q0.6Q0.5Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.0[5]輸入信號有效Q1.7Q1.6Q1.5Q1.4Q1.3Q1.2Q1.1Q1.0[8]輸入信號有效K7K6K5K4K3K2K1K0

與PLC程序相關(guān)的機床參數(shù)MD14510機床參數(shù)MD14510USER_DATA_HEX[0]刀架刀位數(shù)（4或6）[1]刀架卡緊時間（單位：100ms）[2]主軸制動時間（單位：100ms[3]潤滑間隔（單位：1Min）[4]每次潤滑時間（單位：100ms）

三、802S數(shù)控系統(tǒng)車床PMC程序結(jié)構(gòu)

802S數(shù)控系統(tǒng)的車床PMC程序總體結(jié)構(gòu)，由主程序加上被主程序和子程序調(diào)用的各子程序連接而成。PMC主程序梯形圖潤滑子程序示例第五節(jié)FUNUC數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置PLC一.FANUC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC概述FUNUC數(shù)控系統(tǒng)的PMC編程時，可以使用的分類地址:

1．PMC和機床強電之間的地址分配

(1)PMC的輸入點X（機床強電輸入PMC）

(2)PMC的輸出點Y（PMC機床強電）

2．PMC和NC軟件模塊之間的內(nèi)部信號地址分配

(1)從PMC發(fā)向NC的內(nèi)部信號G（PMCNC）

(2)由NC發(fā)出的可供PMC讀入使用的內(nèi)部信號F（NCPMC）

在FANUC系統(tǒng)的PMC中，內(nèi)部繼電器用符號R、單元地址數(shù)和位數(shù)來表示；有斷電鎖存功能的固定存儲器用符號D、單元地址數(shù)和位數(shù)來表示，用電池作后備電源，可用作保持繼電器或保存定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)。依據(jù)PMC的類型不同，數(shù)控系統(tǒng)提供給用戶的R繼電器和D存儲器的單元數(shù)目也不同。

二、FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC的基本指令

基本指令和處理內(nèi)容序號指令處理內(nèi)容1RDRD RD讀出指令信號的狀態(tài)并把它設(shè)置入ST0。在一個梯級開始的節(jié)點是常開節(jié)點時使用。2RD.NOT讀出指令信號的“非”狀態(tài)，并置入ST0。在一個梯級開始的節(jié)點是常閉節(jié)點時使用。3WRT輸出邏輯操作結(jié)果（ST0狀態(tài)）到指令地址。4WRT.NOT輸出邏輯操作結(jié)果（ST0狀態(tài)）的“非”狀態(tài)并輸出到指令地址。5AND將ST0的狀態(tài)與指定信號的狀態(tài)相“與”，再將結(jié)果置入ST0。6AND.NOT將ST0的狀態(tài)與指定信號狀態(tài)的“非”狀態(tài)相“與”，再將結(jié)果置入ST0。7OR將ST0的狀態(tài)與指定信號的狀態(tài)相“或”，再將結(jié)果置入ST0。8OR.NOT將ST0的狀態(tài)與指定信號狀態(tài)的“非”狀態(tài)相“或”，再將結(jié)果置入ST0。9RD.STK堆棧寄存器左移一位，并把指定地址的狀態(tài)置于ST0。10RD.NOT.STK堆棧寄存器左移一位，并把指定地址狀態(tài)的“非”狀態(tài)置于ST0。。11AND.STK將ST0和ST1內(nèi)容執(zhí)行邏輯“與”，并將結(jié)果存于ST0，堆棧寄存器右移一位。12OR.STK將ST0和ST1內(nèi)容執(zhí)行邏輯“或”，并將結(jié)果存于ST0，堆棧寄存器右移一位?；局噶钆e例1基本指令舉例2基本指令舉例3基本指令舉例4三、FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC的功能指令功能指令格式

1．順序程序結(jié)束指令END

順序程序結(jié)束指令有END1、END2和END3從高到低三個級別，常用的結(jié)束指令是高級順序程序結(jié)束指令END1和低一級的順序程序結(jié)束指令END2。END1指令END2指令高級程序與低級程序的時間分割

2．定時器指令TMR、TMRBFANUC系列PMC中有兩條16位定時器功能指令，一種是根據(jù)數(shù)據(jù)地址通過手動數(shù)據(jù)輸入面板（MDI）在CRT界面預(yù)先設(shè)定的可變時間定時器TMR，另一種是設(shè)定時間在編程時已被編入梯形圖，不能用CRT/MDI改寫的固定時間定時器TMRB。TMRB指令TMR指令3.譯碼指令DEC譯碼指令DEC主要用于M或T功能的譯碼，指令示例如圖

關(guān)于譯碼結(jié)果輸出的規(guī)則為：當(dāng)F151中的M碼是M10時，結(jié)果輸出到內(nèi)部繼電器置R638.7為“1”狀態(tài)。本例中譯碼指令執(zhí)行條件ACT為三個信號的串聯(lián)。

4.計數(shù)器指令CRT

圖中0001為第1號計數(shù)器，計數(shù)預(yù)置值存儲于D450開始的兩個單元中，預(yù)置范圍0～9999，,從D450開始的五個存儲單元不能被其它指令使用。利用計數(shù)器指令CTR的控制條件可以選擇計數(shù)器的控制方式。圖中控制條件CN0被用來明確計數(shù)初值：如CNO=0，計數(shù)器從0開始計數(shù)；如CNO=1，則計數(shù)器從1開始計數(shù)。UPDOWN被用來明確計數(shù)向上或向下的方向：如UPDOWN=0，計數(shù)器從預(yù)置值開始向上計數(shù)；如UPDOWN=1，則向下計數(shù)。ACT為計數(shù)脈沖輸入信號，對上升沿計數(shù)，計數(shù)器計滿后從R561.3位輸出。RST為復(fù)位。

計數(shù)器指令示例

5.符合檢查指令COIN

本指令沒有序號，圖中第一個參數(shù)指示參考數(shù)值(目標(biāo)數(shù)值)的尋址方式，0001表示參考數(shù)值被存放在某個地址中，本例的參考數(shù)值被存放在D484單元；如果該參考數(shù)值不使用D484地址，而直接采用常數(shù)指定，則第一個參數(shù)0001應(yīng)改成0000指示。D452地址中的內(nèi)容為被比較數(shù)值。R561.3輸出檢查結(jié)果,當(dāng)比較數(shù)值等于參考數(shù)值時,R561.3的輸出變?yōu)椤?”。該指令有兩個控制條件：BTY用來指定被處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，BTY=0表示被比較的兩個數(shù)據(jù)為2位的BCD碼，BTY=1表示被比較的兩個數(shù)據(jù)為4位的BCD碼；ACT為譯碼指令執(zhí)行條件。符合檢查指令示例

6．二進制代碼轉(zhuǎn)換指令COD二進制代碼轉(zhuǎn)換指令COD用來將BCD碼轉(zhuǎn)換為2位或4位的BCD數(shù)。二進制代碼轉(zhuǎn)換指令示例

7．旋轉(zhuǎn)控制指令ROT

旋轉(zhuǎn)控制指令適合于有環(huán)型位置分度的刀庫、回轉(zhuǎn)工作臺等在旋轉(zhuǎn)定位時使用。其功能是：選擇正確的（經(jīng)由最短路徑）旋轉(zhuǎn)方向,計算當(dāng)前位置與目標(biāo)位置之間的步數(shù)或步距數(shù)，或者計算當(dāng)前位置與目標(biāo)的前一位置的步數(shù)或步距數(shù)。旋轉(zhuǎn)控制指令編程示例

旋轉(zhuǎn)指令的控制條件說明：

RN0指示旋轉(zhuǎn)位置編號從0還是從1開始，RN0=0，說明轉(zhuǎn)動位置編號以0開始（24個位置分別為0～23）；RN0=1，說明轉(zhuǎn)動位置編號以1開始（24個位置分別為1～24）。

BYT用來確定所處理數(shù)據(jù)（位置數(shù)據(jù)）的位數(shù)，BYT=0表示位置數(shù)據(jù)為2位BCD碼；BYT=1表示位置數(shù)據(jù)為4位BCD碼

DIR決定是否選擇最短路徑。如DIR=0，不選擇方向，旋轉(zhuǎn)方向只為正向；DIR=1時，按達到目標(biāo)位置的最短路徑選擇旋轉(zhuǎn)方向。

POS信號被用來確定計算條件。如POS=0，指令計算到達目標(biāo)位置的步數(shù)或步距數(shù)；如POS=1，則計算到達位置的前一位置的步數(shù)或步距數(shù)。

INC信號決定計算步數(shù)或步距數(shù)。INC=0時計算步數(shù)（要旋轉(zhuǎn)的位置數(shù)）；INC=1時計算步距數(shù)（要旋轉(zhuǎn)的位置空隙數(shù)）。

ACT=1是執(zhí)行該指令并輸出結(jié)果的條件。

8．加法指令A(yù)DD加法指令A(yù)DD（累加器）的功能是完成2位或4位BCD數(shù)據(jù)的加法運算。加法指令編程示例

該指令有三個控制條件：BTY用來指定被處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，BTY=0表示相加的兩個數(shù)據(jù)為2位的BCD碼，BTY=1表示相加的兩個數(shù)據(jù)為4位的BCD碼。RST為錯誤輸出復(fù)位控制信號，當(dāng)RST=0時復(fù)位失效，當(dāng)RST=1時加法錯誤輸出信號R555.3被復(fù)位為0。ACT為加法指令的執(zhí)行條件。9.邏輯“與”后傳送指令MOVE

邏輯“與”后傳送指令MOVE是一條帶屏蔽的傳送指令，用來傳送一個8位數(shù)據(jù)到另一個地址單元，在傳輸過程中，可以通過與已知數(shù)據(jù)的“與”運算把不需要的位變?yōu)榱?。帶屏蔽的傳送指令示?/p>

該指令中第一個參數(shù)1111是已知數(shù)的高四位，第二個參數(shù)1100是已知數(shù)的低四位，F(xiàn)153是被傳送數(shù)據(jù)，D472是傳送目的地址。該指令的完整功能是將F153單元中的數(shù)據(jù)，與已知數(shù)11111100進行邏輯“與”后傳送至D472單元。ACT為指令執(zhí)行條件。DISP指令的第一個參數(shù)是要顯示信息的步數(shù)之和（m×n），第二個參數(shù)是每條信息的步數(shù)（m），第三個參數(shù)是信息控制地址。本例指令在R514.2=1時執(zhí)行,顯示信息共有30步,單個信息步數(shù)為m=10,信息條數(shù)應(yīng)為n=30÷10=3條，DISP指令編程時，要求0≤n≤16。R610單元作為信息控制的起始地址，則從該單元以后的4個單元只能被用于該指令，不能再被編程使用。ACT為執(zhí)行信號,R528.0啟動顯示過程,在顯示過程結(jié)束時,指令自動置R528.0為“0”電平。信息顯示指令示例

10.信息顯示指令DISP

信息顯示指令DISP的功能是在CRT屏幕上顯示PMC程序所要求的信息，如報警信息。

11．公用線控制指令COM、控制結(jié)束指令COME

數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC是數(shù)控機床電氣設(shè)計和維修人員必備的技術(shù)文件，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC開發(fā)遵循的是FANUC獨有的一套編程規(guī)范，一臺數(shù)控設(shè)備的PMC程序要使用幾百上千條語句，因此，從定義I/O點、軟件編程到維修閱讀都需要遵循一些規(guī)范化的約定即一般規(guī)則。

１.關(guān)于I/O點信號名稱的一般規(guī)則在為FANUC系列PMC設(shè)計硬件電路和軟件程序時，輸入/輸出信號及內(nèi)部繼電器等的符號名稱定義應(yīng)以簡短、易懂、確切為原則，符號名稱長度不超過8個字符，且符合一定的規(guī)律。所有I/O點及中間變量的符號名稱及注釋，要給出詳細(xì)正確的表格及技術(shù)文件。

２．關(guān)于梯形圖中使用符號的規(guī)則在FUNUC系列PMC的梯形圖程序中，不同種類的I/O觸點、中間變量及繼電器線圈有不同的編程符號約定，在編程及閱讀程序時需要加以區(qū)分。

四.FANUC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC梯形圖編制的一般規(guī)則FANUC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC梯形圖中的部分符號FANUC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC編程實例第八章PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計第一節(jié)PLC的設(shè)計步驟及內(nèi)容第二節(jié)PLC的編程要求和編程方法第三節(jié)FX2控制的五層電梯自動控制系統(tǒng)第四節(jié)PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)及組態(tài)軟件

應(yīng)用第五節(jié)觸摸屏人機界面在半自動內(nèi)圓磨床

PLC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.最大限度地滿足工藝流程和控制要求。

2.監(jiān)控參數(shù)、精度要求以滿足實際需要為準(zhǔn)，不宜過多、過高，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便，并降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和開發(fā)成本。

3.保證控制系統(tǒng)的運行安全、穩(wěn)定、可靠。

4.考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有余量。

第一節(jié)PLC的設(shè)計步驟及內(nèi)容

一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

所有電氣控制系統(tǒng)都是在遵循以上設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求。不論所設(shè)計系統(tǒng)的大小，一般都要按照圖中的基本步驟來進行。

二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

1.首先，根據(jù)系統(tǒng)需完成的控制任務(wù)，對被控對象的工藝過程、工作特點、控制系統(tǒng)的控制過程、控制規(guī)律、功能和特性進行詳細(xì)分析，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖。然后，明確其控制要求和設(shè)計要求，明確劃分控制的各個階段及各階段的特點，階段之間的轉(zhuǎn)換條件，最后歸納出各執(zhí)行元件的動作順序表。

2.根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等），確定PLC的I/O點數(shù)。

3.選型。PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，選型一方面是選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇什么公司的PLC和外設(shè)。

4、進行合理的PLC變量規(guī)劃（I/O點以及所用到的內(nèi)部元件定義），繪制電氣原理圖。這一步是非常重要的一步。

開關(guān)量，變量規(guī)劃實際上是把PLC的I/O分配給實際的元器件，給實際的元器件賦予一定的PLC地址，模擬量，輸入輸出的路數(shù)與實際電路也是一一對應(yīng)的。在PLC控制系統(tǒng)中，電氣原理圖中應(yīng)增加PLC的I/O連接圖。此外，還有一部分“軟件程序”，即梯形圖。

5.PLC控制程序設(shè)計。

6.控制柜設(shè)計和現(xiàn)場施工。采用PLC控制系統(tǒng)，可以使軟件設(shè)計與硬件配備工作平行進行，縮短工程周期。

7.試運行、驗收、交付使用，并編制技術(shù)文件。

三、選用PLC控制系統(tǒng)的依據(jù)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)微機控制系統(tǒng)選取哪一種更合適？

提供以下幾點依據(jù)：1.輸入、輸出量以開關(guān)量為主，也可有少量模擬量。2.I/O點數(shù)較多。70年代，I/O點數(shù)應(yīng)在70點以上80年代，降為40點左右現(xiàn)在，10點以上3.控制對象工藝流程比較復(fù)雜，邏輯設(shè)計部分用繼電器控制難度較大。

4.有較大的工藝變化或控制系統(tǒng)擴充的可能性。

5.現(xiàn)場處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高的工作可靠性。

6.系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，能在現(xiàn)場進行。

7.現(xiàn)場人員有條件掌握PLC技術(shù)。PLC的選型基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修、備件的通用性。

1.可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點數(shù)估算根據(jù)被控對象的輸入信號與輸出信號的總點數(shù)，選擇相應(yīng)規(guī)模的可編程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。

2.內(nèi)存估計用戶程序所需內(nèi)存容量要受到下面幾個因素的影響：開關(guān)量輸入輸出點數(shù)、模擬量輸入輸出點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。（1）開關(guān)量輸入輸出的點數(shù)開關(guān)量輸入——所需存儲器字?jǐn)?shù)＝輸入點數(shù)×10

開關(guān)量輸出——所需存儲器字?jǐn)?shù)＝輸出點數(shù)×8

三、PLC的選型

（2）模擬量輸入輸出總點數(shù)具有模擬量控制的系統(tǒng)就要用到數(shù)字傳送和運算的功能指令，這些功能指令內(nèi)存利用率較低，因此所占內(nèi)存數(shù)要增加。模擬量——所需存儲器字?jǐn)?shù)＝模擬量通道數(shù)×100

這些經(jīng)驗公式的算法是在10點模擬量左右，當(dāng)點數(shù)小于10時，內(nèi)存字?jǐn)?shù)要適當(dāng)加大，點數(shù)多時，可適當(dāng)減小。（3）程序結(jié)構(gòu)推薦下面的經(jīng)驗計算公式：總存儲器字?jǐn)?shù)＝（開關(guān)量輸人點數(shù)+開關(guān)量輸出點數(shù)）

×l0+模擬量點數(shù)×150。然后按計算存儲器字?jǐn)?shù)的25%考慮裕量。

3.響應(yīng)時間

系統(tǒng)響應(yīng)時間＝輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期。

·

選擇CPU處理速度快的PLC·

優(yōu)化應(yīng)用軟件，縮短掃描周期·

采用高速響應(yīng)模塊，其響應(yīng)時間不受PLC掃描周期的影響，而只取決于硬件的延時

4.性價比要高在功能方面，所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對于某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否能完成控制任務(wù)。在價格方面，不同廠家的PLC產(chǎn)品價格差異不大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC價格相差40%以上。因此，在選擇機型時，這些因素需要綜合考慮。還存在個人喜好問題，另外，可能政治因素也會成為選擇的原因。

5.結(jié)構(gòu)型式的選擇

整體式：把PLC的I/O和CPU放在一塊大印刷電路板上，節(jié)省插接環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價格便宜，小型PLC控制系統(tǒng)多采用的結(jié)構(gòu)。

模塊式：模塊式PLC的功能擴展，I/O點數(shù)的增減，輸入與輸出點數(shù)的比例，都比整體式方便靈活。維修方便。因此，對于較復(fù)雜的要求較高的系統(tǒng)，一般選用模塊式結(jié)構(gòu)。

PLC的主機選擇以后，根據(jù)需要，相應(yīng)配套模塊也就選定。如通訊模塊、模擬量單元、顯示輸出單元等。四、系統(tǒng)調(diào)試

模擬調(diào)試聯(lián)機調(diào)試將程序下載到PLC主機，斷開主電路，只對控制電路進行調(diào)試硬件模擬調(diào)試斷開主電路，試手動軟件模擬調(diào)試電腦上模擬調(diào)試

一、編程要求

1.所編的程序要合乎所使用的PLC的有關(guān)規(guī)定

2.要使所編的程序盡可能簡潔

3.程序的可讀性要好

4.要使所編的程序合乎PLC的性能指標(biāo)及工作要求

5.所編程序的可靠性好、能夠循環(huán)運行第二節(jié)PLC的編程要求和編程方法

二.編程方法經(jīng)驗法運用已掌握的成功設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合實際情況進行修改，直至滿足新的設(shè)計任務(wù)要求。解析法利用組合邏輯或時序邏輯，畫成梯形圖或直接寫出程序。圖解法靠畫圖進行設(shè)計。常用的方法有梯形圖法、波形圖法及流程法。1.電梯的基本結(jié)構(gòu)主要由轎廂、對重、曳引機、控制柜/箱、導(dǎo)軌等主要部件組成2.電梯的電力拖動部分第三節(jié)FX2控制的五層電梯自動控制系統(tǒng)

電梯主拖動類型有可控硅供電（SCR—M）的直流拖動、交流雙速電機拖動，交流調(diào)壓調(diào)速（ACVV）拖動、交流變頻調(diào)速（VVVF）等，以交流變頻調(diào)速（VVVF）最有前途。3.電梯的電氣控制部分

電梯的電氣控制有繼電器控制和計算機控制兩種方式。繼電器控制故障率高，基本上已淘汰。計算機控制分為PLC控制與微機控制兩種方式。PLC以其體積小、功能強、故障率低等諸多優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。.PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)二、五層電梯的邏輯設(shè)計

1.主體設(shè)計：五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖。本例中著重電梯的升降邏輯，不調(diào)節(jié)主電機升降速度。表8-3輸入、輸出點分配表輸入點對應(yīng)信號輸出點對應(yīng)信號X1外呼按鈕1↑Y0KM1電機正轉(zhuǎn)X2外呼按鈕2↑Y1——X3外呼按鈕2↓Y2KM2電機反轉(zhuǎn)X4外呼按鈕3↑Y3KV線圈及故障X5外呼按鈕3↓Y4上行指示X6外呼按鈕4↑Y5上行指示X7外呼按鈕4↓Y6開門指示X10外呼按鈕5↓Y7開門指示X11內(nèi)呼按鈕去1樓Y101↑外呼指示X12內(nèi)呼按鈕去2樓Y112↑外呼指示X13內(nèi)呼按鈕去3樓Y122↓外呼指示X14內(nèi)呼按鈕去4樓Y133↑外呼指示X15內(nèi)呼按鈕去5樓Y143↓外呼指示X161樓平層信號Y154↑外呼指示X172樓平層信號Y164↓外呼指示X203樓平層信號Y175↓外呼指示X214樓平層信號Y20內(nèi)呼按鈕去1樓指示X225樓平層信號Y21內(nèi)呼按鈕去2樓指示X23上下限位Y22內(nèi)呼按鈕去3樓指示X24轎廂內(nèi)開門按鈕Y23內(nèi)呼按鈕去4樓指示X25轎廂內(nèi)關(guān)門按鈕Y24內(nèi)呼按鈕去5樓指示X26熱繼電器Y25LED層顯示a段X27Y26LED層顯示b段Y27LED層顯示c段Y30LED層顯示d段Y31LED層顯示e段Y32LED層顯示f段Y33LED層顯示g段2輸入、輸出點分配表

編程時可用手持式編程器或計算機軟件編程，通過編程口傳輸至PLC程序存儲區(qū)，可進行獨立控制和遠程控制。

4五層電梯的邏輯程序

3梯形圖編程

參見教材第四節(jié)PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)及組態(tài)軟件的應(yīng)用

一.PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)

1.樓層及供水系統(tǒng)模型

恒壓變頻供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。供水系統(tǒng)分兩路，一路為變頻器調(diào)速系統(tǒng)提供的生活用水，一路為消防用水。樓底層放置水源水箱（實際生活中水源水箱可放在地下室中），頂部放置消