【淺析PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用5000字（論文）】

淺析PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用目錄TOC\o"1-3"\h\u24722摘要： 摘要：電子和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為中國機(jī)床的現(xiàn)代化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在機(jī)械制造迅速發(fā)展的今天，自動化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用已變得非常廣泛。PLC在數(shù)控系統(tǒng)中通常作為輔助控制裝置使用，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的PLC功能已成為其不可缺少的功能，而且PLC系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用也更加廣泛，如PLC模塊的使用、變頻驅(qū)動技術(shù)等。控制和監(jiān)測設(shè)備電動數(shù)字控制的組成，實(shí)現(xiàn)了編程輸入、人機(jī)互動、自動化加工控制，擴(kuò)大了加工能力，減少了誤差，提高了效率，已成為企業(yè)技術(shù)改造的有效途徑。因此，本文關(guān)注PLC系統(tǒng)的發(fā)展，主要分析PLC系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：PLC；數(shù)控機(jī)床；應(yīng)用引言現(xiàn)代工業(yè)的支柱是制造業(yè)，其中數(shù)控技術(shù)是目前制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、集成化和柔性化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)，是提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的技術(shù)手段。PLC控制是在傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。近年來，微機(jī)芯片和相關(guān)部件的價格大幅下降，PLC的功能也有了明顯的提高，因此PLC的應(yīng)用也在迅速增加。目前，PLC在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)控行業(yè)也不例外，目前數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)是開放式數(shù)控系統(tǒng)方向。以PC機(jī)為硬件平臺，用軟件來實(shí)現(xiàn)PLC功能的軟件PLC技術(shù)已經(jīng)成為開放式數(shù)控系統(tǒng)PLC發(fā)展的趨勢。PLC的功能及工作原理數(shù)控系統(tǒng)的PLC技術(shù)數(shù)控技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展中最重要也是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，在數(shù)控自動化行業(yè)中通常是以PLC為控制單元，PLC控制在工業(yè)自動化的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。自從數(shù)控系統(tǒng)引入控制后，數(shù)控技術(shù)主要用于控制機(jī)床的電氣設(shè)備和伺服電機(jī)。在現(xiàn)階段的控制系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床自動化的首選，數(shù)控機(jī)床的主要作用是與PLC控制配合，為機(jī)床提供數(shù)字控制和開關(guān)控制。PLC是一種可編程的邏輯控制裝置，由于其數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，計數(shù)快，邏輯和順序控制準(zhǔn)確，還具有定位通信等功能。在當(dāng)今的數(shù)控自動化領(lǐng)域，PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制的支柱之一。PLC的工作原理PLC位于數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床之間，完成對機(jī)床結(jié)構(gòu)單元的機(jī)械執(zhí)行的邏輯順序控制。信息共同完成機(jī)床的邏輯控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工的正常運(yùn)行。數(shù)控PLC系統(tǒng)以掃描方式工作，在PLC系統(tǒng)中，工作過程分為三個階段。采樣輸入階段，程序執(zhí)行階段，輸出控制階段。采樣輸入階段：采集現(xiàn)場的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸入模塊并傳輸?shù)捷斎雸D像。程序執(zhí)行階段：按照PLC梯形圖執(zhí)行先上、后下、先左、后右的準(zhǔn)則執(zhí)行用戶程序。處理后的數(shù)據(jù)被儲存在輸入圖像中，供下一次系統(tǒng)調(diào)用或直接作為機(jī)器的控制輸出。輸出控制階段：在掃描完用戶程序后，對輸出服務(wù)進(jìn)行掃描，數(shù)據(jù)寄存器從輸出圖像中提取狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳遞給輸出模板進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換成功的模板發(fā)送到控制站點(diǎn)的相應(yīng)執(zhí)行文件。掃描過程如圖2.2所示。圖2.2PLC的工作掃描過程數(shù)控機(jī)床上PLC的類型目前，PLC已成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的基本控制系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)控機(jī)床控制單元的存在形式，PLC可分為兩大類。獨(dú)立式PLC和嵌入式PLC。獨(dú)立型：就是我們通常所說的通用型PLC，獨(dú)立型PLC完全獨(dú)立于數(shù)控設(shè)備，不占用數(shù)控系統(tǒng)的資源，具有完整的硬件資源，也有完整的程序編輯軟件，在數(shù)控系統(tǒng)的加工控制中可以獨(dú)立控制設(shè)備的控制任務(wù)。獨(dú)立型的特點(diǎn)如下。(1）具有完整的硬件結(jié)構(gòu)體系和外圍硬件驅(qū)動電路，控制單元本身具有數(shù)據(jù)存儲器RAM，控制單元本身具有CPU存儲器控制功能代碼，在系統(tǒng)控制任務(wù)中可以對機(jī)床設(shè)備進(jìn)行邏輯控制。(2）獨(dú)立的PLC有自己的IO接口系統(tǒng)模塊，但由于PLC的IO口數(shù)量有限，在使用時需要擴(kuò)展。獨(dú)立PLC的IO接口對象是自動化控制系統(tǒng)，在大量的并行控制系統(tǒng)中，獨(dú)立PLC在控制系統(tǒng)中顯得尤為不足。嵌入式：意味著PLC被集成到CNC系統(tǒng)中。在邏輯控制功能方面，嵌入式PLC等同于傳統(tǒng)的PLC控制單元。然而，它從屬于數(shù)控系統(tǒng)，集成到數(shù)控系統(tǒng)中，因此是數(shù)控系統(tǒng)集成的一個組成部分。嵌入式PLC使用主機(jī)CNC系統(tǒng)中的系統(tǒng)硬件資源，數(shù)據(jù)信號處理和PLC與CNC之間的互動是通過內(nèi)部功能和共享內(nèi)存進(jìn)行的。PLC和機(jī)床之間的信號是由IO接口電路通過PC的PCI總線實(shí)現(xiàn)的。嵌入型的特點(diǎn)如下。（1）寄宿到數(shù)控系統(tǒng)或計算機(jī)系統(tǒng)里面，占用其內(nèi)部資源。（2）用戶可以根據(jù)需要定制開發(fā)指令代碼，以滿足國際標(biāo)準(zhǔn)。（3）不需要單獨(dú)的IO驅(qū)動電路，采用PC機(jī)的PCI總線作為通信方式，通過CNC的IO的卡接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和輸出功能。PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用編譯功能的實(shí)現(xiàn)編輯功能是用來編輯梯形圖組件的。由于梯形圖是逐個單元繪制的，不同組件所占的單元大小可能有些不同，但一般可以分為兩個主要類別。1.基本元件單元梯形圖中的基本組件占據(jù)相同的空間大小，是一個固定值，在實(shí)施過程中存在一定的關(guān)聯(lián)性。如圖3-1所示的梯形圖，基本組件包括常開、常閉、輸出觸點(diǎn)、輸出反轉(zhuǎn)、復(fù)位和重置。繪制水平線和繪制垂直線也可以歸入這一類別。圖3.1梯形圖基本元件2.功能元件當(dāng)數(shù)控機(jī)床按順序控制時，可能很難通過基本單元實(shí)現(xiàn)解碼、計時、計數(shù)和四個數(shù)據(jù)操作等功能。因此，具有特殊控制功能的子程序，即功能塊，已經(jīng)被開發(fā)出來以簡化編程。功能塊的引入將大大降低編程的難度。常用的數(shù)控機(jī)床PLC功能塊包括。時間延遲、計數(shù)器、數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嫵朔ā?shù)值大小判別、一致性檢測等。圖3.2梯形圖的功能元件標(biāo)準(zhǔn)梯形圖中的邏輯關(guān)系對應(yīng)于一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果要確定PLC梯形圖的相應(yīng)命令語言，必須找到與梯形圖相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行遍歷。在這項(xiàng)研究中，梯形圖邏輯是用堆棧來處理的。堆棧是一種特殊類型的表，這種表中的數(shù)據(jù)操作只能在表頭和表尾進(jìn)行。表3-3包含了編譯過程中需要的最重要的變量和相應(yīng)的解釋。表3-3編譯過程需要的變量變量注釋LineKind用來確定系列的4種情況Nodc[TOTALROW]梯形圖到指令表轉(zhuǎn)換的節(jié)點(diǎn)信息的記錄Culn命令表的當(dāng)前行CuLad梯形圖當(dāng)前行CuLadScc梯形圖的當(dāng)前梯級的第一行ORBANBstart[TOTALROW][124]記錄在平行系列插入的起始位置ORBANBend[TOTALROW][124]在并聯(lián)串聯(lián)的插入位置結(jié)束ORBANB[TOTALROW][124]記錄串聯(lián)和并聯(lián)：O=null;l=并聯(lián)；2=串聯(lián)OAstart[TOTALROwW]記錄在插入并聯(lián)串聯(lián)總的初始位置OAcnd[TOTALROW]記錄在插入并聯(lián)串聯(lián)總的結(jié)束位置InsertStack[TOTALROW]記錄插入串并聯(lián)的當(dāng)前堆棧位置圖3-4顯示了編譯過程的流程圖。在解碼過程中可以檢查梯形圖是否有錯誤，如果有的話，會報告錯誤，建議修改。圖3.4算法的流程圖3-5算法邏輯的流程圖圖3-5顯示了算法的邏輯執(zhí)行流程圖。由于像堆棧這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只能在表頭插入和刪除，所以應(yīng)該判斷梯形圖步驟，插入串行并行指令，直到堆棧前的停頓。以下程序是插入串行并行處理的關(guān)鍵代碼。if(CuLad>0){//插入串并聯(lián)開始vc=O；//插入串并聯(lián)的序號while(wc<TOTALRow){while(InsertStack[vc]>0){vb=ORBANBend[vc][InsertStack[vc];if(ORBANB[vc][InsertStack[vc]]=1){if(TotalLine>1000){ErrorOnIns(CuLad,1);returnl;}//報錯unsignedshortdh=CuIn;while(dh>Node[vb]){Instruct[dh+1]=Instruct[dh];dh=dh-l;}CuIn=Culn+1;Instruct[Node[vb]+1].Order=8;Instruct[Node[vb]+1].Name=O;Instruct[Node[vb]+1].Code=O;Instruct[Node[vb]+1].I_Bit=0for(shortuu=vb;uu<TOTALROW;uu++)Node[uu]=Node[uu]+1;}｝//處理并聯(lián)部分的程序elseif(ORBANB[vc][InsertStack[vc]]==2)｛if(TotalLine>1000){ErrorOnIns(CuLad,1);returnl;}//報錯unsignedshortdh-CuIn;while(dh>Node[vb]){Instruct[dh+1]=Instruct[dh];dh=dh-l;｝CuIn=CuIn+1;Instruct[Node[vb]+1].Order=7;Instruct[Node[vb]+1].Name=O;Instruct[Node[vb]+1].Code=O,Instruct[Node[vb]+1].l_Bit=0;for(shortuu=vb;uu<TOTALROW;uu++){Node[uu]=Node[uu]+1;}｝//處理串聯(lián)部分的程序ORBANBstart[vc][InsertStack[vc]]--8;ORBANBend[vc][InsertStack[vc]]=-8;InsertStack[vc]=InsertStack[vc]-1;｝vc=vc+1;}}//插入串并聯(lián)結(jié)束對串并聯(lián)邏輯的插入或不插入的評估，以及將邏輯情況逐一推入梯形表的數(shù)據(jù)表的編制，最終導(dǎo)致了梯形層邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換過程。在這個過程中，每個組件都會被評估，梯形圖在轉(zhuǎn)換為指令語言時可以檢查出錯誤。梯形圖使編程用戶能夠直觀地了解他們的編程意圖，開發(fā)系統(tǒng)的編輯模塊為用戶提供了一個編輯邏輯程序的界面。編輯模塊的實(shí)現(xiàn)是根據(jù)上述IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)的，本系統(tǒng)開發(fā)的梯形圖程序編輯模塊具有以下三個主要功能。（1）繪制邏輯梯形圖的功能元素，繪制元素的過程就是編輯邏輯梯形圖的過程。（2）修改和完善梯形程序（包括插入、刪除和修改）。（3）保存和加載邏輯圖元素的功能。目前，數(shù)控市場上主流的PLC語言規(guī)則和編輯邏輯要求都是定制的（如日本Fanuc軟體PLC系統(tǒng)），定制編輯規(guī)則和邏輯要求，主要是為了方便客戶和后期維護(hù)和修改。這里開發(fā)的軟PLC的編程規(guī)則與主流PLC的準(zhǔn)則相似。編程縮略語的符號是根據(jù)邏輯程序編輯的要求制定的（見圖3-3）。圖3.3編程快捷圖標(biāo)工具欄快捷圖標(biāo)主要是為了滿足梯形圖編程的需要而設(shè)計的，包括繪圖、畫線、刪除圖中組件、刪除一條線等工具的快捷方式。如果你在編輯梯形圖程序時需要繪制相關(guān)元素，你可以簡單地點(diǎn)擊相關(guān)的快捷圖標(biāo)或使用鍵盤上的快捷鍵來執(zhí)行所需的操作，使用快捷符號來添加邏輯元素是簡單而直觀的，使編輯工作更有效率。下位機(jī)界面和基本功能的實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)相對于PC來說被稱為下位機(jī)，但實(shí)際上數(shù)控系統(tǒng)本身也有一個上位機(jī)和一個下位機(jī)。TDNC-SX數(shù)控系統(tǒng)的PLC在這里被稱為PMC，以區(qū)別于工業(yè)PLC。下層計算機(jī)接口（PMC）包括以下功能。梯形圖顯示，加工，PMC參數(shù)，光纖，命令解碼。如圖3-4所示。圖3.4PMC功能的菜單設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)上的PMC顯示與上位機(jī)上的PLC導(dǎo)軌顯示應(yīng)相匹配，因此數(shù)控系統(tǒng)PMC導(dǎo)軌的單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)與上位機(jī)的結(jié)構(gòu)相匹配。打開和保存文件的方式也應(yīng)該是一致的。在系統(tǒng)中初始化梯形圖時，應(yīng)指定結(jié)構(gòu)，以便直接打開梯形圖。為了避免每次調(diào)用梯形圖接口時重復(fù)賦值，在openintPLCFileOpen(void)函數(shù)中加入以下語句。staticFILE*stream;if(stream==NULL)｛/**/｝在這種情況下，梯形圖顯示和上位機(jī)顯示略有不同，主要是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的人機(jī)界面環(huán)境不如VC++下的友好，尤其是翻頁處理方面。一方面，翻頁部分是實(shí)現(xiàn)淹沒式翻頁的基本組成部分，另一方面，翻頁的功能塊因其數(shù)據(jù)類型也是按單元劃分的，所以在翻頁實(shí)現(xiàn)中也可以對單元進(jìn)行處理。voidDrawPart(U16hor,U16ver)W//兩個參數(shù)是梯形圖單元的水平和垂直坐標(biāo)。在實(shí)踐中，單面屏幕不能顯示所有的梯形圖，而只能顯示其中的一部分。這樣，在顯示時，必須只顯示屏幕上可顯示的梯形圖線數(shù)。TDNC-SX數(shù)控機(jī)床的屏幕分辨率為600*800，除梯形圖外，屏幕還顯示標(biāo)題欄、狀態(tài)欄和操作欄。根據(jù)分析，每張?zhí)菪螆D的行距為63，列距為45，每頁梯形圖的行數(shù)為7和12，梯形圖頁面顯示的流程圖如圖3-5所示，特別是在梯形圖顯示過程中，對于翻頁功能的處理。圖3.5梯形圖頁面顯示功能流程圖理論上，功能塊應(yīng)該作為一個整體來顯示，但由于功能塊需要很大的空間，如果它們在第一行和最后一行，可能無法完全顯示。為了解決這個問題，功能塊在顯示時被當(dāng)作單元格處理。監(jiān)視和狀態(tài)顯示功能的實(shí)現(xiàn)在掃描過程中，PMC的內(nèi)部寄存器不斷被更新。PMC有特殊的內(nèi)部寄存器，其值代表機(jī)器的狀態(tài)信息。只要數(shù)控機(jī)床的上位機(jī)接收到PMC內(nèi)部寄存器的值，就可以轉(zhuǎn)換為I/O狀態(tài)的值并顯示在屏幕上。信號的讀取是由以下函數(shù)完成的。charGetPMCIOMessage(char*BitMessage，intStartPage，intRowOfPage)//逐行讀取PMC的I/O位描述信息，成功時返回值1，錯誤時返回0。顯示和刷新是由以下功能完成的。voidSysDrawPMCPage(charneedupdate)////同時刷新I/O輸入和輸出點(diǎn)信號的顯示，由于I/O點(diǎn)比較多，一個屏幕頁面無法完全顯示。因此，將有一個相應(yīng)的滾動和搜索功能。voidPMCIOViewSel(PCKEYpckey)//游標(biāo)移動和翻頁功能charSearchPLCIOBit(constchar*inbuffer)//尋找I/O，成功時返回值為1，失敗時為0。按照上述方法，可以實(shí)現(xiàn)顯示I/O點(diǎn)的開/關(guān)狀態(tài)。此外，PMC的I/O可以被強(qiáng)制設(shè)置，以方便PMC的監(jiān)控和故障排除。charChangePLCIOBit(BOOLEANOnOff)梯形圖狀態(tài)顯示和I/O狀態(tài)顯示以某種方式連接，因?yàn)樘菪螆D組件和系統(tǒng)的I/O點(diǎn)是相互對應(yīng)的。因此，梯形圖組件的狀態(tài)可以通過讀取I/O點(diǎn)的狀態(tài)來確定。其程序是逐一檢查I/O點(diǎn)的組件，然后讀取I/O點(diǎn)的狀態(tài)。梯形圖結(jié)構(gòu)介紹的比較早，部分結(jié)構(gòu)還沒有分配使用，所以可以把讀I/O點(diǎn)的狀態(tài)值分配給lad[].m_Name[][7]，在執(zhí)行梯形圖的畫圖功能時，如果該值為l，組件的區(qū)域會被淺色覆蓋?？偨Y(jié)隨著計