【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 端與車床強(qiáng)電信號(hào)聯(lián)接。PLC在CNC車床中的主要作用，是控制強(qiáng)電部分，如：主控電源、伺服電源、刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、潤(rùn)滑電機(jī)等。由于流過強(qiáng)電電路的電流很大，在PLC輸出端都接有保護(hù)用繼電器。在每一個(gè)交流線圈兩側(cè)并聯(lián)阻容電路以吸收由于線圈通斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流。為了提高電機(jī)運(yùn)行的可靠性。在接觸器線圈電路中加有互鎖保護(hù)觸點(diǎn)。同理，每個(gè)電機(jī)的運(yùn)行程序控制邏輯，都固化在PCROM卡中，受機(jī)床操作面板開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制。(3)PLC輸入端與CNC機(jī)床數(shù)控裝置I／O口的聯(lián)接?？删幊炭刂破鬏敵龆说耐〝啵怯善漭斎攵送〝酄顟B(tài)及梯形圖程序決定的。CNC車床數(shù)控裝置與可編程控制器的聯(lián)接，是通過軟開關(guān)直接控制PLC輸入端的通斷，以決定PLC輸出端的狀態(tài)。從數(shù)控裝置I／O口的信息流向分析，可以分為兩種情況：一是數(shù)控裝置從I／O口輸出指令，控制PLC完成相應(yīng)的動(dòng)作；另一種是檢測(cè)PLC輸入口的開關(guān)狀態(tài)，數(shù)控裝置的I／O口是輸入信號(hào)，數(shù)控裝置根據(jù)輸入信號(hào)的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。(4)CNC加工代碼在PLC上的實(shí)現(xiàn)方法。目前，數(shù)控車床程序中，有關(guān)車床坐標(biāo)系約定、準(zhǔn)備功能、輔助功能、刀具功能及程序格式等方面已趨于統(tǒng)一，形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的CNC車床ISO代碼。在—個(gè)加工程序中，包含許多程序段，每個(gè)段又由若干字組成，每1個(gè)字表示一種功能，歸納起來有4種：第一種是準(zhǔn)備功能，即所謂的G代碼；第二種是輔助功能，即所謂的M代碼；第三種是刀具功能，即所謂的T代碼；第四種是轉(zhuǎn)速功能，即所謂的S代碼。根據(jù)數(shù)控車床性能的不同，能執(zhí)行這4種功能多少的程度也不同。在數(shù)控車床內(nèi)部的4種功能中，G功能主要與聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)有關(guān)，是通過CPU控制數(shù)控裝置的I／O接口實(shí)現(xiàn)；M功能主要控制車床強(qiáng)電部分，包括主軸換向、冷卻液開關(guān)等功能；T功能與刀具的選擇和補(bǔ)償有關(guān)。(5)T功能代碼的實(shí)現(xiàn)方法。T功能代碼包含兩部分：一是刀具選擇；二是刀具位置補(bǔ)償。在PLC上實(shí)現(xiàn)的是第1部分功能：刀具選擇。換刀過程如下：運(yùn)行數(shù)控程序，發(fā)出某個(gè)刀具號(hào)的換刀指令，對(duì)應(yīng)的數(shù)控裝置I／O口變?yōu)楦唠娖?，使PLC輸入端的軟開關(guān)接通，換刀電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)在刀架上的干簧管觸點(diǎn)開關(guān)接通后，換刀電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落壓緊，當(dāng)壓緊力足夠大時(shí)，微動(dòng)開關(guān)接通，換刀電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)啊。(6)M功能代碼實(shí)現(xiàn)方法。ISO數(shù)控加工代碼標(biāo)準(zhǔn)中輔助功能很多，對(duì)于不同的數(shù)控車床，所能實(shí)現(xiàn)的輔助功能也不盡相同，但是各種數(shù)控車床都具有一些基本的輔助功能。如M00（程序停止)，M03(主軸正轉(zhuǎn))，M05(主軸停止)等，M功能的一部分是由數(shù)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)，還有一部分需要數(shù)控裝置與Pig相結(jié)合來完成。如主軸的正轉(zhuǎn)與停止功能，M功能的實(shí)現(xiàn)與T功能的實(shí)現(xiàn)方法類似，同樣是數(shù)控裝置FO接口發(fā)出指令，由PLC輸入端狀態(tài)和PLC內(nèi)部ROM中的梯形圖程序決定PLC輸出端的狀態(tài)，進(jìn)而完成M功能。 PLC的分類(1)CNC數(shù)控系統(tǒng)的兩類控制信號(hào)。一類是高速信號(hào)，主要用于各個(gè)坐標(biāo)軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)；另一類是低速信號(hào)，主要用于控制主軸電機(jī)的正、反運(yùn)轉(zhuǎn)、接觸器、電磁閥的通斷等開關(guān)量。低速信號(hào)的控制對(duì)象，主要一些高電壓或大電流的強(qiáng)電設(shè)備，其控制采用可編程序控制器，具有可靠性高，柔性好等特點(diǎn)，而且隨著可編程控制器本身性能價(jià)格比不斷提高，在現(xiàn)代CNC、FMS系統(tǒng)中的應(yīng)用有不斷上升的趨勢(shì)。(2)數(shù)控車床PLC目前的兩種形式。一種是采用單獨(dú)的CPU完成PLC功能，即配有專門的PLC，PLC在CPU外部，稱為外裝型PLC；第二種是采用數(shù)控系統(tǒng)與PLC合用一個(gè)CPU的方法，PLC在CPU內(nèi)部，稱為內(nèi)裝型PLC。FANUC數(shù)控系統(tǒng)采用內(nèi)裝型PLC。4 PLC系統(tǒng)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)通訊 PLC的工作原理 PLC的等效工作電路PLC是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時(shí)，可不必用計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把PLC等效成輸入、輸出或內(nèi)部控制電路三部分。1)輸入部分這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是PLC與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器等輸入設(shè)備連接的端口。每個(gè)端子可等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)（輸入觸點(diǎn)號(hào)）。這個(gè)線圈由接到的輸入端的外部信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由PLC的電源部件提供（如直流24V），也可由獨(dú)立的交流電源（如交流110V）供給。每個(gè)輸入繼電器可以有無窮多個(gè)內(nèi)部的觸點(diǎn)（常開、常閉形式均可），供設(shè)計(jì)PLC的內(nèi)部控制電路（即編制PLC控制程序）時(shí)使用。2)內(nèi)部控制電路這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，判斷應(yīng)該產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實(shí)際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。PLC程序一般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，PLC程序中的常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。在PLC內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及常開、常閉觸點(diǎn)只能在PLC內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。3）輸出部分這部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在PLC內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器（有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式），它也有無限多軟件實(shí)現(xiàn)的常開、常閉觸點(diǎn)，可在PLC內(nèi)部控制電路中使用；但對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸出端只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù)載。外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電源接在輸出公共端（COM）上?？傊谑褂肞LC時(shí)，可以把輸入端等效為一個(gè)繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)（常開或常閉）可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端可以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個(gè)常開觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。 PLC的工作過程PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng)PLC加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括檢查I/O及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時(shí)器、檢查I/O單元的連接等。開始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序，這個(gè)過程可以分為如下四個(gè)階段：1)公共處理階段；2)執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段；3)程序執(zhí)行階段；4)輸入、輸出更新階段。 PLC的掃描時(shí)間PLC完成一個(gè)掃描周期所需要的時(shí)間，稱為掃描周期時(shí)間，簡(jiǎn)稱掃描時(shí)間。掃描時(shí)間的長(zhǎng)短取決于系統(tǒng)的配置、I/O通道數(shù)、程序中使用的指令及外圍設(shè)備的連接等。將一次工作循環(huán)中每個(gè)階段所需的時(shí)間加在一起就是掃描時(shí)間。其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。（1）輸入采樣階段 PLC掃描時(shí)間示意圖 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(2)用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映像區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映像區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。(3)輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，必須知道有了一個(gè)輸入信號(hào)后PLC經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間才能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)，否則，就不能正確并精確地解決系統(tǒng)各部分之間的配合問題。從PLC的工作過程可知：當(dāng)PLC工作在程序執(zhí)行階段時(shí)，即使輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，既輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容發(fā)生變化，CPU執(zhí)行的輸入信號(hào)也不會(huì)變化，而要到下一個(gè)周期的輸入、輸出更新階段，才能有效。如果在一個(gè)掃描周期的I/O更新階段剛過就收到一個(gè)輸入信號(hào)，則該信號(hào)在本周期內(nèi)不能起作用，必須等下一個(gè)掃描周期才能起作用，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，它等于輸入延遲時(shí)間、二個(gè)掃描周期時(shí)間與輸出延遲時(shí)間三者之和。其最短的I/O響應(yīng)時(shí)間與最長(zhǎng)的I/O響應(yīng)時(shí)間如下圖所示：最短 I/O響應(yīng)時(shí)間： PLC最短掃描時(shí)間示意圖最長(zhǎng) I/O響應(yīng)時(shí)間： PLC最長(zhǎng)掃描時(shí)間示意圖 PLC的組成 PLC的組成分析圖 中央處理單元（CPU）CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。CPU主要完成的任務(wù)有：1)從存儲(chǔ)器中讀取指令；2)執(zhí)行指令；3)準(zhǔn)備取下一條指令；4)處理中斷。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。所謂系統(tǒng)程序，是指控制和完成PLC各種功能的程序，這些程序是由PLC的制造廠廠家用微機(jī)的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到只讀存儲(chǔ)器（ROM）；所謂用戶程序，就是使用者根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。用戶程序由使用者通過編程器輸入到PLC的讀寫存儲(chǔ)器（RAM）中，允許修改，由用戶啟動(dòng)運(yùn)行。1)只讀存儲(chǔ)器ROM在ROM中，存放著PLC制造廠家編寫的系統(tǒng)程序，一般包括以下內(nèi)容：檢查程序、鍵盤輸入處理程序、翻譯程序、信息傳遞程序、監(jiān)控程序。2)讀寫存儲(chǔ)器RAMRAM一般用來存放用戶程序(有時(shí)也放在EPROM中)，為了防止失電后程序丟失，一般采用電池或電容保持電路。RAM中一般存放以下內(nèi)容：用戶程序、邏輯變量。 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（420mA，020mA）、電壓型（010V，05V，1010V）等，按精度分，有12bit，14bit，16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶