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第五章数控机床用可编程控制器可编程控制器PLCCNC控制器计算机硬件与数控系统软件输出设备打印机穿孔机电传机显示设备输入设备编程计算机操作面板电子手轮纸带阅读机程序电气控制单元机床电器速度控制单元位置检测进给电机主轴控制单元

主轴电机第一节概述一、PLC的产生与发展1、PLC（ProgrammableLogicController）是一类以微处理器为基础的通用型自动控制装置。它一般以顺序控制为主，回路调节为辅，能够完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能。即能控制开关量，也能控制模

拟量。2、PLC的产生与发展1）数控机床出现以前，采用以运行时间和状态为顺序的顺序控制技术，采用传统的继电器逻辑控制电路（RLCRelayLogicCircuit）；2）1969年，美国DEC公司研制出第一

台可编程序控制器，只用于解决生产设备在运行中开关量信息的逻辑控制；3）70年代，PLC用于工业生产控制，实现顺序控制；4）80年代，成为高性能数控设备和生产制造系统的控制设备。3、发展方向1）低档PLC向小型、简易、廉价方向发展

--使之广泛地取代继电器控制；2）中、高档PLC向大型、高速、多功能方向发展--使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模的复杂系统进行综合性的自动控制。二、特点和功能1、RLC的缺点：1）功能有限：只能解决开关量的简单逻辑运算，以及

定时、计数等有限几种功能控制，难以实现复杂的逻辑运算、算术运算、数据处理；2）触点有限:体积较大，每个器件工作触点有限。受控对象较多或控制动作顺序较复杂时，需要采用大量的器件，功耗高，可靠性差等。3）改变控制功能时，需要增减控制元器件和重新布线，安装和调整周期长，工

作量大；2、PLC的特点1）可靠性高；2）控制功能强；3）编程简单：语言、梯形图、流程框图；4）灵活性好；5）直接驱动负载能力强；6）便于实现机电一体化；7）易于实现网络控制。3、PLC的功能1）逻辑运算、定时、计数、算术运算、PID(比例（P）、积分（I）和微分（D）

)运算、A/D、D/A转换等；2）逻辑控制、模拟量控制、通信联网、过程监控等。三、结构硬件、软件1、硬件CPU电池电源用户RAM用户EPROM系统程序EOROM编程设备输入/输出电路功能开关和指示器1）中央处理单元CPUa.接收并存储用户程序和数据；b.查询

各种信号状态或数据，并存入寄存器；c.诊断电源及PLC电路工作状态和编程的语法错误；d.读取程序，经解释后，按指令控制信号，去启闭有关的控制电路；e.完成逻辑运算或算术运算等任务；f.更新标志位的状态和输出状态寄

存器的内容。PLC常用的CPU:通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。2）存储器用来存储数据或程序。它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。系统程序存储器-----用以存储系统程序用户程序存储器-----用以存储用户程序3）输入/输出（I/O）模块：是CPU与现场I/O设

备或其他外部设备之间的连接部件4）编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视；调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数；经过接口与CPU联系，完成人机对话连接。5）电源：配有开关式稳压电源的电源模块，用来对PLC的内部电路供电。2、PLC

软件系统：系统程序、用户程序1）系统程序：监控程序----管理全机编译程序----把程序语言翻译成机器语言诊断程序----用来诊断机器故障2）用户程序用PLC的程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制要求。小型PLC的用户程序比较

简单，不需要分段，是顺序编制的。大中型PLC的用户程序长而且复杂，为使用户程序编制简单清晰，可按功能结构或使用目的，将用户程序划分成各个程序模块。四、分类和常用名称1、分类：根据输入／输出点数的多少或者程序存储器容量（字数）的大小作为评价的标准

，将PLC分为：小型、中型和大型（或小规模、中规模和大规模）评价指标PLC规模输入/输出点数（二者总点数）程序存储容量（KB＝千字）小型PLC小于128点1KB以下中型PLC128点至512点1－4KB大型PLC512点以上4KB以上2、常见名称微机可编程控制器MPC（Micropro

cessorProgrammableController）可编程接口控制器PIC（ProgrammableInterfaceController）可编程机器控制器PMC（ProgrammableMachineController）可编

程顺序控制器PSC（ProgrammableSequenceController）第二节数控机床用PLC一、数控机床用PLC：1、分类：1）“内装型”PLC（Built-inType）：专为实现数控机床顺序控制而设计制造的。2）“独立型”PLC（Stand-alone

Type）：输入／输出信号接口技术规范、输入／输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求。2、内装型NCPLC输入、输出电路CRT/MDI面板机床操做面板强电、气、液动控制电路刀库伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元位置检测机床电气柜CNC装置

1）结构：2）特点：（1）PLC从属于CNC装置，实际上是CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。（2）内装型PLC的性能指标是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。（3）采用内装型PLC结构，扩

大了CNC系统直接处理信息的能力，提高了其控制能力；（4）在系统的具体结构上：可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU；硬件电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷板上，也可以单独制成一块附加板使

用CNC系统本身的输入／输出电路；所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。（5）造价便宜，CNC的性价比高3、独立型PLC装置CNC装置NCPLC输入、输出电路CRT/MDI面板机床操做面板位置检测┇┇机床电气柜强电、气、液动控制电路刀库伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元输入、输出

电路输入、输出电路1）结构：内装型内装型NCPLC输入、输出电路CRT/MDI面板机床操做面板强电、气、液动控制电路刀库伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元位置检测机床电气柜CNC装置2）独立型PLC的特点：CPU电池电源用户RAM用户

EPROM系统程序EOROM编程设备输入/输出电路功能开关和指示器（1）具有基本的功能结构：（2）采用积木式模块化结构或笼式插板式结构。各功能电路多做成独立的模块或印刷电路插板，安装方便，功能易于扩展和变更等优点。通信模块、D／A模块

、计数模块、定位模块（3）输入、输出点数可以通过I／O模块或插板的增减灵活配置。二、PLC的工作过程基本工作过程：用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器，CPU对用户程序循环扫描并顺序执行。2、用户程序的循环扫描执行过程输入采样、程序执行、输出刷新输入端子输入映像寄存器

输出映像寄存器输出锁存电路输出端子输入采样阶段重复工作程序执行阶段输出刷新阶段1）输入采样PLC以扫描方式将所有输入端的输入信号状态（ON/OFF状态）读入到输入映像寄存器中寄存起来。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。

2）程序执行阶段PLC对程序按顺序进行扫描。扫描---读入---逻辑或算术运算----存入专用寄存器。若执行程序输出指令时，则将相应的运算结果存入输出映像寄存器。3）输出刷新阶段3、输入／输出滞后由于输入／输出模块滤波器的时间常数，输出继电器的机械滞后以及执行程序时按工作周期进行等

原因，会使输入/输出响应出现滞后现象。措施：1）采用高速响应的输入/输出模块2）将顺序程序分为：快速响应的高级程序-----中断一般响应速度的低级程序----分割第三节典型PLC的指令系统一、PLC常用编程语言采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程梯形图语言LAD（Ladd

erDiagram）语句表STL（StaementList）控制系统流程图CSF（ControlSystemFlowchat）1、梯形图语言1）特点：是由电器控制电路演变而来的优点：形象、直观、实用、相对容易掌握缺点：输入要求较高档次的硬件编程器支持，硬件成本要求高

。但用计算机软件能实现。2）梯形图中的符号触点符号：输出符号：逻辑电源符号：3）逻辑运算“与”运算：“或”运算：“非”运算：BAF*BAFBF2、语句表（指令语言）与计算机汇编语言相似的助记符式编程语言对编程器的要求很低，

对有计算机基础知识的工程技术人员，容易掌握。操作码+操作数LDX0000RDX00003、系统流程图一种控制功能说明语言，功能直观、条件清晰、一目了然的特点。但对编程器要求高，用于大中型PLC机上。1、基本指令（1）堆栈寄存器

暂存逻辑操作的中间结果，按先进后出、后进先出的原理工作。当前操作结果压入时，堆栈各原状态全部左移一位；相反地取出操作结果时堆栈全部右移一位，最后压入的信号首先恢复读出。二、FANUC-PMC-L指令指令种类：基本指令：设计顺序程序时用功能指令：便于对机床特殊

运行控制的编程堆栈寄存器ST5ST4ST3ST7ST6ST1ST8ST0ST2堆栈寄存器（存储逻辑操作的中间结果）存放当前逻辑操作结果(2)基本指令和处理内容1RD读指令信号的状态，并写入ST0中。在一个阶梯开始的是常开节点时使用2RD.NOT将信号的“非”

状态读出，送入ST0中。在一个阶梯开始的是常闭节点时使用3WRT输出运算结果（ST0的状态）到指定地址4WRT.NOT输出运算结果（ST0的状态）的“非”状态到指定地址5AND将ST0的状态与指定地址的信号状态相“与”后，再置于ST0中6AND.NOT将ST0的状态与指定地址的“非”状态相“

与”后，再置于ST0中7OR将指定地址的状态与ST0相“或”后，再置于ST08OR.NOT将指定地址的“非”状态与ST0相“或”后，再置于ST09RD.STK堆栈寄存器左移一位，并把指定地址的状态置于ST010RD.NOT.STK堆栈寄存器左移一位，并把指定地址的状态取“非”后再置于S

T011AND.STK将ST0和ST1的内容执行逻辑“与”，结果存与ST0，堆栈寄存器右移一位12OR.STK将ST0和ST1的内容执行逻辑“或”，结果存与ST0，堆栈寄存器右移一位(3)梯形图举例2、功能指令（1）由NC输出的M、S、T二进制代码信号的译码（DEC）；（2）机械

运动状态或液压系统动作状态的延时（TMR）确认；（3）加工零件的计数（CTR），（4）刀库、分度工作台沿最短路径旋转和现在位置至目标位置步数的计算（ROT）；（5）换刀时数据检索（DSCH）等。满足机床信息处理和动作制的特殊要求。例如：对于上述的译码、定时、计数、最短路

径选择，以及比较、检索、转移、代码转换、四则运算、信息显示等控制功能，仅用一位操作的基本指令编程，实现起来将会十分困难。因此要增加一些具有专门控制功能的指令，这些专门指令就是功能指令。功能指令都是一些子程序，应

用功能指令就是调用了相应的子程序。表5-4列出了35种功能指令和处理内容。功能指令的格式一、数控机床的控制对象及接口信号1、控制对象：一类是“数字控制”：最终控制各坐标轴运动，如：各轴运行的插补、补偿等的控制。另一类是“顺序

控制”：主要控制开关量信号。第四节数控机床PLC的程序设计及调试“NC侧”：包括CNC系统的硬件和软件，与CNC系统连接的外部设备。“MT侧”(机床侧)：包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置

、机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。PLC处于NC与MT之间，对NC和MT的输入、输出信号进行处理。输入信号：由MT向CNC传送的信号输出信号：由CNC向MT传送的信号输入输出信号的主要类型：1）直流输入信号2）直流输出信号3）直流模拟输入信号4）直流模拟输出信号5）交流输入信号6）交流输

出信号2、信号接口典型输入信号接口和电路MTKNC＋24VX2.7M18(24)RVCNC接收器输出信号DC输入信号+24V电平转换电路MT1.直流输入信号直流输入信号典型电路2.直流输出信号MT+24VNCY48.0M2(25)DVMT指示灯保护电阻C

NCDV+24V稳压电源0VMT保护二极管+24V稳压电源0VCNCDV继电器(1)负载为指示灯的信号输出电路(2)负载为继电器线圈的信号输出电路继电器控制梯形图控制二、梯形图工作原理S3S1S4KS1S3S4KS2S2KK

梯形图结构W2W1ABCX10.4X2.0R466.4R460.0DGX4.1R490.4R450.1EY51.2FY51.3电力轨节点或触点线圈或继电器线圈梯级三数控机床PLC程序的设计和调试开始确定PLC型号及其硬件配置制作信号接口技术文件绘制梯形图用编程机键盘输入程序用编程

机编辑程序程序是否正确?将程序送至RAM用模拟装置调试程序用EPROM代替RAM运行检查联机调试程序将程序存入软盘将程序写入EPROM是否用机床模拟？程序是否正确？程序是否需要修改？程序是否正确打印梯形图和信号符号表结束NYYNNNNYYY输入

点：是与机床侧被控对象有关的输入信号接口，以及由机床侧直接连接到NC的输入信号接口。输出点：向机床侧继电器，指示灯等输出信号的接口。存储容量：普通CNC车床顺序程序的规模约1000步，小型加工中心约2000步。确定PLC型号及其硬件配置1、输入输出信号电路原理图2、地

址表MT→PLC地址表，又称“输入信号地址表”，XPLC→MT地址表，又称“输出信号地址表”，YPLC→NC地址表，传送信号的接口地址表，GNC→PLC地址表，P3、PLC数据表为顺序程序用数据表，R制作信号接口技术文件在实验室条件下，采用特

制的“仿真设备”（或称“模拟装置”、“模拟台”等）代替机床与CNC、PLC、PLC程编设备联接起来，对顺序程序进行的调试。“仿真调试”具有安全、能耗小、调试辅助人员少等优点。仿真调试联机调试CNC编程机EPROM写入机机床M

TNC输入/输出电路PLC调试插RAM卡调完插EPROM