【正文】 ，通過 RS232 接口可方便地使 840D 與西門子編程器或普通的個人電腦聯(lián)接起來，進行加工程序、 PLC 程序、加工參數(shù)等各種信息的雙向通信。用 SINDNC 軟件可一以通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳送，還可以用 CNC 高級編程語言進行程序的協(xié)調(diào)。 因此， SINUMERK 840D 系統(tǒng)完全能夠滿足 T40加工中心數(shù)控化改造的需要。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 第 3 章 數(shù)控改造機電匹配接口設(shè)計和 PLC 控制 840D 數(shù)控系統(tǒng)中 PLC的信息交換是指以 PLC 為中心，在 CNC, PLC 和 MT(機床 )三者之間的信息交換 ，它包括以下四個部分： CNC 傳送給 PLC CNC 送至 PLC 信息可由開關(guān)量輸出信號完成，也可由 CNC 直接送入 PLC 的寄存器中。主要包括程序中的各種功能代碼 M, S, T 信息，手動 /自動方式信息及各種使能信息等。 PLC 傳送給 CNC PLC 送至 CNC 的信息由開關(guān)量輸入信號完成，所有 PLC送至 CNC的信息地址與含義由 CNC 系統(tǒng)生產(chǎn)廠家確定， PLC 編程者只可使用不可改變和增刪。主要包括 M, S, T 功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對應(yīng)的機床參考點信息等。 PLC 傳送給 MT PLC 控制機床的信號通過 PLC 的開關(guān)量輸出接口送至 1/O 中。主要用來控制機床的執(zhí)行元件，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態(tài)指示和故障報警等。 MT 傳送給 PLC 機床側(cè)的開關(guān)量信號可通過 PLC 的開關(guān)量輸入接口送入 PLC 中，主要是機床操作面板輸入信息和其上各種按鈕、開關(guān)等信息。 數(shù)控機床 PLC 控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)除了對機床各坐標(biāo)軸的位置進行連續(xù)控制外，還需要對機床主軸正反轉(zhuǎn)與啟停、工件的 夾緊與松開、冷卻液開關(guān)、刀具更換、工件及工作臺交換、液動與氣動以及潤滑等輔助功能進行順序控制。順序控制的信息主要是 1/0 控制，如控制開關(guān)、行程開關(guān)、壓力開關(guān)和溫度開關(guān)等輸入元件 ?？刂评^電器、接觸器和電磁閥等輸出元件 。同時還包括主軸驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動的使能控制以及機床報警處理等。這些功能的控制優(yōu)劣將直接影響數(shù)控機床的加工精度、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及其穩(wěn)定性。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部信息流大致分為兩類，一類是控制機床坐標(biāo)軸運動的連續(xù)數(shù)字信息 。另一類是通過 PLC 控制的輔助功能 (M, S, T 等 )信息。 1, PLC 的結(jié)構(gòu)、特點及其工作過程 1) PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 的種類型號很多，大、中、小型 PLC的功能不盡相同，其結(jié)構(gòu)也各不相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)形式大體上是相同的，都是由中央處理單元 (CPU) , 存儲器 (RAM/ROM )、輸入 /輸出單元 (I/O)、編程器、電源模塊和外部設(shè)備等組成，并且內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)。如圖 31 所示： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 31 PLC 控制系統(tǒng)組成 (1)中央處理單元 CPU PLC 中的 CPU 與通用計算機中的 CPU 一樣，是 PLC的核心。 CPU 按照系統(tǒng)程序賦予的功能，接收存儲從 編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式查詢現(xiàn)場輸入狀態(tài)以及各種信號狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)寄存器中，在診斷了 PLC內(nèi)部電路、編程語句和電源都正常后， PLC 進入運行狀態(tài)。 (2)存儲器 PLC 存儲器主要包括隨機存儲器 RAM 和只讀存儲器 ROM。用于存放用戶程序、工作數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序。用戶程序是指用戶根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求而編寫的應(yīng)用程序，在修改調(diào)試完成后可由用戶固化在 EPROM 中或存儲在磁盤中。工作數(shù)據(jù)是 PLC 運行過程中需要經(jīng)常存取，并且隨時改變的一些中間數(shù)據(jù)，為了適應(yīng)隨機存取的要求，它們 一般存放在 RAM 中。 (3)輸入 /輸出 ((I/O)模塊 I/O 模塊是 PLC 與外部設(shè)備或現(xiàn)場 1/O 裝置之間進行信息交換的橋梁。其任務(wù)是將 CPU 處理產(chǎn)生的控制信號輸出傳送到被控設(shè)備或生產(chǎn)現(xiàn)場，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)動作，實現(xiàn)實時控制 。同時將被控設(shè)備或被控生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種變量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯 (數(shù)字 )量信號，送入 CPU 處理。 (4)編程器 編程器是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試、監(jiān)視以及運行應(yīng)用程序的特殊工具，一般由鍵盤、智能處理器、顯示屏、外部設(shè)備 (如硬盤 /軟盤驅(qū)動器等 )組成，它 通過通信接口與 PLC 相連，完成人機對話功能。編程器分為簡易型和智能型兩種。 (5)電源 電源單元的作用是將外部提供的交流電轉(zhuǎn)換為 PLC 內(nèi)部所需的直流電源。一般地，電源單元有三路輸出，一路供給 CPU 模塊使用 。一路供給編程器接口使用 :還有一路供給各種接口模板使用。 2)PLC 的特點 (1)可靠性高 由于 PLC 針對惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計，在其硬件和軟件方面均采取了很多有效措施來提高其可靠性。在硬件方面采取了光電隔離、濾波、屏蔽等措施 。在軟件方面采取了故障自診斷、信息保護與恢復(fù)等，從而可以直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。 (2)靈 活性好 PLC 通常采用積木式結(jié)構(gòu)，便于將 PLC 與數(shù)據(jù)總線連接，產(chǎn)品具有系列化、桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 通用化，稍作修改就可應(yīng)用于不同的控制對象。 (3)編程簡單 PLC 沿用了梯形圖編程簡單的優(yōu)點，易于現(xiàn)場操作人員理解和掌握。 (4)與現(xiàn)場信號直接連接 針對不同的現(xiàn)場信號 (如開關(guān)量與模擬量、脈沖或電位、直流或交流、電壓或電流、弱電或強電等 )，有相應(yīng)的輸入和輸出模塊可與現(xiàn)場的工業(yè)器件 (如按鈕、行程開關(guān)、電磁閥、控制閥、傳感器、電動機啟動裝置 )直接相連，并通過數(shù)據(jù)總線與微處理器模塊相連接。 (5)安裝簡單維修方便 PLC 對環(huán)境的要求不高 ，使用時只需將執(zhí)行設(shè)備及檢測器件與 PLC 的 I/O端子連接無誤，系統(tǒng)即可工作。 PLC80%以上的故障均出現(xiàn)在外圍的輸入 /輸出設(shè)備上，能快速準(zhǔn)確地診斷故障。目前已能達到 lOmin 內(nèi)排除故障，恢復(fù)生產(chǎn)。 (6)網(wǎng)絡(luò)通信 利用 PLC 的網(wǎng)絡(luò)通信功能可實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)控制。 3)工作過程 PLC 的工作過程是在硬件的支持下運行軟件的過程，如圖 32所示： 圖 32 PLC 的掃描過程 通過編程器將用戶程序順序輸入用戶存儲器， CPU對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行，這是 PLC 的基本工作方式。只要 PLC 接通電源， CPU 即 對用戶存儲器內(nèi)程序進行掃描。掃描從 OOOOH 地址所存儲的第一條用戶程序開始，順序進行，直到存儲器結(jié)尾或用戶程序的最后一個地址為止，形成一個掃描循環(huán)，周而復(fù)始。每掃描一次， CPU 進行輸入點的狀態(tài)采集、用戶程序的邏輯解算、相應(yīng)輸出狀態(tài)的更新和 I/O 執(zhí)行。接入編程器時，也對編程器的輸入產(chǎn)生響應(yīng)，并更新其顯示。然后 CPU 對自身的硬件進行快速自檢，并對監(jiān)視掃描用定時器進行復(fù)位。完成自檢后， CPU 又從存儲器的 OOOOH 地址重新開始掃描運行。 數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC分類 數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC 可分為“內(nèi)裝型” (BuiltinType) PLC 和“獨立型”(StandaloneType) PLC 兩種類型。 1)內(nèi)裝型 PLC 內(nèi)裝型 PLC 是指 PLC 內(nèi)置于 CNC 裝置內(nèi)，從屬于 CNC 裝置，與 CNC 裝置集于一體。 內(nèi)裝型 PLC 的性能指標(biāo) (如輸入 /輸出點數(shù)、程序掃描時間、每步執(zhí)行時間、程序最大步數(shù)、功能指令數(shù)目等 )是根據(jù)所從屬的 CNC 系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機床的類型等確定的。其硬件和軟件都被作為 CNC系統(tǒng)的基本功能與 CNC系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計制造的。因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分緊湊。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，內(nèi) 裝型 PLC 可與 CNC 共用一個 CPU，內(nèi)裝型 PLC 一般單獨制成一電路板，插裝到 CNC 主板的插座上， PLC 與所從屬 CNC 裝置之間的信號傳送均在其內(nèi)部進行，不單獨配置 I/O 接口，而是使用 CNC 裝置本身的 I/O 接口，PLC 控制部分及部分 I/O 電路所用電源由 CNC 裝置提供。 世界上著名的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家均在其 CNC 系統(tǒng)中開發(fā)了內(nèi)裝型 PLC 功能，如日本的 FANUC 公司、德國的 SIEMENS 公司等。 2)獨立型 PLC 獨立型 PLC 是完全獨立于 CNC 裝置、具有完備的硬件和軟件功能、能夠獨立完成 CNC 系統(tǒng)規(guī)定控制任務(wù)的裝置。獨立型 PLC 的 CNC系統(tǒng)中不但要進行機床側(cè)的 I/O 連接，而且還要進行 CNC裝置側(cè)的 I/O連接， CNC 和 PLC 均具有各自的 I/O接口電路。獨立型 PLC 一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式機籠內(nèi)， I/O 點數(shù)和規(guī)?？赏ㄟ^ I/O 模塊的增減靈活配置。 生產(chǎn)通用型 PLC 的廠家很多，數(shù)控系統(tǒng)中選用較多的產(chǎn)品有德國 SIEMENS 公司的 SIMATICS5, S7 系列、日本 FANUC 公司的 PMC 系列、日本 OMRON 公司的OMRONSYSMAC 系列、三菱公司 FX系列等。西門子公司的 SIMATICS7300 可編程序控制器如圖 33所示。它是一種獨立型 PLC，主要用于多微處理器的 CNC系統(tǒng)中。作用是配合 CNC 系統(tǒng)實現(xiàn)刀具的軌跡控制和機床順序控制。 加工中心的 PLC 功能 在加工中心中， 840D 數(shù)控系統(tǒng)的 S7300PLC 有自己單獨的 CPU，內(nèi)裝在 840D中。除了對機床各坐標(biāo)軸的位置進行連續(xù)控制外，還對主軸啟動和停止、刀庫及換刀機械手、工作臺托板交換、氣液壓、冷卻和潤滑等輔助動作進行順序控制。順序控制的信息主要是 I/O 控制，同時還包括主軸驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動的使能控制和機床報警處理等。 功能如下 : 機床操作面板控制 MCP將機床面板上的控制信號直接送入 PLC，以控制數(shù)控系統(tǒng)的運行。 圖 33 SIMATIC S7300 可編程序控制器 機床外部開關(guān)輸入信號控制將機床側(cè)的開關(guān)信號送入 PLC，經(jīng)邏輯運算桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 后，輸出給控制對象。這些開關(guān)包括各類控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)和溫控開關(guān)等。 3, PLC 輸出信號經(jīng)強電柜中的繼電器、接觸器，通過機床側(cè)的液壓或氣動電磁閥，對刀具更換裝置和托板更換等裝置進行控制，另外還對冷卻泵電動機、潤滑泵電動機及電磁制動 器等進行控制。 伺服控制主軸和伺服進給驅(qū)動裝置的使能信號，以滿足數(shù)字式交流伺服驅(qū)動的條件，通過驅(qū)動裝置，驅(qū)動交流伺服電機。 報警處理控制 PLC收集強電柜、機床側(cè)和伺服驅(qū)動裝置的故障信號，將報警標(biāo)志區(qū)中的相應(yīng)報警標(biāo)志位置位，數(shù)控系統(tǒng)便顯示報警號及報警文本。 S7300PLC 技術(shù)性能與程序調(diào)整 840D 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部集成 S7300 型 PLC，屬于獨立型。 57300 是西門子公 司20世紀(jì) 90 年代研制出的 S7 系列。 S7 系列在功能和使用上都比原 S5系列有了很多改進，性能價格比更優(yōu)。它 包括 S7200, S7300、 S7400 三種產(chǎn)品。 S7300系列的 PLC 是一種中型 PLC. S7300 采用模塊化設(shè)計，在一塊機架底板上可安裝電源、 CPU、信號模板、通信處理器等多種模塊，其中 CPU 上有一標(biāo)準(zhǔn)化 MPI 接口，它既是編程接口，又是數(shù)據(jù)通行接口，使用 S7協(xié)議，通過此接口 PLC之間或與上位計算機之間都可進行通信，從而組成多點接口 MPI 網(wǎng)絡(luò)。 840D 數(shù)控系統(tǒng)的 S7300 PLC 主要技術(shù)性能 CPU:CPU3152DP 開關(guān)量 : 1024 個輸入 /1024 個輸出 模擬量 : 128 個通道模擬量 語句 : 64K，最大可擴展到 288K 指令處理時間 : 編程語句 : STL, FBD, LAD 通訊 : , ～ 12Mbps 編程配置軟件 : Step7 Step7 是基于 Windows 平臺的一種針對 S7300 的編程軟件，提供了圖形化的界面和編程環(huán)境。 PLC 編程有如下兩步 : 1) PLC 系統(tǒng)組態(tài) :配置 PLC的 CPU、電源、 I/O 類型和地址，配置擴展機架 。 2) PLC 程序編寫 :編寫各種 PLC 的程序、模塊 (OB, FB, FC 等 )。 S7 系列 PLC 繼承了部分 S5 系列程序的組織結(jié)構(gòu)，又進行了發(fā)展。它引入了計算機高級語言的結(jié)構(gòu)和思想，在 PLC 編程中得到應(yīng)用，使 PLC的編程更加高效和靈活。 S7程序的組成包括 : OBOrganization Block 組織塊 ，其中 OBI是主模塊程序的入口 FCFunction 功能 FBFunction Block 功能塊 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 DBData