數(shù)控機(jī)床第6章-數(shù)控系統(tǒng)中的PLC控制與應(yīng)用(2015-08)

【教學(xué)重點(diǎn)】數(shù)控系統(tǒng)中的PLC是構(gòu)成數(shù)控機(jī)床電氣控制電路的核心，以完成M、S、T等輔助功能指令的控制。本章主要介紹數(shù)控系統(tǒng)中的PLC（PMC）控制的基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)對(duì)西門(mén)子808D與FANUC0i-D典型數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC的作用與結(jié)構(gòu)、信息交換、編程元件與指令、程序結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特點(diǎn)、梯形圖程序設(shè)計(jì)方法以及典型應(yīng)用案例的介紹，初步了解NC、PLC、和MT三者之間關(guān)系、信息交換和實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床M、S、T輔助功能控制的方法。由于中大型數(shù)控機(jī)床的PLC程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，讀者還需要深入進(jìn)行專題學(xué)習(xí)?！窘虒W(xué)內(nèi)容】6.1數(shù)控系統(tǒng)中PLC作用與結(jié)構(gòu)

6.2數(shù)控系統(tǒng)中PLC信息交換與接口

6.3數(shù)控系統(tǒng)中PLC編程元件與指令

6.4數(shù)控系統(tǒng)中PLC順控程序結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特點(diǎn)

6.5PLC輔助控制功能控制與典型案例【教學(xué)課時(shí)】6課時(shí)周德卿2015.81

1.數(shù)控系統(tǒng)中PLC的作用

(1)PLC與PMC

可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC(ProgrammableLogiccottrol1er),它實(shí)際上是應(yīng)用大規(guī)模集成電路技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)的一種專門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的數(shù)字運(yùn)算控制電子裝置---工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制器。PLC控制器采用由半導(dǎo)體觸發(fā)器電路構(gòu)成各種存儲(chǔ)器、寄存器的“軟繼電器”,代替過(guò)去繼電控制電路中的有觸點(diǎn)的繼電器、接觸器等器件；采用可編程序的“軟件”邏輯代替繼電控制電路中的硬布線邏輯，以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入和輸出，從而控制各類機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程，被廣泛用于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、自動(dòng)生產(chǎn)線、家用電器、智能樓宇、機(jī)器人等方面的控制裝置中。

6.1數(shù)控系統(tǒng)中PMC作用與結(jié)構(gòu)周德卿2015.82

用于數(shù)控機(jī)床中PLC又稱PMC(ProgrammableMachineController)，特別是在日本FANUC公司數(shù)控系統(tǒng)的使用、調(diào)試、維修說(shuō)明書(shū)及有關(guān)著作中習(xí)慣使用PMC名稱，本教材采用國(guó)際上通行名稱PLC。數(shù)控系統(tǒng)中的PLC一般內(nèi)置于CNC中，如圖6-1所示。可見(jiàn)PLC是介于數(shù)控裝置NC側(cè)和機(jī)床本體MT側(cè)之間的中間環(huán)節(jié)，起著承上啟下作用，主要負(fù)責(zé)數(shù)控機(jī)床輔助功能M、S、T的實(shí)現(xiàn)，即專門(mén)執(zhí)行數(shù)控機(jī)床的“順序控制”。

數(shù)控系統(tǒng)中PLC軟硬件組成、結(jié)構(gòu)和工作原理、程序編制語(yǔ)言和編制方法等，基本上與三菱、西門(mén)子、通用、歐姆龍等公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型PLC相同。特別要指出的是，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中的PLC可完成機(jī)床順序控制的邏輯控制部分，是計(jì)算機(jī)的“弱電”控制部分。如要帶動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)主軸啟停與正反轉(zhuǎn)、刀具自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制等，還需要與主電路、電氣控制電路即“強(qiáng)電”部分配合進(jìn)行，并進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)、電磁閥或氣動(dòng)、液動(dòng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。將PLC控制信號(hào)經(jīng)過(guò)I/0接口單元電路，輸出至電控柜中的相關(guān)控制電氣元器件和電氣控制裝置如繼電器、接觸器變頻器、伺服驅(qū)功器等，然后再接至機(jī)床側(cè)各有關(guān)動(dòng)力設(shè)備。這就涉及到PLC、CNC、SV與機(jī)床電氣電路配合設(shè)計(jì)的問(wèn)題，并且為與機(jī)床傳動(dòng)機(jī)械匹配還需要設(shè)置“機(jī)床參數(shù)”，以形成一個(gè)完整的機(jī)電一體化的數(shù)控系統(tǒng)，這就是“系統(tǒng)”的概念。周德卿2015.83電氣控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)對(duì)比圖周德卿2015.84三菱公司基本單元+擴(kuò)展式與模塊式PLC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品三菱FX2N系列基本單元+擴(kuò)展式三菱Q型模塊式PLC周德卿2015.85圖6-1CNC、PLC(內(nèi)裝)與機(jī)床之間的關(guān)系周德卿2015.86(2)數(shù)控系統(tǒng)中PLC的控制內(nèi)容

PLC與傳統(tǒng)繼電電氣控制系統(tǒng)相比，有快速響應(yīng)、可靠、易于編程、靈活性好以及使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。一般，數(shù)控機(jī)床的CNC要完成的任務(wù)有兩個(gè)：一是，要完成零件輪廓曲線各坐標(biāo)軸的數(shù)字插補(bǔ)運(yùn)算與控制，通常以G代碼(準(zhǔn)備功能)指令形式發(fā)出，通過(guò)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，完成各進(jìn)給伺服軸和主軸位置與速度等閉環(huán)控制；

二是，要完成加工過(guò)程的輔助控制，通常以M、S、T代碼指令形式發(fā)出并以開(kāi)關(guān)量順序控制為主，由內(nèi)裝于CNC中的PLC來(lái)完成。因此，PLC成為數(shù)控系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，機(jī)床制造商根據(jù)所制造的機(jī)床類別、加工工藝等等控制要求，進(jìn)行PLC控制程序的設(shè)計(jì)。PLC完成機(jī)床順序控制的內(nèi)容主要有：

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數(shù)控系統(tǒng)中PMC的主要控制內(nèi)容機(jī)床的人機(jī)界面操作控制（操作面板和機(jī)床控制面板）；坐標(biāo)軸控制（急停、使能、硬限位、參考點(diǎn)）；機(jī)床的冷卻控制機(jī)床的導(dǎo)軌潤(rùn)滑控制機(jī)床的液壓系統(tǒng)控制機(jī)床的自動(dòng)排屑控制機(jī)床的自動(dòng)換刀控制（車床的刀架、系統(tǒng)的刀庫(kù)）；機(jī)床的輔助控制（防護(hù)門(mén)互鎖、報(bào)警燈等）.

可以說(shuō),機(jī)床的外部操作及反映機(jī)床操作結(jié)果的信息均依賴PMC，不了解PMC就不能真正掌握數(shù)控機(jī)床的操作，更不能進(jìn)行故障診斷與維修。一般，現(xiàn)行出產(chǎn)的西門(mén)子和FANUC的數(shù)控產(chǎn)品中，都具有通過(guò)有關(guān)“軟鍵”操作可在顯示屏上調(diào)出梯形圖的功能，并在各執(zhí)行的邏輯接點(diǎn)上有綠色亮條顯示動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況，如圖6-2所示。據(jù)此，可追蹤故障點(diǎn)，調(diào)試與維修極為方便。所以，了解數(shù)控機(jī)床PLC控制與梯形圖編制是安裝、調(diào)試與維修工作者，必須掌握的專業(yè)知識(shí)。周德卿2015.88圖6-2FSOi-D動(dòng)態(tài)梯形圖顯示周德卿2015.892.數(shù)控系統(tǒng)中PMC的結(jié)構(gòu)形式

結(jié)構(gòu)形式---在CNC中的PLC有內(nèi)置和外置之分，如圖7-2。(1)內(nèi)置PLC內(nèi)置PLC是在CNC內(nèi)部配置的，結(jié)構(gòu)上與插補(bǔ)控制計(jì)算機(jī)合一，如圖7-4所示。硬件結(jié)構(gòu)、性能、梯形圖編程指令都靠標(biāo)準(zhǔn)PLC，例如西門(mén)子808D、828D數(shù)控系統(tǒng)采用了S7-200(I/0=114/96，存儲(chǔ)器容量為8KB)，而FANUC0i則有兩種結(jié)構(gòu)：

SA1---基本配置型,I/0=1024/1024，存儲(chǔ)器容量為：128KB。

SB7---可拓展型,I/0=2048/2048，存儲(chǔ)器容量為：128-768KB。

內(nèi)置PLC其CPU等可與CNC插補(bǔ)控制CPU共用也可單獨(dú)設(shè)置。大多用在中、低檔數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，它的I/0點(diǎn)較少。在CNC面板背面,有專用的輸入/輸出端子接口，例如西門(mén)子802S/802C，在CNC背面設(shè)計(jì)了若干輸入/輸出端子排接口插座,以與機(jī)床外設(shè)操作面板、機(jī)床側(cè)開(kāi)關(guān)量及機(jī)床電氣執(zhí)行元件(如電磁伐、電動(dòng)機(jī)等)相連；

或采用專用的I/0LinK總線接口連接外設(shè)專用I/0模塊，例如西門(mén)子8O2D系統(tǒng)用兩塊I/0模塊PP72/48(72點(diǎn)入、48點(diǎn)出),外部開(kāi)關(guān)信號(hào)先接于該模塊3×50芯插座上，然后再由I/0LinK總線接口將這些信號(hào)傳輸至CNC。周德卿2015.810SEIMENS802S/C/D的內(nèi)置PLC為：S7-200FANUC0i/0iMate的內(nèi)置PLC為:SA1(基本型)、SB7(拓展型)圖6-3內(nèi)置型PLC控制系統(tǒng)原理框圖周德卿2015.811

(2)外置PLC

外置PLC是在CNC外部配置的,是獨(dú)立安裝的標(biāo)準(zhǔn)PLC產(chǎn)品，系統(tǒng)如圖6-5所示，多用于大型、多軸、復(fù)雜的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中。因?yàn)镮/0接點(diǎn)數(shù)量較多(數(shù)千點(diǎn))用內(nèi)置PLC已不能滿足要求。例如840D就采用了西門(mén)子的S7-300/400定型產(chǎn)品（如圖6-4）。有些國(guó)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，為簡(jiǎn)化CNC設(shè)計(jì)與提高可靠性，也配置外置獨(dú)立型的PLC產(chǎn)品，如選用日本三菱、富士、歐姆龍等公司的產(chǎn)品。在數(shù)控系統(tǒng)中，無(wú)論內(nèi)置、外置的PLC

與工業(yè)控制中使用的獨(dú)立的PLC產(chǎn)品在工作原理、工作方式還是基本組成都是相同的，PMC均采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)包括硬件和軟件兩大部分，在編程上與獨(dú)立PLC也是類似的,并都提供自已的編程軟件，例如西門(mén)子802系統(tǒng)提供S7-200在PC機(jī)上編程的軟件Micro/WlN梯形圖編程，甚至提供了用于車、銑床的PMC應(yīng)用程序?qū)嵗?，方便了用戶。周德?015.812外置S7-300型PLC內(nèi)置PLC與CNC合一外置的72點(diǎn)入/48點(diǎn)出外部I/0接口板圖6-4802D的內(nèi)置PLC和840D的外置PLC周德卿2015.813圖6-5外置型PLC控制系統(tǒng)原理框圖周德卿2015.8146.2數(shù)控系統(tǒng)中PLC的信息交換1.PLC信息交換概述由前述知，數(shù)控系統(tǒng)中PLC要完成數(shù)控機(jī)床順序控制也就是完成M、S、T輔助控制功能，需要CNC內(nèi)置PLC通過(guò)I/0接口單元接收和輸出機(jī)床側(cè)的大量開(kāi)關(guān)信號(hào)，少則幾十點(diǎn)多則幾百點(diǎn)或上千點(diǎn)，這就是信息交換。因此，數(shù)控系統(tǒng)中PLC的信息交換是指以PLC為中心，在NC、PLC、MT（機(jī)床）三者之間的信號(hào)雙向傳遞處理過(guò)程，圖6-5示出了FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)NC、PLC和MT三者之間信息交換關(guān)系圖。CNC內(nèi)置PLC與標(biāo)準(zhǔn)PLC產(chǎn)品不同之處是在內(nèi)置PLC中增加了與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)區(qū)，這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)稱為接口信號(hào)。圖6-6示出了FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)NC、PLC和MT三者之間信息交換。周德卿2015.815

圖6-6FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)NC、PLC和MT三者之間信息交換圖由圖6-6看出：常把數(shù)控機(jī)床分為“NC側(cè)”和“MT”側(cè)兩大部份。內(nèi)裝PLC在NC里，通過(guò)I/0接口單元將三者連接起來(lái)?！癗C側(cè)”包括CNC數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件，以及與CNC連接的外圍設(shè)備如顯示器、MDI面板等?！癙LC”處于NC與MT之間，對(duì)NC和MT的輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行處理?！癕T側(cè)”包括機(jī)床機(jī)械部份如液壓、氣壓、冷卻、潤(rùn)滑、排屑等以及輔助裝置、機(jī)床操作面板、繼電器電路、機(jī)床主電路等。周德卿2015.8162.FANUC系統(tǒng)PLC的信息交換與接口對(duì)FANUC數(shù)控系統(tǒng)中內(nèi)置PLC，F(xiàn)ANUC公司習(xí)慣稱為PMC，為與西門(mén)子統(tǒng)一本書(shū)仍采用國(guó)際通稱PLC。FANUC0i-D系統(tǒng)的PLC交換信號(hào)接口地址符號(hào)有：F、G、X、Y，分別指NC→PLC、PLC→NC、MT→PLC、PLC→MT的接口信號(hào)，信息交換情況如圖6-7所示。圖6-7FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)中PLC的信息交換圖周德卿2015.817（1）MT至PLC信號(hào)接口由機(jī)床側(cè)或輔助設(shè)備如排屑機(jī)、交換工作臺(tái)等外圍設(shè)備的開(kāi)關(guān)、按鈕和各檢測(cè)傳感器信息，通過(guò)I/O接口單元輸入到PLC的信號(hào)。如由機(jī)床控制面板控制的的主軸正/反轉(zhuǎn)、冷卻液開(kāi)/關(guān)、各進(jìn)給坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)與快移、循環(huán)啟動(dòng)/進(jìn)給保持、打刀缸松開(kāi)等開(kāi)關(guān)；各檢測(cè)傳感器信號(hào)如各坐標(biāo)軸超限行程開(kāi)關(guān)、回參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)、刀位的接近開(kāi)關(guān)、潤(rùn)滑油的壓力和溫度開(kāi)關(guān)、防護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)。機(jī)床側(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)所用地址是以X字母開(kāi)頭。除極少數(shù)涉及到安全的信號(hào)（如急停信號(hào)★ESP的地址規(guī)定是X8.4），需用FANUC公司規(guī)定的固定地址外，其它大多數(shù)信號(hào)地址由用戶分配。（2）PLC至MT信號(hào)接口

由PLC輸出的機(jī)床順序控制(M、S、T)動(dòng)作信號(hào)，通過(guò)PLC輸出接口送到機(jī)床側(cè)，控制機(jī)床的執(zhí)行元件如電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、接觸器、繼電器等，以驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)、電磁閥等使機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作。例如機(jī)床的啟/停、主軸正/反轉(zhuǎn)和模擬主軸速度控制、車床刀架或加工中心刀庫(kù)的自動(dòng)換刀、切削液與潤(rùn)滑油啟/停、各坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)、卡盤(pán)的松/夾、各進(jìn)給軸的限位及回參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)、各伺服軸運(yùn)行準(zhǔn)備等。所有PLC輸出到MT的信號(hào)，用戶可自行分配輸出地址，信號(hào)地址以字母Y開(kāi)頭。周德卿2015.818（3）CNC至PLC信號(hào)接口

CNC輸送至PLC的信號(hào)，表示數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)，包括各種輔助功能M、S、T的信號(hào)、點(diǎn)動(dòng)/手動(dòng)/自動(dòng)等工作方式狀態(tài)信號(hào)和各種使能信號(hào)等，這些信號(hào)可由CNC直接送入PLC的寄存器中。所有CNC送往PLC的信號(hào)含義和地址(開(kāi)關(guān)量地址或寄存器地址)均由CNC制造商確定，PLC編程人員只可使用不可以增刪。信號(hào)地址以字母F開(kāi)頭。（4）PLC至CNC信號(hào)接口

PLC輸送至CNC的信號(hào)，它是PLC向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的控制請(qǐng)求和應(yīng)答信號(hào)，包括數(shù)控系統(tǒng)的控制方式選擇、坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的使能、進(jìn)給倍率、M、S、T功能應(yīng)答信號(hào)等。地址與含義由CNC制造商確定，PLC編程人員只可使用不可以增刪。信號(hào)地址以字母G開(kāi)頭。

周德卿2015.8193．西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)PLC的信息交換與接口

（1）PLC的信息交換

西門(mén)子8O8D、828D系統(tǒng)中PLC與NCK數(shù)字控制中央單元、MCP機(jī)床控制面板以及HMI人機(jī)接口之間的信息交換，如圖6-8所示。其中NCK實(shí)際是數(shù)控計(jì)算機(jī)CNC的核心，包括硬件與軟件，需要交換的信息有M、S、T指令，零件程序與循環(huán)子程序，設(shè)定的各種參數(shù)數(shù)據(jù)如參考點(diǎn)及軟限位尺寸、間隙補(bǔ)償、刀架與刀庫(kù)數(shù)據(jù)等；MCP是機(jī)床控制面板，如前述上面有各種機(jī)床操作的開(kāi)關(guān)、接鈕；HMI是人機(jī)接口，西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)操作界面有NC輸入鍵，自定義鍵盤(pán)、顯示屏功能軟鍵和報(bào)警信號(hào)燈等。信息傳遞方向與過(guò)程與FANUC0i系統(tǒng)類似，其接口信號(hào)地址命名輸入信號(hào)是以字母I開(kāi)頭，輸出信號(hào)則是以Q開(kāi)頭。圖6-8808D/828D數(shù)控系統(tǒng)PLC信息交換圖周德卿2015.820（2）接口信號(hào)地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在西門(mén)子系統(tǒng)與FANUC系統(tǒng)的PLC信息交換中，對(duì)不同來(lái)源、不同傳遞方向的接口信號(hào)地址命名方式是不同的。FANUC0i-D系統(tǒng)中，除PLC輸入輸出接口信號(hào)分別用X和Y開(kāi)頭命名外，還用了F和G分別表示在CNC→PLC與PLC→CNC信息交換與控制所需要的接口信號(hào)。例如，當(dāng)發(fā)生按下急停開(kāi)關(guān)或某坐標(biāo)軸超程等緊急情況時(shí)，CNC接收到來(lái)自MT機(jī)床側(cè)急停信號(hào)★ESP從I/0單元接口X8.4接收，CNC判斷后發(fā)出伺服使能低電平信號(hào)，封鎖伺服與主軸驅(qū)動(dòng)器，用F8.4通知PLC執(zhí)行，PLC接收后用G8.4信號(hào)回復(fù)CNC。而在西門(mén)子808D系統(tǒng)的PLC邏輯控制中，此種信息交換所需接口信號(hào)地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則是專門(mén)在CNC里開(kāi)辟了一塊數(shù)據(jù)區(qū)，用DB地址符加8位數(shù)字構(gòu)成DB數(shù)據(jù)塊地址，如圖6-9所示。圖6-9DB數(shù)據(jù)塊地址結(jié)構(gòu)圖周德卿2015.821（3）接口信號(hào)地址數(shù)據(jù)塊分區(qū)

西門(mén)子808/828D系統(tǒng)信息交換接口信號(hào)地址，按不同的功能、類型與傳送方向分成若干的DB數(shù)據(jù)塊區(qū)存放如圖6-10所示，這樣便于管理、存取與查詢方便。例如在808D系統(tǒng)中，DB1000.DBD0～DB1000.DB10數(shù)據(jù)塊區(qū)放置的是來(lái)自MCP通道的機(jī)床控制面板各按鍵和選擇開(kāi)關(guān)信號(hào)，這是MCP→PLC的可讀信號(hào)。從表6-1看出，DB1000.DBDO.1～DB1000.DBDO.7分別放置了“工作方式選擇開(kāi)關(guān)”的手輪、J0G、REF.POlNT、AUT0、MDA、程序測(cè)試各檔對(duì)應(yīng)信號(hào)；DB1000.DBD3.0～DB1000.DBD3.5分別放置了主軸反轉(zhuǎn)、主軸停止、主軸正轉(zhuǎn)、復(fù)位、循環(huán)停止、循環(huán)啟動(dòng)的各對(duì)應(yīng)信號(hào)。而從表6-2中看出，DB2500.1000～DB2500.1012數(shù)據(jù)塊區(qū)放置的則是來(lái)自NCK通道的M功能(M0-M99)譯碼接口信號(hào)，這是NCK→PLC的只讀信號(hào)。其它DB接口信號(hào)數(shù)據(jù)塊地址分區(qū)情況如圖6-10所示，詳見(jiàn)“SINUMERIK808調(diào)試手冊(cè)”。周德卿2015.822圖6-10808D/828D系統(tǒng)中DB接口信號(hào)數(shù)據(jù)塊分區(qū)圖周德卿2015.823表6-1來(lái)自MCP通道的機(jī)床接作面板DB信號(hào)表6-2來(lái)自NCK通道的M功能DB信號(hào)周德卿2015.8246.3數(shù)控系統(tǒng)中PLC編程元件指令與應(yīng)用

數(shù)控系統(tǒng)中PLC編程元件是供用戶使用的內(nèi)部資源，實(shí)際是指可供編制PLC程序使用的內(nèi)部存儲(chǔ)器，按繼電控制電路的習(xí)慣被冠以“繼電器”的名稱。例如三菱公司FX2N型的PLC內(nèi)部有X(輸入繼電器)、Y(輸出繼電器)、M(中間繼電器)、T(定時(shí)器)、C(計(jì)數(shù)器)、S(狀態(tài)繼電器)、D(數(shù)據(jù)寄存器)等。注意，不同廠商、不同型號(hào)的PLC基本編程元件在類別和功能上大體相同，對(duì)小型PLC尤其如此。但其編程元件的命名、地址標(biāo)記和編碼方法存在差異，下面以西門(mén)子808D、828D系統(tǒng)和FANOC0i-C/D系統(tǒng)中的內(nèi)置PLC為例，來(lái)說(shuō)明其編程元件、指令特點(diǎn)與應(yīng)用。周德卿2015.8256.3.1西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)PLC編程元件指令與應(yīng)用

西門(mén)子公司808D和828D系統(tǒng)的內(nèi)置PLC基本上是按西門(mén)子S7-200標(biāo)準(zhǔn)型PLC設(shè)計(jì)的，所以編程元件的基本指令及功能指令也相同。1.編程元件及地址格式

I---輸入繼電器；Q---輸出繼電器；V---變量繼電器；

M---輔助繼電器；AC--累加器T---定時(shí)器；C---計(jì)數(shù)器；HC--高速計(jì)數(shù)器；S---狀態(tài)繼電器等。各編程元件地址編制格式如圖6-11所示:圖6-11808D/828D系統(tǒng)PLC編程元件的地址編制格式圖周德卿2015.8262.編程指令(1)基本指令①LD：取指令，從梯形圖左側(cè)母線開(kāi)始，連接常開(kāi)觸點(diǎn)。梯形圖符號(hào)：語(yǔ)句表：LDAx.y②LDN：取非指令，從梯形圖左側(cè)母線開(kāi)始，連接常閉觸點(diǎn)。梯形圖符號(hào)：語(yǔ)句表：LDNAx.y③＝(OUT)：輸出指令，用于線圈輸出。梯形圖符號(hào)：語(yǔ)句表：＝（OUT）Ax.y周德卿2015.827④

A：與操作指令，用于與常開(kāi)觸點(diǎn)的串聯(lián)。梯形圖符號(hào)：語(yǔ)句表：AAx.y⑤AN：與非操作指令，用于與常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)。梯形圖符號(hào)：語(yǔ)句表：ANAx.y⑥O：或操作指令，用于與常開(kāi)觸點(diǎn)的并聯(lián)。梯形圖符號(hào)：語(yǔ)句表：OAx.y⑦ON：或非操作指令，用于與常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)。梯形圖符號(hào)：語(yǔ)句表：ONAx.y周德卿2015.828例6-1基本指令舉例應(yīng)用舉例周德卿2015.829⑧置位S﹑復(fù)位R指令應(yīng)用的梯形圖和語(yǔ)句表例6-2置位S﹑復(fù)位R指令基本指令舉例應(yīng)用舉例周德卿2015.830(2)功能指令(選編)西門(mén)子S7-200/300系列PLC功能指令有幾十種，例如計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)據(jù)的運(yùn)算、比較、轉(zhuǎn)換、傳送和跳轉(zhuǎn)等,下面介紹幾種與機(jī)床數(shù)控典型應(yīng)用案例有關(guān)的功能指令如下：

①定時(shí)器指令定時(shí)器是PLC中最常用的元件之一，S7-200系列的PLC為用戶提供了3種類型的定時(shí)器：通電延時(shí)型（TON）有記憶的通電延時(shí)型又稱保持型（TONR）斷電延時(shí)型（TOF）共計(jì)256個(gè)定時(shí)器（T0～T255），并且都為增量型定時(shí)器。定時(shí)器類型分辨率/ms最大當(dāng)前值/s定時(shí)器號(hào)TONR132.767T0，T6410327.67T1~T4，T65~T681003276.7T5~T31，T69~T95TON，TOF132.767T32，T9610327.67T33~T36，T97~T1001003276.7T37~T63，T101~T255表6-3S7-200計(jì)時(shí)器類型表

周德卿2015.831

LADSTL功能、注釋

TON通電延時(shí)型TONR有記憶的通電延時(shí)型TOF斷電延時(shí)型定時(shí)器指令應(yīng)用舉例周德卿2015.832②計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器用于累計(jì)其輸入端脈沖電平由低到高的次數(shù)。計(jì)數(shù)器類型有加計(jì)數(shù)器（CTU）、加減計(jì)數(shù)器（CTUD）和減計(jì)數(shù)器（CTD）三種類型，見(jiàn)圖6-15。計(jì)數(shù)器有兩種尋址形式：當(dāng)前值和計(jì)數(shù)器位。當(dāng)前值是16位有符號(hào)整數(shù)，存儲(chǔ)累計(jì)值，計(jì)數(shù)器位的值是根據(jù)當(dāng)前值和預(yù)置值的比較結(jié)果來(lái)置位或復(fù)位。兩種尋址使用相同的格式，都用C＋計(jì)數(shù)器號(hào)表示，使用哪種形式依所使用的指令而定。如例6-3中最后一個(gè)語(yǔ)句“CTUTC48，+4”，表示48號(hào)加減計(jì)數(shù)器，預(yù)置值為4，依加/減脈沖是否有效，決定是從0加到+4還是從+4減到O，計(jì)數(shù)計(jì)到位時(shí)，該計(jì)數(shù)器狀態(tài)“1”，Q0.0=1。圖6-15S7-200計(jì)數(shù)器類型圖周德卿2015.833例6-3計(jì)數(shù)器指令應(yīng)用程序周德卿2015.834③比較指令周德卿2015.835[例6-4]比較指令應(yīng)用程序B：字節(jié)比較R：實(shí)數(shù)比較④累加器和標(biāo)志位存儲(chǔ)器

累加器是可以像存儲(chǔ)器一樣使用的讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。標(biāo)志位存儲(chǔ)器可作為控制繼電器存儲(chǔ)中間操作狀態(tài)和控制信息。按字節(jié)、字、雙字來(lái)存取累加器和位存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。累加器AC最多4個(gè)，標(biāo)志位存儲(chǔ)器最多256個(gè)字節(jié)。周德卿2015.8363.特殊標(biāo)志存儲(chǔ)器地址為：SM，SM位為PLC的CPU與用戶程序之間傳遞信息提供了一種手段?？梢杂眠@些位選擇和控制西門(mén)子PLCCPU的一些特殊功能，簡(jiǎn)化PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。周德卿2015.8374.應(yīng)用程序編制與案例

西門(mén)子公司為方便用戶編制機(jī)床PLC順序控制梯形圖程序，對(duì)808D、828D系統(tǒng)都提供了默認(rèn)的PLC子程序庫(kù)，子程序庫(kù)中包括初始化、主軸和進(jìn)給控制、冷卻控制、潤(rùn)滑控制、主軸換擋控制、車床刀架自動(dòng)換刀控制、手持手輪單元控制等(參見(jiàn)SINUMERIK808DPLC子程序庫(kù)手冊(cè))。利用該程序庫(kù)再結(jié)合要控制的數(shù)控機(jī)床具體情況，在如圖6-19所示的西門(mén)子提供的“PLCProgrammingToo1”編程工具軟件界面上，容易設(shè)計(jì)出所需要的梯形圖，并可用RS-232C總線連機(jī)上傳、下載CNC，進(jìn)行調(diào)試修改和運(yùn)行監(jiān)控?，F(xiàn)以808D系統(tǒng)數(shù)控車床PLC冷卻液控制子模塊梯形圖程序設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明西門(mén)子系統(tǒng)PLC的編程方法與特點(diǎn)。周德卿2015.838圖6-19“PLCProgrammingToo1”編程工具軟件界面周德卿2015.839[例6-5]808D車床數(shù)控系統(tǒng)冷卻液控制模塊PLC控制程序

(1)冷卻液控制模塊控制要求冷卻液控制模塊是數(shù)控機(jī)床必不可少的一部分，在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行切削工件時(shí)如果沒(méi)有冷卻液的冷卻作用，機(jī)床刀具切削工件產(chǎn)生的高溫會(huì)灼傷以加工好的工件表面，影響加工質(zhì)量，同時(shí)對(duì)刀具也有很大的影響，加速刀具的磨損，影響刀具對(duì)工件的加工質(zhì)量，縮短刀具的使用壽命等。結(jié)合數(shù)控機(jī)床的控制要求，該設(shè)計(jì)編制了冷卻液控制子模塊。冷卻液控制子程序可以通過(guò)機(jī)床控制面板的控制鍵啟動(dòng)或停止冷卻，也可以在自動(dòng)或MDA方式下利用M07或M08啟動(dòng)冷卻、以M09停止冷卻，同時(shí)該子程序還通過(guò)編程來(lái)控制操作面板上的指示燈的啟、滅，從而顯示冷卻狀態(tài)。在急停、冷卻電機(jī)過(guò)載、冷卻液位過(guò)低或在程序測(cè)試等情況下終止冷卻液的輸出。當(dāng)冷卻電機(jī)過(guò)載或冷卻液液位過(guò)低時(shí)回觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警輸出。另外該子程序設(shè)計(jì)了冷卻液禁止輸出，例如在機(jī)床防護(hù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，可以停止冷卻。周德卿2015.840（2）冷卻液子模塊梯形圖程序控制流程圖圖6-20冷卻液模塊梯形圖程序的控制流程圖周德卿2015.841表6-5冷卻液控制PLC接口信號(hào)的I/0變量地址和信息交換的DB數(shù)據(jù)塊地址（3）冷卻液子模塊梯形圖控制程序I/0接口信號(hào)地址

冷卻液控制子模塊梯形圖程序，它的I/0接口信號(hào)變量地址和CNC、PLC、MCP之間信息交換的DB數(shù)據(jù)塊接口地址與說(shuō)明，見(jiàn)表6-5。使用輸入輸出信號(hào)接口的變量地址，靈活性大，程序移植方便。周德卿2015.842（4）冷卻液控制子模塊梯形圖程序的設(shè)計(jì)

冷卻液控制子模塊梯形圖程序及助記符語(yǔ)句表如圖6-21所示，梯形圖程序右邊有說(shuō)明文字，讀者可對(duì)照?qǐng)D6-20控制流程圖和I/0接口信號(hào)的變量地址以及CNC、PLC、MCP之間信息交換的DB數(shù)據(jù)塊地址學(xué)習(xí)。圖6-21為808D系統(tǒng)冷卻液控制子模塊梯形圖程序與助記符語(yǔ)句表周德卿2015.843周德卿2015.8446.3.2FAUNC數(shù)控系統(tǒng)PLC編程元件地址指令與應(yīng)用對(duì)FAUNC0i系列數(shù)控系統(tǒng)中的PLC，可按不同性能要求選擇不同的內(nèi)置PLC。如FAUNC0i-C數(shù)控系統(tǒng)可選SA1和SB7兩種規(guī)格。

SA1型為基本配置，編程最大步數(shù)5000，I/0點(diǎn)數(shù)為1024/1024，功能指令48條。

SB7為可選附加模塊型，編程最大步數(shù)為24000步、I/0點(diǎn)數(shù)為2048/2048，功能指令69條。顯然，都比SA1多，適用控制比較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床。而最新版本FANUC0i-D內(nèi)置PLC的型號(hào)則是“0i-D、0iMate-D”，其編程最大步數(shù)更多達(dá)32000步、功能指令更加豐富，基有本型93條，擴(kuò)展型有218條，處理速度也更快。周德卿2015.8451.編程元件地址表示方法(1)接口信號(hào)地址命名如前述，F(xiàn)AUNC數(shù)控系統(tǒng)的PLC用不同地址命名來(lái)區(qū)分不同類型信號(hào)，如圖6-22所示。從CNC側(cè)至PLC用字母F打頭的地址，而PLC應(yīng)答CNC側(cè)信號(hào)則用G字母打頭的地址；MT機(jī)床側(cè)輸入到PLC信號(hào)用X字母打頭的地址，而PLC輸出到MT機(jī)床側(cè)的信號(hào)用Y字母打頭的地址。其它編程元件如內(nèi)部繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等命名及功能見(jiàn)表6-6。此外，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)的PLC還有一些地址固定的輸入信號(hào)，大多是與機(jī)床安全有關(guān)的信號(hào)，例如急停、回參考點(diǎn)、各坐標(biāo)軸超限行程等信號(hào)，詳見(jiàn)表6-7，在使用時(shí)務(wù)必要把相關(guān)的MT機(jī)床側(cè)輸入信號(hào)連接到指定的地址上。周德卿2015.846圖6-22FANUC0i-D接口信號(hào)地址命名分類圖周德卿2015.847表6-6FAUNC0i系列數(shù)控系統(tǒng)PLC編程元件表周德卿2015.848表6-7FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)PLC固定地址的輸入信號(hào)表周德卿2015.849(2)編程元件地址表示方法FAUNC0i系列數(shù)控系統(tǒng)編程元件地址比較復(fù)雜，有絕對(duì)地址和符號(hào)地址之分，如圖6-23所示。絕對(duì)地址：I/0信號(hào)在CNC中存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)區(qū)域，如X0001.5（可縮寫(xiě)為X1.5）代表PLC第l輸入字節(jié)第5位開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入(位信號(hào))，如圖6-23a)所示

符號(hào)地址：用英文字母(符號(hào))代表的地址，只是一種符號(hào)，便于編輯、閱讀、檢查。如當(dāng)輸入X0001.5為“主軸報(bào)警”信號(hào)時(shí)，可用英語(yǔ)縮寫(xiě)詞SPDALM來(lái)注釋該接點(diǎn)，說(shuō)明該繼電器接點(diǎn)功能、聯(lián)鎖關(guān)系與接點(diǎn)特性，以有助于用戶理解該控制模塊梯形圖程序，編制的專門(mén)注釋文件(符號(hào)表)如圖6-23b)所示。符號(hào)地址最大不超過(guò)6個(gè)字符。周德卿2015.850圖6-23FAUNC0i編程元件的絕對(duì)地址和符號(hào)地址格式周德卿2015.8512.常用梯形圖編程圖形符號(hào)表6-8FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC梯形圖編程常用符號(hào)周德卿2015.8523.CNC屏幕顯示PMC梯形圖

FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)，均能通過(guò)CNC面板相應(yīng)按鍵操作，可以在LCD顯示屏上調(diào)出PMC的一級(jí)、二級(jí)…等梯形圖(PMCLAD)，梯形圖顯示格式如圖6-24所示。該梯形圖可顯示執(zhí)行狀態(tài)、絕對(duì)地址和執(zhí)行動(dòng)態(tài)綠色亮線，對(duì)了解機(jī)床現(xiàn)在運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)試和追蹤查找故障等極為方便。現(xiàn)在，西門(mén)子公司在新設(shè)件的808D和828D數(shù)控系統(tǒng)中也具有了此項(xiàng)功能。圖6-24FANUC0iPMC梯形圖顯示格式周德卿2015.8534.編程指令(1)基本指令FANUC0iC/D數(shù)控系統(tǒng)PLC編程指令與三菱、西門(mén)子工業(yè)通用PLC一樣有基本指令和功能指令。基本指令有“加載或取”(上母線)指令RD，“或”指令0R，“或非”指令OR.NUT，“與”指令A(yù)ND，“與非”指令A(yù)ND.N0T，“輸出”指令WRT，“結(jié)束”指令END等邏輯處理指令，用這些指令編的簡(jiǎn)單梯形圖程序見(jiàn)圖6-14。(2)功能指令功能指令用于比較復(fù)雜的機(jī)床順控制邏輯編程，若僅用基本指令編程會(huì)很困難而且規(guī)模大，用功能指令可簡(jiǎn)化程序。功能指令有計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)據(jù)的運(yùn)算、比較、轉(zhuǎn)換、傳送和跳轉(zhuǎn)等功能，還有一些是數(shù)控機(jī)床特有的功能如工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)指令等。隨著PLC的發(fā)展，功能指令越來(lái)越強(qiáng)大，往往一條指令可實(shí)現(xiàn)幾十條基本指令才可以實(shí)現(xiàn)的功能，這大大簡(jiǎn)化了編程設(shè)計(jì)。在FANUC0i-C的PLC-SA1中，基本指令有12個(gè)，功能指令48個(gè)。在FANUC0i-C的PLC-SB7中，基本指令有14個(gè)，功能指令69個(gè)。在FANUC0i-D的PLC中，基本指令有14個(gè)，功能指令為93個(gè)。可見(jiàn)，F(xiàn)ANUC0iC/D數(shù)控系統(tǒng)PLC的功能指令有幾十種，讀者一下子難以掌握，因篇幅所限，下面只介紹幾條常用和本教材應(yīng)用案例中要用到的一些功能指令，其它功能指令請(qǐng)讀者參見(jiàn)FANUC公司有關(guān)資料

周德卿2015.854表6-9基本指令和處理內(nèi)容圖6-25堆棧寄存器結(jié)構(gòu)及邏輯操作順序周德卿2015.855圖6-26FANUC0iC/D數(shù)控系統(tǒng)PLC基本指令與梯形圖編程基本指令梯形圖周德卿2015.856(2)功能指令周德卿2015.857周德卿2015.858周德卿2015.859FANUC系統(tǒng)PLC功能指令選編①結(jié)束指令(END)

在編制機(jī)床PLC順序控制梯形圖程序時(shí)，通常將要緊急響應(yīng)處理的信號(hào)如急停、各坐標(biāo)軸超限行程等子程序編為l級(jí)程序，其它控制編為2級(jí)或3級(jí)程序。END1就表示l級(jí)程序結(jié)束下面開(kāi)始2級(jí)程序，直至末尾寫(xiě)END2表示2級(jí)程序結(jié)束，第3級(jí)程序用END3表示結(jié)束。功能指令編號(hào)分別為SUB1、SUB2、SUB48，指令格式與應(yīng)用如圖6-27所示。圖6-27END結(jié)束指令格式與應(yīng)用周德卿2015.860②

定時(shí)器在數(shù)控機(jī)床PLC順序控制梯形圖中，定時(shí)器用于機(jī)械動(dòng)作完成或穩(wěn)定狀態(tài)的延時(shí)確認(rèn)，如卡盤(pán)夾緊與松開(kāi)時(shí)間、潤(rùn)滑與冷卻的啟動(dòng)和工作時(shí)間、轉(zhuǎn)臺(tái)鎖緊與釋放時(shí)間等。定時(shí)器有三種類型，可更改延時(shí)計(jì)時(shí)器TMR、固定延時(shí)計(jì)時(shí)器TMRB和可變延時(shí)計(jì)時(shí)器TMRC，功能指令編號(hào)分別為SUB3、SUB24、SUB54。指令格式與應(yīng)用，如圖6-28所示。周德卿2015.861圖6-28定時(shí)器指令格式與應(yīng)用周德卿2015.862③計(jì)數(shù)器指令(CTR)

在機(jī)床PLC順序控制梯形圖中，計(jì)數(shù)器常用于刀庫(kù)刀位的計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)臺(tái)分度的計(jì)數(shù)以及多工作臺(tái)的交換等。計(jì)數(shù)器按工藝要求可進(jìn)行加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)，由控制端控制。形式有BCD(CTR)形式和二進(jìn)制形式(CTRC)，用系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。CTR計(jì)數(shù)器功能指令編號(hào)為SUB5，指令格式與應(yīng)用如圖6-29所示。周德卿2015.863圖6-29計(jì)數(shù)器指令(CTR)周德卿2015.864④譯碼器指令(DEC、DECB)PLC在執(zhí)行M、S、T輔助功能順序控制程序時(shí)CNC是以二進(jìn)制代碼形式輸出的，這些信號(hào)需要經(jīng)過(guò)譯碼器才能轉(zhuǎn)化為PLC能夠識(shí)別和相對(duì)應(yīng)功能含義的一個(gè)邏輯狀態(tài)。譯碼器有DEC兩位BCD碼形式譯碼和DECB二進(jìn)制形式譯碼，功能指令序號(hào)分別為SUB4、SUB25，其中SUB25指令格式與應(yīng)用如圖6-30所示

a)二進(jìn)制譯碼器指令格式周德卿2015.865b)二進(jìn)制譯碼器指令應(yīng)用圖6-30二進(jìn)制譯碼器指令格式與應(yīng)用周德卿2015.866⑤一致性判斷指令（COIN）一致性判斷指令用于檢查BCD碼數(shù)據(jù)表示的“輸入數(shù)據(jù)”與“比較數(shù)據(jù)”是否一致，該功能可用于檢查刀庫(kù)、轉(zhuǎn)臺(tái)等旋轉(zhuǎn)體是否到達(dá)減速位置或目標(biāo)位置等，功能指令序號(hào)為SUB16，指令格式與應(yīng)用如圖6-31所示。圖6-31一致性判斷指令格式與應(yīng)用周德卿2015.867⑥

旋轉(zhuǎn)指令(ROT)旋轉(zhuǎn)指令ROT用于控制旋轉(zhuǎn)部件，包括刀庫(kù)、刀臺(tái)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。通過(guò)ROTB指令的運(yùn)算，可以得到從目前所在位置到達(dá)目標(biāo)位置的移動(dòng)量和移動(dòng)方向，單方向也可雙向就最短路徑方向選擇，功能指令序號(hào)為SUB6，指令格式與應(yīng)用如圖6-32所示。周德卿2015.868周德卿2015.869圖6-32旋轉(zhuǎn)指令格式與應(yīng)用周德卿2015.8705.應(yīng)用程序編制與案例

與西門(mén)子公司一樣，F(xiàn)ANUC公司也為0i系列數(shù)控系統(tǒng)提供了FANUCLADDER-Ⅲ編程軟件，利用這個(gè)軟件也可在PC計(jì)算機(jī)上開(kāi)展梯形圖程序編寫(xiě)、修改、診斷、監(jiān)控和通過(guò)RS-232C通信總線的上傳、下載、復(fù)制等操作。雖然FANUC公司沒(méi)有提供子程序庫(kù)供用戶使用，但是由于FANUC系統(tǒng)在中國(guó)應(yīng)用歷史長(zhǎng)、范圍廣，已經(jīng)在車、銑、加工中心等數(shù)控機(jī)床上形成了很多成功應(yīng)用的梯形圖范例，所以程序編制也并不困難?，F(xiàn)以FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)PLC的急停、超程報(bào)警控制子程序梯形圖與機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)控制子程序梯形圖設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)PLC的編程方法與特點(diǎn)。周德卿2015.871【例6-6】急停、超程報(bào)警控制子程序梯形圖FANUC0i-D系統(tǒng)的急停、超程報(bào)警子程序梯形圖如圖6-33所示，因該程序需要緊急處理被安排在首先要掃描的笫1級(jí)程序段。由圖看出當(dāng)急停、超程等情況發(fā)生時(shí)的CNC、PLC、MT之間邏輯控制關(guān)系。由這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)狀態(tài)，可判斷故障是發(fā)生在CNC內(nèi)部，還是在機(jī)床側(cè)、伺服、主軸或其它外圍設(shè)備。梯形圖解釋見(jiàn)圖中文字說(shuō)明。周德卿2015.872圖6-33急停、超程報(bào)警子程序梯形圖周德卿2015.873【例6-7】機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)控制梯形圖1.數(shù)控機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)的控制要求

1）首次開(kāi)機(jī)時(shí)，自動(dòng)潤(rùn)滑15秒（2.5秒打油、2.5秒關(guān)閉）。2）機(jī)床運(yùn)行時(shí)，達(dá)到潤(rùn)滑間隔固定時(shí)間（如30分鐘）自動(dòng)潤(rùn)滑一次，而且潤(rùn)滑間隔時(shí)間用戶可以進(jìn)行調(diào)整（通過(guò)PLC參數(shù)）。3）加工過(guò)程中，操作者可根據(jù)實(shí)際需要還可以進(jìn)行手動(dòng)潤(rùn)滑（通過(guò)機(jī)床操作面板的潤(rùn)滑手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制）。4）潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)具有過(guò)載保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，系統(tǒng)要有相應(yīng)的報(bào)警信息。5）潤(rùn)滑油箱油面低于極限時(shí)，系統(tǒng)要有報(bào)警提示（此時(shí)機(jī)床可以運(yùn)行）。周德卿2015.8742.潤(rùn)滑系統(tǒng)電氣控制接線圖圖6-35機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)電氣控制電路圖周德卿2015.8753.根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)梯形圖程序圖6-34機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)控制子程序梯形圖周德卿2015.8766.4數(shù)控系統(tǒng)中PLC順控程序結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特點(diǎn)1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)中PLC順序控制程序結(jié)構(gòu)

西門(mén)子公司與FANUC公司數(shù)控系統(tǒng)的PLC順序控制程序結(jié)構(gòu)與運(yùn)行模式，基本上是類似的。以FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)的PLC為例，順序控制程序通常由第1級(jí)程序、第2級(jí)程序、第3級(jí)程序和子程序組成，如圖6-36所示。其中：

第1級(jí)程序---從整個(gè)梯形圖程序開(kāi)始到END1命令之間，系統(tǒng)每個(gè)梯形圖執(zhí)行周期中都要首先掃描第1級(jí)程序執(zhí)行一次，特點(diǎn)是信號(hào)采樣實(shí)時(shí)及輸出信號(hào)快。主要用于需及時(shí)響應(yīng)處理會(huì)危及機(jī)床安全的信號(hào)，如急停、跳轉(zhuǎn)、超程等。顯然，第1級(jí)程序要盡量短。

第2級(jí)程序---從END1命令之后至END2之前，處理機(jī)床面板、ATC(自動(dòng)換刀)、APC(工作臺(tái)自動(dòng)交換)。圖6-36FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)的PLC程序結(jié)構(gòu)圖

第3級(jí)程序---從END2命令之后至END3之前，主要處理低速響應(yīng)信號(hào)，通常處理PLC程序報(bào)警信號(hào)。功能簡(jiǎn)單的數(shù)控機(jī)床，只需要l級(jí)和2級(jí)程序。周德卿2015.877圖6-36FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)的PLC程序結(jié)構(gòu)圖周德卿2015.8782．?dāng)?shù)控系統(tǒng)中PLC順序控制程序的運(yùn)行特點(diǎn)

數(shù)控系統(tǒng)中PLC執(zhí)行機(jī)床順序控制程序的時(shí)序如圖6-37所示。由圖看出，PLC的掃描周期是8ms，其中前1.25ms為執(zhí)行第一級(jí)程序時(shí)間。每個(gè)8ms掃描周期內(nèi)首先要用大約1.25ms的時(shí)間優(yōu)先執(zhí)行一次第一級(jí)程序，處理要危及機(jī)床安全的少數(shù)幾個(gè)重要信號(hào)如急停、撞到限位開(kāi)關(guān)等，然后，余下的時(shí)間是用來(lái)執(zhí)行第2級(jí)程序的一部分，這樣系統(tǒng)就根據(jù)第二級(jí)程序的長(zhǎng)短被自動(dòng)分割成n等分，而在宏觀上，緊急事件是立即反應(yīng)的。在隨后的各周期內(nèi)，每個(gè)周期的開(kāi)始都要首先執(zhí)行一次一級(jí)程序，執(zhí)行完一級(jí)程序后，再執(zhí)行第2級(jí)程序中剩余的部分，周而復(fù)始直至全部程序執(zhí)行完畢，這個(gè)過(guò)程稱做PLC程序的分割。所以整個(gè)PLC的執(zhí)行周期是n×8ms，可見(jiàn)一級(jí)程序應(yīng)該越短越好，如果第一級(jí)程序過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致每8ms內(nèi)掃描的第二級(jí)程序過(guò)少，則第二級(jí)程序被分隔成的數(shù)量n就多，整個(gè)執(zhí)行周期就相應(yīng)延長(zhǎng)。周德卿2015.879圖6-37FANUC0i-C/D數(shù)控系統(tǒng)的PLC順序程序執(zhí)行時(shí)序周德卿2015.8806.5PLC輔助功能控制與典型案例6.5.1輔助功能控制概述

如前述，CNC發(fā)出的指令有兩種形式：

一是，以G代碼(準(zhǔn)備功能)形式發(fā)出，用來(lái)指定進(jìn)給軸按照給定規(guī)定軌跡運(yùn)行，完成零件輪廓插補(bǔ)控制，這由CNC的NCK中央控制單元完成。

二是，機(jī)床順序控制功能，以M、S、T代碼(輔助功能)形式發(fā)出，具體執(zhí)行動(dòng)作由CNC的內(nèi)置PLC完成。1.M功能的實(shí)現(xiàn)M功能又稱輔助功能，用來(lái)控制主軸的正反轉(zhuǎn)及停止，主軸齒輪箱的變速，冷卻液的開(kāi)關(guān)，卡盤(pán)的夾緊松開(kāi)，以及自動(dòng)換刀裝置的取刀和還刀等。在M功能實(shí)現(xiàn)方式上大致分為兩種：

一種是開(kāi)關(guān)量方式，即CNC將M功能以開(kāi)關(guān)量形式送到PLC輸入接口，然后由PLC進(jìn)行邏輯處理，并輸出控制有關(guān)執(zhí)行元件動(dòng)作；

另一種是寄存器方式，CNC將M功能代碼直接傳送至PLC相應(yīng)寄存器中，然后由PLC進(jìn)行邏輯處理，并輸出控制有關(guān)執(zhí)行元件動(dòng)作。

周德卿2015.881(2)S功能的實(shí)現(xiàn)

S功能主要完成主軸的控制，常用S4位代碼直接指定主軸轉(zhuǎn)速，例如S1500表示主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，可見(jiàn)S4位代碼可表示的主軸轉(zhuǎn)速范圍為0-9999r/min。CNC將轉(zhuǎn)速指令以數(shù)字形式輸入到PLC中，再由PLC中的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)成相對(duì)應(yīng)的模擬電壓如0-10V，經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)等執(zhí)行元件。(3)T功能的實(shí)現(xiàn)

T功能即刀具換刀功能，T代碼一般為2位，表示刀具號(hào)。以加工中心為例，加工程序中的T代碼指令由CNC傳送至PLC，經(jīng)譯碼后并在刀具數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼所指定的目標(biāo)刀號(hào)地址，然后與使用的當(dāng)前刀號(hào)相比較。如果相同，說(shuō)明指定的目標(biāo)刀具就是當(dāng)前所使用的刀具，不必?fù)Q刀；若不相同，則需換刀操作。首先，回轉(zhuǎn)刀庫(kù)尋找到目標(biāo)刀號(hào)，然后將主軸準(zhǔn)停，機(jī)械手一端拔出當(dāng)前刀具，另一端則抓取目標(biāo)刀具，然后回轉(zhuǎn)180o，將現(xiàn)行刀具歸還刀庫(kù)而將目標(biāo)刀具裝在主軸上，完成整個(gè)換刀過(guò)程。換刀期間要禁止進(jìn)給軸運(yùn)轉(zhuǎn)，需在“進(jìn)給保持”狀態(tài)。周德卿2015.8826.5.2西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)PLC輔助功能控制與典型案例

1.西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)輔助功能控制信號(hào)在西門(mén)子808D數(shù)控系統(tǒng)中，與M、S、T功能相關(guān)的接口信號(hào)DB數(shù)據(jù)塊地址是以DB2500打頭的信號(hào)。其中，DB2500.DBX2000表示傳輸T功能，DB2500.DBX3000表示傳輸M動(dòng)能，DB2500.DBX4000則表示傳輸S功能等，部分接口信號(hào)數(shù)據(jù)塊地址如表6-10所示。例如：當(dāng)NCK數(shù)字控制中央單元執(zhí)行到加工指令T××?xí)r，NCK置DB2500.DBX8.0信號(hào)為有效，置位“1”，表示PLC要更改T功能，并且把T指令編程刀號(hào)譯碼后存放在DB2500.DBX2000中；同理，當(dāng)NCK執(zhí)行到加工指令M××?xí)r，NCK置DB2500.DBX4.0信號(hào)為有效，置位“1”，表示PLC要更改M功能，同時(shí)把與M功能譯碼指令對(duì)應(yīng)的DB2500.DBX10××.×信號(hào)為有效置位“1”，以便讓PLC知道具體的M指令，例如DB2500.DB1000.3為主軸正轉(zhuǎn)信號(hào)M03，S功能處理基本相同，S功能處理基本相同。其它交換接口信號(hào)DB數(shù)據(jù)塊地址與說(shuō)明詳見(jiàn)“SINUMERIK8O8D調(diào)試手冊(cè)”。

周德卿2015.883表6-10808D數(shù)控系統(tǒng)與M、S、T功能相關(guān)的DB數(shù)據(jù)塊地址周德卿2015.8842.西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)輔助功能實(shí)現(xiàn)典型案例【例6-8】西門(mén)子808D系統(tǒng)數(shù)控車床PLC換刀控制梯形圖程序的設(shè)計(jì)。(1)數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)與工作原理數(shù)控車床加工復(fù)雜零件時(shí)，需要幾把刀具輪換使用，這就要求刀架能自動(dòng)換位，完成自動(dòng)換刀。圖6-38示出了四工位電動(dòng)刀架產(chǎn)品圖，圖6-39則示出了自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架原理圖。當(dāng)PLC發(fā)出換刀信號(hào)后，若要求的目標(biāo)刀號(hào)與實(shí)際在位的實(shí)時(shí)刀號(hào)不一致，刀架電動(dòng)機(jī)就正轉(zhuǎn)，通過(guò)螺桿推動(dòng)螺母使刀臺(tái)上升到精密端齒盤(pán)脫開(kāi)時(shí)位置并旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)杜_(tái)轉(zhuǎn)到實(shí)時(shí)刀號(hào)與目標(biāo)刀號(hào)位置相符時(shí)，PLC發(fā)出反轉(zhuǎn)信號(hào)使刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，于是刀臺(tái)被定位卡死而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，并緩慢下降至精密端齒盤(pán)的嚙合位置，實(shí)現(xiàn)精密定位并鎖緊。當(dāng)夾緊力增大到推動(dòng)彈簧而竄動(dòng)壓縮觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)并發(fā)出換刀已完成的應(yīng)答信號(hào)，程序繼續(xù)執(zhí)行。

周德卿2015.885圖6-38簡(jiǎn)易四工位電動(dòng)刀架產(chǎn)品圖

圖6-39簡(jiǎn)易自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)原理圖

l-刀位觸點(diǎn)2-刀位發(fā)訊盤(pán)電路板3-觸點(diǎn)4-刀臺(tái)5-螺桿副6-精密齒盤(pán)7-變速齒輪8-蝸輪9-滑套式蝸桿10-停車開(kāi)關(guān)11-刀架座12-壓簧13-粗定位周德卿2015.886（2）自動(dòng)換刀技術(shù)要求①換刀程序以SINUMERIK808DPLC子程序庫(kù)中的Turret1_HET_T霍爾元件刀架控制子程序（子程序51）為藍(lán)本改寫(xiě)，適用于霍爾元件檢測(cè)刀位信號(hào)的簡(jiǎn)易四方或六方刀架，這種刀架只能單方向換刀，刀架電機(jī)為普通異步電動(dòng)機(jī)。圖6-39上的零件2，就是用霍爾三極管作接近開(kāi)關(guān)制成的刀位發(fā)訊盤(pán)。若是四工位刀架，則霍爾開(kāi)關(guān)每90o裝一個(gè)，與其外罩上嵌裝的小磁鐵接近時(shí)接通。四個(gè)刀位信號(hào)T1～T4，從808D的背面PLC輸入接口X101的I1.2～I(xiàn)1.4接入

。②PLC換刀程序要從808D的背面PLC輸出接口X201的Q1.0和Q1.1，輸出刀架電機(jī)正、反轉(zhuǎn)信號(hào)，并通過(guò)直流繼電器連鎖至交流接觸器以驅(qū)動(dòng)刀架電機(jī)正、反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)都茈妱?dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，尋找目標(biāo)刀號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。當(dāng)?shù)都茈姍C(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，則為鎖緊定位切削。尋找刀具的時(shí)間有監(jiān)控，若尋刀時(shí)間大于15秒～20秒，則認(rèn)為換刀失敗，應(yīng)退出換刀。此外，刀架反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)間應(yīng)限制為1～l.5秒，否則報(bào)警。此時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)實(shí)際處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，反轉(zhuǎn)時(shí)間若太長(zhǎng)，可能導(dǎo)致電機(jī)繞阻發(fā)熱而燒毀；周德卿2015.887③可在手動(dòng)和MDA方式下，實(shí)現(xiàn)T功能自動(dòng)換刀動(dòng)作。在JOG方式下點(diǎn)動(dòng)機(jī)床控制面板上手動(dòng)換刀鍵，可使刀架轉(zhuǎn)一個(gè)刀位；④在換刀過(guò)程中CNC接口信號(hào)“讀入禁止”(DB3200.DBX6.1)和“進(jìn)給保持”(DB3200.DBX6.0)置位為“1”狀態(tài)，這表示零件程序暫停執(zhí)行，等侍換刀完成后方可繼續(xù)進(jìn)行。這期間，將禁止伺服進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng),以保證刀具不與工件相撞。⑤在急停刀架電機(jī)過(guò)載或程序測(cè)試及仿真時(shí)，禁止刀架換刀。（3）自動(dòng)換刀控制流程圖

四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀工作時(shí)序如圖6-40所示，PLC控制程序流程圖如圖6-41所示，據(jù)此可設(shè)計(jì)的808D系統(tǒng)四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀梯形圖程序。圖6-40簡(jiǎn)易四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀時(shí)序圖周德卿2015.888圖6-40簡(jiǎn)易四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀時(shí)序圖周德卿2015.889正轉(zhuǎn)換刀監(jiān)控時(shí)間15秒，若超時(shí)即換刀失敗刀號(hào)為0時(shí)即刀位發(fā)信器壞,或在急停及檢測(cè)時(shí)退出換刀反轉(zhuǎn)鎖緊監(jiān)控時(shí)間1秒，若超時(shí)即換刀失敗換刀期間禁止進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)和刀架反轉(zhuǎn)圖6-41刀架控制流程圖周德卿2015.890（4）808D系統(tǒng)簡(jiǎn)易四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀梯形圖程序808D系統(tǒng)的簡(jiǎn)易四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀梯形圖程序如圖6-42所示，表6-11808D系統(tǒng)簡(jiǎn)易四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀I/0接點(diǎn)信號(hào)①生成用戶報(bào)警信號(hào)本程序定義了三個(gè)用戶報(bào)警信號(hào)(“SINUMERIK808D子程序庫(kù)手冊(cè)”)。700023---編程刀號(hào)大于刀架刀位數(shù)：700024---尋刀監(jiān)控時(shí)間超出；700025---無(wú)刀架定位信號(hào)(刀架沒(méi)有到位或刀架電子發(fā)信盤(pán)故障)。

②使用的變量MD32---存儲(chǔ)當(dāng)前刀號(hào)值；MD36---存儲(chǔ)目標(biāo)刀號(hào)值。

③中間繼電器的標(biāo)志位中間繼電器標(biāo)志位是邏輯運(yùn)算的中間結(jié)果，供程序連鎖過(guò)渡設(shè)計(jì)用，由程序設(shè)計(jì)者定義。在本四工位自動(dòng)換刀梯形圖程序中用到的中間繼電器有：M112.3、M112.5、M112.6、M112.7、M113.3、M113.4等，可在換刀程序中找到具體含義。例如：M112.5---編程刀號(hào)有效標(biāo)志位；M113.3---手動(dòng)換刀使能位；M113.4---手動(dòng)正轉(zhuǎn)換刀結(jié)束標(biāo)志。周德卿2015.891④接口信號(hào)

本程序所涉及到的接口信號(hào)在表6-11中列出了一部分，至于所涉及的數(shù)十個(gè)以DB數(shù)據(jù)塊形式表示的NCK、PLC、MCP之間信息交換的接口信號(hào)，為讀者閱讀方便，已表示梯形圖注釋中。根據(jù)前述的設(shè)計(jì)技術(shù)要求和圖6-41所示的自動(dòng)換刀控制流程圖，讀者閱讀并理解圖6-42所示的808D系統(tǒng)簡(jiǎn)易四工位電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀梯形圖程序就不困難了，梯形圖邏輯控制說(shuō)明參見(jiàn)圖6-42右邊的文字注釋。該梯形圖程序的設(shè)計(jì)參考了西門(mén)子802S系統(tǒng)車床換刀程序，使該程序更易理解。雖然與808D子程序庫(kù)中的子程序51有差別，但是設(shè)計(jì)思想是一致的。周德卿2015.892圖6-42自動(dòng)換刀梯形圖程序周德卿2015.893圖6-42自動(dòng)換刀梯形圖程序（續(xù)）周德卿2015.8946.5.3FANUC數(shù)控系統(tǒng)PLC輔助功能控制與典型案例（1）M、S、T代碼處理時(shí)序

當(dāng)FANUC0i系列NC執(zhí)行到加工程序段中的M、S、T代碼時(shí)，執(zhí)行時(shí)序見(jiàn)圖7-17，處理的具體步驟如下，。①首先NC會(huì)把具體代碼信號(hào)（代碼的數(shù)值）發(fā)送到PLC特定的代碼寄存器中，同時(shí)會(huì)有相應(yīng)的輔助功能觸發(fā)信號(hào)也送到PLC中去。②PLC根據(jù)NC相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)和代碼信號(hào)執(zhí)行譯碼動(dòng)作，并觸發(fā)相應(yīng)的機(jī)床動(dòng)作。如主軸旋轉(zhuǎn)控制、換刀動(dòng)作等。③當(dāng)動(dòng)作執(zhí)行完成后,PLC會(huì)發(fā)出一個(gè)完成信號(hào)給NC，表示動(dòng)作執(zhí)行已完成，NC可以繼續(xù)執(zhí)行下面加工程序段，否則系統(tǒng)會(huì)處在等待狀態(tài)④當(dāng)NC接到PLC的完成信號(hào)后，會(huì)切斷輔助功能的觸發(fā)信號(hào)，表示NC響應(yīng)了PLC的完成信號(hào)。⑤當(dāng)NC觸發(fā)信號(hào)關(guān)斷后，PLC切斷返回給NC的完成信號(hào)。M、S、T各輔助功能處理過(guò)程及時(shí)序同上，程序地址、代碼信號(hào)等見(jiàn)表7-7。周德卿2015.895圖6-43M代碼處理時(shí)序圖周德卿2015.896功

能程序地址CNC輸出給PMC的信號(hào)PMC輸入給CNC信號(hào)代碼信號(hào)選通信號(hào)分配結(jié)束信號(hào)結(jié)束信號(hào)M輔助功能MF10~F13F7.0(MF)F1.3(DEN)G4.3(FIN)主軸速度功能SF22~F25F7.2(SF)刀具功能TF26~F29F7.3(TF)2.M、S、T輔助信息交換的代碼地址、選通信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)

FANUC0i-D的M、S、T輔助功能信息交換的代碼地址、選通信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)見(jiàn)表6-12。表6-12FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)各輔助功能信號(hào)

零件加工程序的輔助功能M00-M31、S00-S31、T00-T31分別對(duì)應(yīng)代碼信號(hào)F10.0-F13.7、F22.0-F25.7、F26.0-F29.7各存儲(chǔ)位(8位)。當(dāng)加工程序中出現(xiàn)某輔助功能時(shí)，對(duì)應(yīng)的代碼信號(hào)位FX.X被置l，例如M03，對(duì)應(yīng)代碼F10.3被置1。此外M代碼選通信號(hào)為F7.0，S主軸功能選通信號(hào)為F7.2，T刀具交換的選通信號(hào)為F7.3。周德卿2015.8973.FANUC數(shù)控系統(tǒng)PLC輔助功能實(shí)現(xiàn)的典型案例