【正文】 理 ,便可實現(xiàn)加工時縱、橫向的進給 ,并可獲得較高精度。 機床的各開關(guān)量可通過 I/O 口進行信息交換。從而實現(xiàn)各種狀態(tài)的檢測 , 最終實現(xiàn)機床的各開關(guān)量控制。數(shù)控裝置通過 PLC對主軸系統(tǒng)進行起?？刂?。它是在電器控制 技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器 為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。 與一般微機控制系統(tǒng)最大的區(qū)別是， PLC必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和廣闊的應(yīng)用范圍。 PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 。 從廣義上講， 可編程序控制器 PLC實質(zhì)上是一種專用工業(yè)控制計算機，只不 6 過比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相聯(lián)接的接口，以及具有更直接的適用于工業(yè)控制要求的編程語言。執(zhí)行一個循環(huán)掃描過程所需的時間稱為掃描 周期，其典型值為 1～ 100ms。 圖 13 PLC的工作過程 （ 2） 用戶程序的循環(huán)掃描過程 PLC的工作過程與 CPU的操作模式有關(guān)。在掃描周期內(nèi)， STOP模式和 RUN模式的主要差別是： RUN模式下 執(zhí)行用戶程序，而在 STOP模式下不 執(zhí)行用戶程序。 初 始 化 C P U 自 診 斷 通信 信 息 處 理 與外部設(shè)備交換 信息 執(zhí)行用戶程序 輸入輸出信息處理 7 第 2 章 數(shù)控車床 PLC 在數(shù)控車床中，位置 控制是由位置控制器來實現(xiàn)的。 數(shù)控車床 PLC的信息傳遞 通過 PLC來實現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的各項功能，需要將各種控制和檢測信號通過按鈕和檢測元件輸入 PLC，再通過 PLC內(nèi)部程序的運算將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行設(shè)備，完成電氣控制系統(tǒng)對于車床的控制。 可編程控制器與 CNC機床的強電、 CNC數(shù)控裝置 I/0口的聯(lián)接可歸納為下列三 部分： （ 1） PLC輸入輸出端與機床面板信號聯(lián)接 CNC數(shù)控機床操作面板上有按鈕、旋鈕開關(guān)和指示燈等，按鈕、旋鈕開關(guān)直接與可編程控制器的輸入端接線柱相連，指示燈直接與 PLC輸出端接線柱相連。每個電機的運行程序控制邏輯都固化在 PLC中，受機床操作面板開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制。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)的動作；另一種是檢測 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，數(shù)控裝置根據(jù)輸入信號的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。歸納起來有 4種功能 :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。 ⑴ M 功能的處理 M指令主要有 M02 (程序停止 ) 、 M03 (主軸順時針旋轉(zhuǎn) ) 、 M04 (主軸逆時針旋轉(zhuǎn) )、 M05 ( 主軸停止 ) 、 M06 ( 準(zhǔn)備換刀 ) 等。 ⑵ T 功能的處理 在 PLC上實現(xiàn)的主要是刀具選擇。 ⑶ S功能的處理 S功能主要完成對主軸轉(zhuǎn)速的控制 ,常用的有代碼法和直接指定法。 PLC的控制對象 數(shù)控系統(tǒng)可以分為兩部分：控制伺服電動機和主軸電機動作的系統(tǒng)部分 NC 和控制輔助電氣部分的 PLC。 ① 操作信號處理 接收操作面板上的信號和 NC 部分傳來的數(shù)控信號以控制數(shù)控系統(tǒng)的運行。 ③ 坐標(biāo)軸控制 控制坐標(biāo)軸的伺服驅(qū)動及限位開關(guān)等。 ⑤ 冷卻控制 實現(xiàn)程序控制冷卻的 啟動、停止。 用 PLC 實現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的功能 從本質(zhì)來講，基于 PLC 的機床電氣控制系統(tǒng)對機床的控制思路仍然與繼電器接觸器控制系統(tǒng)是一致的。 PLC 控制系統(tǒng)其優(yōu)點在于根據(jù)加工工藝要求的不同相應(yīng)的修改程序就可以實現(xiàn)。 通過 PLC 來實現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的各項功能，需要將各種控制和檢測信號通過按鈕和檢測元件輸入 PLC，再通過 PLC 內(nèi)部程序的運算將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行設(shè)備，完成電氣控制系統(tǒng)對于車床的控制?；?PLC 的車床電氣控制系統(tǒng)功能分解如圖 21。 可維護性好，基本上無需維護。而 采用繼電器 接觸器控制機床的控制則因為存在大量機械觸點，工作電壓和工作電流較大， 可靠性較差 。 ⑷ 效價比高 交流接觸器的額定壽命約為 800～ 1600h，遠低于 PLC， 再考慮到因更換壞掉的 接觸器所耽誤的工時，從經(jīng)濟性的角度來看，用 PLC也是很合算的（ PLC價格與 I/O點數(shù)成正比，而機床所要用的 I/O點數(shù)并不多 ）。 PLC 接觸器 變頻器 電動刀架 指示燈 接觸器 X 軸 Z 軸起停 主軸起停調(diào)速 換刀按鈕 冷卻液起停 夾具松開夾緊 11 第 3 章 CK9930 數(shù)控車床電氣 控制分析 數(shù)控車床主要用于軸類、盤類零件的加工 ,能自動完成外圍柱面、內(nèi)孔、錐面、圓弧面、螺紋等工序的粗細加工 ,并能在圓柱面或端面上進行銑槽、鉆孔、鉸孔等工作 ,可以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件在預(yù)先加工好定位基面后 ,一次裝夾下完成從毛坯到成品的全部工序 . 因此 ,能夠極大地提高生產(chǎn)率。床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑 300mm，最大工件長度 500mm，刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 140mm，外型尺寸 1100 mm 580 mm580 mm。其中，床身是一個整體的鑄件。 CK9930 數(shù)控車床的運動形式有： ⑴ 主運動：工件的旋轉(zhuǎn)運動，是主軸通過卡盤帶動工件旋轉(zhuǎn)的運動形式。 車床對電氣控制的要求 車床工藝范圍廣，因而它的調(diào)速范圍大、運動多。 ②由于采用齒輪變速，為防止出現(xiàn)頂齒現(xiàn)象，要求主軸系統(tǒng)變速時作低速斷續(xù)沖動。 ④電路應(yīng)有必要的保護和聯(lián)鎖的措施。 12 102KM10.1uF200Ω1070.1uF200Ω1040.1uF200Ω1060.1uF200ΩKM4KM3KM255CFU1 (25A)LN55A55BL1N1~220V~55V220B220EL1N1~220V~220VL1N1L2N2KM3KM4N2L2D3D3D2D4D2D4M~1D3D1D2D4主軸電動機220AFU4(8A)55B3P 630V0.56uF 100ΩKM4KM255V155V2KM2T1T2Q1Q2KM1KM2W6KM3步進電機驅(qū)動器FUSERUN1RUN2POWERAC55VA1A1B1B1A2A2B2B2PEA1A2B1B2A1A2B1B2Z軸步進電機X軸步進電機STEPDIV SB2108W5RA1109103RA3RA4105RA3110RA4220A1220B1KM1至電路圖2∞∞E1E2電源開關(guān)主軸電動機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)進給步進電動機隔離變壓器控制電源步進電機電源主軸控制正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)電器柜風(fēng)扇 13 R A 1 R A 2 R A 3 R A 42 4 V2 0 1 2 0 7Y 2 1 Y 2 21 0 0X 3 21 0 0E N B OR A 1X 3 11 0 0Y 2 0R A 2R A 2X 3 31 0 0X 3 0S B 12 0 6S B 11 0 0至 主 控 電 路 板（ 轉(zhuǎn) 換 為 5 V 直 流并 輸 出 至 行 程 開 關(guān) ）直 流 電 源F U S E （ 5 A ）W 32 4 V 1F U 3 ( 8 A )W 2V SF U 2 ( 2 A )2 2 0 A 22 2 0 B 2~ 1 2 V~ 2 4 VV P2 4 V 2~ 2 2 0 VT 3電 源 濾波 器N o i s e F i l t e r2 2 0 A 12 2 0 B 1+ +－－附 加 開 關(guān) 量 ： （ X 輸 入 ， 低 電 平 有 效 ）X 3 0 — — 急 停 X 3 1 — — 繼 電 器 R A 2 閉 合X 3 2 — — 繼 電 器 R A 1 閉 合 （ E N B O — — 步 進 驅(qū) 動 器 使 能 ）X 3 3 — — 2 0 6 超 程 解 除（ Y 輸 出 ， 低 電 平 有 效 ）Y 2 0 — — 在 X 3 3 有 效 情 況 下 ， 閉 合 繼 電 器 R A 1 ， E N B O 使 能Y 2 1 — — 閉 合 繼 電 器 R A 3 ， 主 軸 正 轉(zhuǎn)Y 2 2 — — 閉 合 繼 電 器 R A 4 ， 主 軸 反 轉(zhuǎn)說 明 ： 1 . E N B O 為 E N B 1 和 E N B 2 連 接 在 一 起 的 引 出 端 2 . R A 3 與 R A 4 形 成 互 鎖 電 路 ， 控 制 主 軸 電 機 正 反 轉(zhuǎn) 圖 31 CK9930 數(shù)控車床電氣原理圖 主電路分析 將三相電源經(jīng)空氣斷路器 Q1 和 Q2 引入，單相電容運轉(zhuǎn)主軸電動機 M1 用接觸器 KM3和 KM4 形成的互鎖電路控制正反轉(zhuǎn)。 控制電路分析 （ 1）啟動過程 啟動時，合上 Q1，引入三相電源。與此同時，在超程解除（ X33）有效狀況下閉合繼電器 RA2，且使 X31 有效（控制器收 14 到主電路接通信號），則繼電器 RA1 通電， RA1 的觸點閉合，接觸器 KM2 線圈通電吸合， KM2 的主觸頭閉合，為步進電 機驅(qū)動器供電，且主軸電機也通電。 （ 2） 主軸正反轉(zhuǎn) 該車床采用兩個接觸器 KM3 和 KM4 來實現(xiàn)對電動機的正、反轉(zhuǎn)控制。所以，電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路實際上是由互鎖的兩個方向相反的單向運行線路組成的。 接觸器 KM3 閉合， KM4 由互鎖電 路斷開（即使 RA4 誤動作也不會閉合），主軸電機正轉(zhuǎn)。 接觸器 KM4 閉合， KM3 由互鎖電路斷開（即使 RA4 誤動作也不會閉合），主軸電機反轉(zhuǎn)。所以在進行電動機的換向操作時，必須先按下停止按鈕才能反向啟動。與 RA1的觸點串聯(lián)的接觸器 KM2 線 圈斷電，同時接觸器 KM1 的觸頭也斷開。 KM2 的觸頭也會隨 KM2 線圈的斷電而斷開，則主軸控制電路斷電。 另外，若是行程開關(guān)接通，也會使繼電器 RA2 斷電，同理，整個控制電路也將會斷電。 15 第 4 章 PLC控制程序的設(shè) 計 PLC 程序設(shè)計方 法 PLC 的編程語言 國際電工委員 會（ IEC）于 1994 年 5 月公布了 可編程序控制器語言標(biāo)準(zhǔn) (IEC611313),詳細地說明了句法、語義和下述 5種 編程語言： ⑴ 順序功能圖 (Seouential function chart)； ⑵ 梯形圖 (Ladder diagram)； ⑶ 功能塊圖 (Function block diagram)； ⑷ 指令表 (Instruction list)； ⑸ 結(jié)構(gòu)文本 (Structured text)。 [ 8] 其中，梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，有 PLC 第一編程語言之稱。梯形圖常被稱為程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。本文也采用梯形圖進行程序的編制。 16