數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件

普通高等教育規(guī)劃教材

數(shù)控機床電氣控制

劉祖其劉海編

高等教育出版社普通高等教育規(guī)劃教材數(shù)控機床電氣控制第7章PLC在數(shù)控機床的應用

7.1概述7.2PLC與數(shù)控機床的控制7.3PLC與CNC及機床之間的信號處理7.4S7系列PLC在數(shù)控機床的應用實例7.5FANUC系列PLC在數(shù)控機床的應用實例7.6實驗與實訓第7章PLC在數(shù)控機床的應用7.1概述7.1概述PLC在數(shù)控機床中得到了廣泛的應用，數(shù)控裝置必須和PLC配合才能完成數(shù)控的控制功能。其中數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、譯碼、插補運算、伺服位置控制、刀庫管理，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數(shù)、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數(shù)等。7.1概述PLC在數(shù)控機床中得到了廣泛的應用，

PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的動作，并對其動作進行順序控制，如主軸的正反轉(zhuǎn)和停止、準停、主軸的起動和停止、刀架換刀、卡盤夾緊/松開、工作臺交換、冷卻和潤滑控制、報警監(jiān)測、排屑、機械手取送刀等一些輔助動作；還對機床外部開關(guān)(行程開關(guān)、壓力開關(guān)、溫控開關(guān)等)進行控制；對輸出信號，進行控制。它還接收機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分信息送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。PLC是使用軟件來實現(xiàn)控制的，可以進行在線修改，所以有很大的靈活性，具備廣泛的工業(yè)通用性。PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的動作，并自動換刀裝置液壓裝置自動潤滑裝置自動排削裝置回轉(zhuǎn)臺和交換臺圖7-1PLC應用在數(shù)控機床上的實物圖自動換刀裝置液壓裝置自動潤滑裝置自動排削裝置回轉(zhuǎn)臺和交換臺圖7.2PLC與數(shù)控機床的控制1.

PLC在數(shù)控機床中的應用形式PLC在數(shù)控機床中應用分為兩大類：內(nèi)裝型PLC和獨立型PLC。一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制而設計制造的，是由CNC生產(chǎn)廠家將數(shù)控裝置(CNC)和PLC綜合起來而設計的稱為內(nèi)裝型PLC。另一類是專業(yè)的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品

，它的輸入/輸出接口技術(shù)規(guī)范、輸入/輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能等均滿足數(shù)控機床控制要求的稱為獨立型PLC。7.2PLC與數(shù)控機床的控制1.

PLC在2.內(nèi)裝型PLC（1）內(nèi)裝型PLC與CNC的關(guān)系內(nèi)裝型PLC集成在CNC裝置中，也稱集成式PLC，它從屬于CNC裝置，是CNC裝置的一個部件。如圖7-2所示。（2）內(nèi)裝型PLC的特點硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無噪聲、無振動、抗干擾能力強;電路制作在同一塊印刷電路板上；電源由CNC裝置提供,不需另備電源;可取代繼電器,無接觸不良、觸點氧化、磨損等問題，節(jié)省電能，可靠性高。2.內(nèi)裝型PLC圖7-2內(nèi)裝型PLC與CNC系統(tǒng)框圖圖7-2內(nèi)裝型PLC與CNC系統(tǒng)框圖

3.獨立型PLC（1）獨立型PLC與CNC的關(guān)系獨立型PLC又稱外裝型PLC，它獨立于CNC裝置之外，是具有獨立完成控制功能的PLC。大多采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式籠箱內(nèi),它的CPU、系統(tǒng)程序、用戶程序、I/O電路，通信等均設計成獨立的模塊，I/O點數(shù)可以通過I/O模塊的增減、配置靈活。獨立型PLC的框圖如圖7-3所示。（2）獨立型PLC特點有獨立I/O接口電路；獨立的模塊電路和插板式結(jié)構(gòu)，安裝方便,插板的增減靈活配置，功能易于擴展和變換，及遠程終端連接器構(gòu)成有大量I/O點的網(wǎng)絡，實現(xiàn)大范圍的集中控制；可以擴大CNC的控制功能。3.獨立型PLC圖7-3獨立型PLC的CNC系統(tǒng)框圖圖7-3獨立型PLC的CNC系統(tǒng)框圖

4.PLC在數(shù)控機床中的控制功能（1）機床操作面板控制

1）操作面板的控制信號包括S、T、M功能。2)S功能:主軸轉(zhuǎn)速可以用S代碼直接指定。如某數(shù)控機床主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速分別為3000r／min和30r／min，當S代碼大于3000時，限制S為3000，當S代碼小于30時，限制S為30。4.PLC在數(shù)控機床中的控制功能

3)T功能:數(shù)控機床通過PLC管理刀庫，實現(xiàn)自動換刀，功能實現(xiàn)的信息包括刀庫選刀方式、刀具累計使用次數(shù)、刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。4)M功能:M功能是輔助功能，根據(jù)不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，主軸準停，切削液的開、關(guān)，卡盤的夾緊、松開及換刀、取刀、歸刀等動作。3)T功能:數(shù)控機床通過PLC管理刀庫，

（2）機床外部開關(guān)信號的控制將機床側(cè)的開關(guān)信號送入PLC，經(jīng)邏輯運算后，輸出給控制對象。如：按鈕、溫控、壓力等開關(guān)信號。（3）輸出信號控制PLC輸出的信號可由外圍控制電路中的繼電器、接觸器和液壓及氣動電磁閥對刀庫、冷卻、潤滑和油泵電機等進行控制。（4）伺服控制通過驅(qū)動裝置，控制主軸、進給刀庫的使能信號。（5）報警處理控制

當機床出現(xiàn)故障時，機床側(cè)和伺服驅(qū)動的故障信號，會將報警標志區(qū)中的相應位置報警。（2）機床外部開關(guān)信號的控制7.3PLC與CNC及機床之間的信號處理1.CNC側(cè)與MT側(cè)的概念在分析數(shù)控機床的PLC、CNC和機床各機械部件、機床輔助裝置、機床強電線路等的各部分信號之間的關(guān)系時，常把數(shù)控機床分為“CNC側(cè)”和“MT側(cè)”兩大部分。

CNC側(cè)：包括CNC系統(tǒng)的硬件、軟件以及CNC系統(tǒng)的外圍設備。MT側(cè)：包括機床的機械部分輔助裝置，以及機床操作面臺、繼電器線路、強電控制線路等。7.3PLC與CNC及機床之間的信號處理1.（1）CNC到MT

CNC的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)PLC邏輯處理，通過I/O接口送至MT側(cè)。（2）MT到CNC從機床側(cè)輸入的信號經(jīng)PLC邏輯處理傳送到CNC裝置中。機床側(cè)傳遞給PLC的信號是機床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信息。

（1）CNC到MT2.PLC與CNC及機床間的信息交換（1）MT側(cè)至PLCMT側(cè)的開關(guān)量信號通過I/O單元接口向PLC發(fā)送的信息,主要包括機床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信號，以及各運動部件的限位信息。如起動/停止，主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止、切削液的開/關(guān)、坐標軸點動和刀架、卡盤的夾緊/松開等信號通過I/O單元接口輸入至PLC中。（2）PLC至MT側(cè)PLC向MT側(cè)發(fā)送的信息主要是控制機床執(zhí)行元件的執(zhí)行信號,如接觸器、電磁閥、繼電器的通/斷電等動作信號及故障報警指示，這些信號通過PLC的開關(guān)量輸出接口送到MT側(cè)。2.PLC與CNC及機床間的信息交換（3）CNC側(cè)至PLCCNC送至PLC的信息可由CNC

直接送入PLC的寄存器中,CNC側(cè)發(fā)給PLC的信息主要功能代碼是M、S、T的功能信息，手動/自動方式信息及其他的狀態(tài)信息。（4）PLC至CNC側(cè)PLC

送至CNC

的信息也由開關(guān)量信號或寄存器完成,PLC發(fā)給CNC的信息主要功能代碼是M、S、T功能的應答信息和各坐標軸對應的機床參考點信息等。是經(jīng)PLC處理后的邏輯信息。（3）CNC側(cè)至PLC

3.PLC與CNC及機床之間的信號處理過程（1）CNC裝置→機床CNC裝置→CNC裝置的RAM→PLC的RAM中。PLC軟件對RAM中的數(shù)據(jù)進行邏輯運算處理。將處理后的數(shù)據(jù)還放在PLC的RAM中。對于內(nèi)裝型的PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機床。對于獨立型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機床。

3.PLC與CNC及機床之間的信號處理過程

（2）機床→CNC裝置信號傳送和處理：對于內(nèi)裝型PLC，機床輸入的開關(guān)量信號→CNC裝置的RAM→PLC的RAM。PLC的進行邏輯運算處理后的數(shù)據(jù)還在PLC的RAM中，同時傳送到CNC裝置的RAM中，由CNC裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。對于獨立型PLC，開關(guān)量信號過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進行邏輯運算處理后的數(shù)據(jù)還放在PLC的RAM中，同時傳送到CNC裝置的RAM中。

4.數(shù)控系統(tǒng)PLC的工作過程

PLC在數(shù)控機床中的工作過程分為以下幾個步驟：（1）輸入采樣

輸入采樣就是PLC以順序掃描的方式讀入所有輸入端口的信號狀態(tài)，并將此狀態(tài)讀入到數(shù)據(jù)輸入映象寄存器中。（2）程序執(zhí)行程序執(zhí)行是對程序進行特定順序的掃描，并且同時讀入數(shù)據(jù)輸入映像寄存區(qū)、輸出映像寄存區(qū)的讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，在進行相關(guān)運算后，將運算結(jié)果存入輸出映像寄存區(qū)供輸出和下次運行使用。（3）輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完成后，輸出映像寄存區(qū)的所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅(qū)動外部負載。4.數(shù)控系統(tǒng)PLC的工作過程7.4S7-200系列PLC在數(shù)控機床的應用實例

7.4.1PLC與PMC7.4.2數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的控制實例7.4.3數(shù)控機床液壓卡盤和液壓尾座控制實例7.4.4數(shù)控機床急停、進給保持控制實例7.4S7-200系列PLC在數(shù)控機床的應用實例PLC與PMCPLC與PMC。有些數(shù)控系統(tǒng)廠商將用于數(shù)控機床的外圍輔助電氣控制稱為PLC，有些學者和工程人員在數(shù)控機床中仍然應用PLC的簡稱；而FANUC等將PLC稱為PMC；由于PMC與傳統(tǒng)的PLC相比較非常相似，是專門用于機床，所以稱為可編程序機床控制器。PMC更適合機床，優(yōu)點是時間響應快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨應用場合的不同而改變。本章在介紹SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)時引用PLC，介紹FANUC數(shù)控系統(tǒng)時引用PMC。7.4.1PLC與PMCPLC與PMC。有S7-200系列PLC主要應用于SINUMERIK802S、802C、802D車/銑經(jīng)濟型數(shù)控機床；S7-300系列PLC主要應用于

SINUMERIK810DCCU1車/銑中檔型數(shù)控機床、840DNCU571銑/磨/沖中檔型數(shù)控機床、840DNCU572、840DNCU573銑/磨/沖/鏜高檔型數(shù)控機床。S7-200系列PLC主要應用于SINUMERI7.4.2數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的控制實例圖7-4是某數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的電氣控制與PLC接線圖。潤滑系統(tǒng)控制程序的設計，I/O口定義為：I0.5為潤滑油路壓力正常；I0.7為運轉(zhuǎn)起動；Il.5為潤滑電動機過載；I1.6為潤滑油不足；Q0.0為故障報警；Q1.6為潤滑電動機起動。（1）各符號的作用SB3（I0.7）潤滑電動機運轉(zhuǎn)啟動開關(guān)；SL3（I1.6）潤滑油不足觸頭；SP3（I0.5）潤滑油路壓力正常；QF3（I1.5）主電路是潤滑電動機過載開關(guān)，控制電路是常閉觸頭；HL3潤滑報警信號燈；KA3中間繼電器；D潤滑電動機啟動；KM3接觸器。7.4.2數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的控制實例圖7-4數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)電氣控制與PLC接線圖圖7-4數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)電氣控制與PLC接線圖（2）潤滑系統(tǒng)工作原理按運轉(zhuǎn)準備按鈕SB3，網(wǎng)絡1單元中I0.7為1，使輸出信號Q0.6接通中間繼電器KA3線圈，KA3觸點又接通接觸器KM3，使?jié)櫥妱訖CM起動運行，通過其自身的Q0.6觸點自鎖。當Q0.6為1時，網(wǎng)絡2單元的Q0.6觸點閉合，T37號定時器開始計時，設定時間為20s，到達20s后，T37為1，網(wǎng)絡1單元的T37觸點斷開，Q0.6為0，潤滑電動機停止運行。同時也使網(wǎng)絡4單元中的M0.2為1并自鎖。網(wǎng)終5單元的M0.2為1，使T38定時器開始計時，計時時間設定為30min，到達時間后，輸出信號T38為1，使網(wǎng)絡6單元的T38觸點閉合，Q0.6輸出并自鎖，潤滑電動機M重新起動運行，重復上述控制過程。

（2）潤滑系統(tǒng)工作原理網(wǎng)絡1：潤滑電動機起動；網(wǎng)絡2：運行20s后斷開潤滑電動機；網(wǎng)絡3：已運行20s后但潤滑油路壓力不正常；網(wǎng)絡4：潤滑電機運行計時到；網(wǎng)絡5：延時30min再接通潤滑電動機；網(wǎng)絡6：已停止運行30分潤滑油路壓力正常。網(wǎng)絡1：潤滑電動機起動；網(wǎng)絡2：運行20s后斷開潤滑（3）澗滑系統(tǒng)的故障監(jiān)控

1)當潤滑油路出現(xiàn)泄漏或壓力開關(guān)SP3失炅時，電動機M已運行20s，但壓力開關(guān)SP3未閉合，網(wǎng)絡3中I0.5觸點未打開，M0.3為1并自鎖，一方面使網(wǎng)絡7中M0.7輸出為1，使網(wǎng)絡1中M0.7觸點打開，斷開潤滑電動機；另一方面網(wǎng)絡8中M0.7觸點閉合，使Q0.0輸出為1，接通報警指示燈HT3亮，經(jīng)過T39、T40定時器控制，信號報警燈將出現(xiàn)閃爍?？刂瞥绦蛉鐖D7-5所示。（3）澗滑系統(tǒng)的故障監(jiān)控2)當潤滑油路出現(xiàn)堵塞或壓力開關(guān)失靈時，在電動機M巳停止運行30min后，壓力開關(guān)SP3未斷開，則網(wǎng)絡6單元的I0.5閉合，M0.4輸出為1，同樣使網(wǎng)絡7單元的M0.7輸出為1，結(jié)果與第一種情況相同，使?jié)櫥妱訖C不再起動，出現(xiàn)報警。3)如果潤滑油不足，液位開關(guān)SL3閉合，網(wǎng)絡7單元的Il.6閉合，同樣使M0.7為l，斷開電動機M出現(xiàn)報警。4)潤滑電動機M過載，QF3斷開電動機M主電路，同時QF3的輔助觸點合上，使網(wǎng)絡7單元的Il.6合上，同樣使M0.7為1，斷開電動機M的控制電路出現(xiàn)報警。網(wǎng)絡7為機床潤滑系統(tǒng)故障；網(wǎng)絡8為潤滑報警信號燈；網(wǎng)絡9為信號燈亮的時間；網(wǎng)絡10為信號燈滅的時間；網(wǎng)絡11為過載診斷號；網(wǎng)絡12潤滑油不足診斷號；網(wǎng)絡13為潤滑油堵塞診斷號。2)當潤滑油路出現(xiàn)堵塞或壓力開關(guān)失靈時，在電動圖7-5潤滑系統(tǒng)PlC控制梯形圖圖7-5潤滑系統(tǒng)PlC控制梯形圖7.4.4數(shù)控機床急停、進給保持控制實例以CK6150數(shù)控車床為例，圖7-7是急停處理和進給保持處理子程序梯形圖。急停和進給保持是PLC送給CNC的輔助控制反饋的同步信號，用來反饋輔助控制信息，同步NC程序的執(zhí)行。當出現(xiàn)X軸越限、Z軸越限、油泵過載、主軸過載或者伺服電機過熱時，會發(fā)出急?？刂菩盘朡2.5，通知CNC進行急停處理。在換刀(Q0.3=1或Q0.4=1)期間，或者在自動工作方式而主軸還沒有啟動的情況下，向CNC發(fā)進給保持信號(Q2.6)，使CNC鎖定進給，保證機床安全?？刂瞥绦蜻^程如下：7.4.4數(shù)控機床急停、進給保持控制實例以CK6網(wǎng)絡1：X軸限位Il.4、Z軸限位I1.5、油泵停止I0.5，主軸過載或伺服電機過熱M0.0，外部急停Q2.5。網(wǎng)絡2：主軸低速Q(mào)0.0或高速Q(mào)0.1，啟動后延時0.2S。網(wǎng)絡3：主軸過載，伺服準備好I2.0，伺服不過熱12.1，輸出M0.0。網(wǎng)絡4：急停報警指示。網(wǎng)絡5：X軸超程指示。網(wǎng)絡6：Z軸超程指示。網(wǎng)絡7：JOG方式I2.5，自動時主軸已啟動M0.1，換刀結(jié)束(Q0.3=0，Q0.4=0)，解除進給保持Q2.6=1。網(wǎng)絡1：X軸限位Il.4、Z軸限位I1.5、數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件7.5FANUC系列PLC在數(shù)控機床的應用實例7.5.1FANUC系列PLC數(shù)控機床7.5.2工件加工計數(shù)控制實例*7.5.3主軸控制實例*7.5.4刀庫換刀控制實例7.5FANUC系列PLC在數(shù)控機床的應用實例.1FANUC系列PLC數(shù)控機床

FANUC系列的PMC是專用于數(shù)控機床外圍輔助電氣部分的自動控制，即稱為可編程序機床控制器。在數(shù)控系統(tǒng)中控制伺服電動機和主軸電動機做各種進給切削動作的是系統(tǒng)部分，控制機床外圍輔助電氣部分的是PMC，如換刀系統(tǒng)的控制，主軸松、緊刀機構(gòu)，刀庫旋轉(zhuǎn)、定位，潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。7.5.1FANUC系列PLC數(shù)控機床F在基本指令和功能指令執(zhí)行中，PLC用一個堆棧寄存器暫存邏輯操作的中間結(jié)果，堆棧寄存器一共有9位，如圖7-8所示，是按照“先進后出、后進先出”的原理工作?！皩憽辈僮鹘Y(jié)果壓入時，堆棧各原狀態(tài)全部左移一位；“取”操作結(jié)果時，堆棧全部右移一位，最后壓入的信號首先恢復讀出。在基本指令和功能指令執(zhí)行中，PLC用一個堆棧寄存電動機正反轉(zhuǎn)控制梯形圖如圖7-9所示。其中Xl.0為正轉(zhuǎn)啟動按鈕；Xl.1為反轉(zhuǎn)啟動按鈕；Xl.2為停止按鈕地址；Y48.0為正轉(zhuǎn)輸出；Y48.1為反轉(zhuǎn)輸出。圖7-9所示的梯形圖和程序語句，采用的是FANUCPLC可編程機床控制器的指令繪制的梯形圖和編的程序，圖7-10所示的梯形圖和程序語句，采用的是三菱FX指令。它們之間梯形圖完全一樣，操作碼和操作數(shù)有區(qū)別。在實際應用中，要注意區(qū)分。電動機正反轉(zhuǎn)控制梯形圖如圖7-9所示。其中Xl.數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件數(shù)控機床電氣控制第7章-PLC在數(shù)控機床的應用-課件第7章結(jié)束謝謝大家！第7章結(jié)束謝謝大家！普通高等教育規(guī)劃教材

數(shù)控機床電氣控制

劉祖其劉海編

高等教育出版社普通高等教育規(guī)劃教材數(shù)控機床電氣控制第7章PLC在數(shù)控機床的應用

7.1概述7.2PLC與數(shù)控機床的控制7.3PLC與CNC及機床之間的信號處理7.4S7系列PLC在數(shù)控機床的應用實例7.5FANUC系列PLC在數(shù)控機床的應用實例7.6實驗與實訓第7章PLC在數(shù)控機床的應用7.1概述7.1概述PLC在數(shù)控機床中得到了廣泛的應用，數(shù)控裝置必須和PLC配合才能完成數(shù)控的控制功能。其中數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、譯碼、插補運算、伺服位置控制、刀庫管理，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數(shù)、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數(shù)等。7.1概述PLC在數(shù)控機床中得到了廣泛的應用，

PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的動作，并對其動作進行順序控制，如主軸的正反轉(zhuǎn)和停止、準停、主軸的起動和停止、刀架換刀、卡盤夾緊/松開、工作臺交換、冷卻和潤滑控制、報警監(jiān)測、排屑、機械手取送刀等一些輔助動作；還對機床外部開關(guān)(行程開關(guān)、壓力開關(guān)、溫控開關(guān)等)進行控制；對輸出信號，進行控制。它還接收機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分信息送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。PLC是使用軟件來實現(xiàn)控制的，可以進行在線修改，所以有很大的靈活性，具備廣泛的工業(yè)通用性。PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的動作，并自動換刀裝置液壓裝置自動潤滑裝置自動排削裝置回轉(zhuǎn)臺和交換臺圖7-1PLC應用在數(shù)控機床上的實物圖自動換刀裝置液壓裝置自動潤滑裝置自動排削裝置回轉(zhuǎn)臺和交換臺圖7.2PLC與數(shù)控機床的控制1.

PLC在數(shù)控機床中的應用形式PLC在數(shù)控機床中應用分為兩大類：內(nèi)裝型PLC和獨立型PLC。一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制而設計制造的，是由CNC生產(chǎn)廠家將數(shù)控裝置(CNC)和PLC綜合起來而設計的稱為內(nèi)裝型PLC。另一類是專業(yè)的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品

，它的輸入/輸出接口技術(shù)規(guī)范、輸入/輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能等均滿足數(shù)控機床控制要求的稱為獨立型PLC。7.2PLC與數(shù)控機床的控制1.

PLC在2.內(nèi)裝型PLC（1）內(nèi)裝型PLC與CNC的關(guān)系內(nèi)裝型PLC集成在CNC裝置中，也稱集成式PLC，它從屬于CNC裝置，是CNC裝置的一個部件。如圖7-2所示。（2）內(nèi)裝型PLC的特點硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無噪聲、無振動、抗干擾能力強;電路制作在同一塊印刷電路板上；電源由CNC裝置提供,不需另備電源;可取代繼電器,無接觸不良、觸點氧化、磨損等問題，節(jié)省電能，可靠性高。2.內(nèi)裝型PLC圖7-2內(nèi)裝型PLC與CNC系統(tǒng)框圖圖7-2內(nèi)裝型PLC與CNC系統(tǒng)框圖

3.獨立型PLC（1）獨立型PLC與CNC的關(guān)系獨立型PLC又稱外裝型PLC，它獨立于CNC裝置之外，是具有獨立完成控制功能的PLC。大多采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式籠箱內(nèi),它的CPU、系統(tǒng)程序、用戶程序、I/O電路，通信等均設計成獨立的模塊，I/O點數(shù)可以通過I/O模塊的增減、配置靈活。獨立型PLC的框圖如圖7-3所示。（2）獨立型PLC特點有獨立I/O接口電路；獨立的模塊電路和插板式結(jié)構(gòu)，安裝方便,插板的增減靈活配置，功能易于擴展和變換，及遠程終端連接器構(gòu)成有大量I/O點的網(wǎng)絡，實現(xiàn)大范圍的集中控制；可以擴大CNC的控制功能。3.獨立型PLC圖7-3獨立型PLC的CNC系統(tǒng)框圖圖7-3獨立型PLC的CNC系統(tǒng)框圖

4.PLC在數(shù)控機床中的控制功能（1）機床操作面板控制

1）操作面板的控制信號包括S、T、M功能。2)S功能:主軸轉(zhuǎn)速可以用S代碼直接指定。如某數(shù)控機床主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速分別為3000r／min和30r／min，當S代碼大于3000時，限制S為3000，當S代碼小于30時，限制S為30。4.PLC在數(shù)控機床中的控制功能

3)T功能:數(shù)控機床通過PLC管理刀庫，實現(xiàn)自動換刀，功能實現(xiàn)的信息包括刀庫選刀方式、刀具累計使用次數(shù)、刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。4)M功能:M功能是輔助功能，根據(jù)不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，主軸準停，切削液的開、關(guān)，卡盤的夾緊、松開及換刀、取刀、歸刀等動作。3)T功能:數(shù)控機床通過PLC管理刀庫，

（2）機床外部開關(guān)信號的控制將機床側(cè)的開關(guān)信號送入PLC，經(jīng)邏輯運算后，輸出給控制對象。如：按鈕、溫控、壓力等開關(guān)信號。（3）輸出信號控制PLC輸出的信號可由外圍控制電路中的繼電器、接觸器和液壓及氣動電磁閥對刀庫、冷卻、潤滑和油泵電機等進行控制。（4）伺服控制通過驅(qū)動裝置，控制主軸、進給刀庫的使能信號。（5）報警處理控制

當機床出現(xiàn)故障時，機床側(cè)和伺服驅(qū)動的故障信號，會將報警標志區(qū)中的相應位置報警。（2）機床外部開關(guān)信號的控制7.3PLC與CNC及機床之間的信號處理1.CNC側(cè)與MT側(cè)的概念在分析數(shù)控機床的PLC、CNC和機床各機械部件、機床輔助裝置、機床強電線路等的各部分信號之間的關(guān)系時，常把數(shù)控機床分為“CNC側(cè)”和“MT側(cè)”兩大部分。

CNC側(cè)：包括CNC系統(tǒng)的硬件、軟件以及CNC系統(tǒng)的外圍設備。MT側(cè)：包括機床的機械部分輔助裝置，以及機床操作面臺、繼電器線路、強電控制線路等。7.3PLC與CNC及機床之間的信號處理1.（1）CNC到MT

CNC的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)PLC邏輯處理，通過I/O接口送至MT側(cè)。（2）MT到CNC從機床側(cè)輸入的信號經(jīng)PLC邏輯處理傳送到CNC裝置中。機床側(cè)傳遞給PLC的信號是機床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信息。

（1）CNC到MT2.PLC與CNC及機床間的信息交換（1）MT側(cè)至PLCMT側(cè)的開關(guān)量信號通過I/O單元接口向PLC發(fā)送的信息,主要包括機床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信號，以及各運動部件的限位信息。如起動/停止，主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止、切削液的開/關(guān)、坐標軸點動和刀架、卡盤的夾緊/松開等信號通過I/O單元接口輸入至PLC中。（2）PLC至MT側(cè)PLC向MT側(cè)發(fā)送的信息主要是控制機床執(zhí)行元件的執(zhí)行信號,如接觸器、電磁閥、繼電器的通/斷電等動作信號及故障報警指示，這些信號通過PLC的開關(guān)量輸出接口送到MT側(cè)。2.PLC與CNC及機床間的信息交換（3）CNC側(cè)至PLCCNC送至PLC的信息可由CNC

直接送入PLC的寄存器中,CNC側(cè)發(fā)給PLC的信息主要功能代碼是M、S、T的功能信息，手動/自動方式信息及其他的狀態(tài)信息。（4）PLC至CNC側(cè)PLC

送至CNC

的信息也由開關(guān)量信號或寄存器完成,PLC發(fā)給CNC的信息主要功能代碼是M、S、T功能的應答信息和各坐標軸對應的機床參考點信息等。是經(jīng)PLC處理后的邏輯信息。（3）CNC側(cè)至PLC

3.PLC與CNC及機床之間的信號處理過程（1）CNC裝置→機床CNC裝置→CNC裝置的RAM→PLC的RAM中。PLC軟件對RAM中的數(shù)據(jù)進行邏輯運算處理。將處理后的數(shù)據(jù)還放在PLC的RAM中。對于內(nèi)裝型的PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機床。對于獨立型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機床。

3.PLC與CNC及機床之間的信號處理過程

（2）機床→CNC裝置信號傳送和處理：對于內(nèi)裝型PLC，機床輸入的開關(guān)量信號→CNC裝置的RAM→PLC的RAM。PLC的進行邏輯運算處理后的數(shù)據(jù)還在PLC的RAM中，同時傳送到CNC裝置的RAM中，由CNC裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。對于獨立型PLC，開關(guān)量信號過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進行邏輯運算處理后的數(shù)據(jù)還放在PLC的RAM中，同時傳送到CNC裝置的RAM中。

4.數(shù)控系統(tǒng)PLC的工作過程

PLC在數(shù)控機床中的工作過程分為以下幾個步驟：（1）輸入采樣

輸入采樣就是PLC以順序掃描的方式讀入所有輸入端口的信號狀態(tài)，并將此狀態(tài)讀入到數(shù)據(jù)輸入映象寄存器中。（2）程序執(zhí)行程序執(zhí)行是對程序進行特定順序的掃描，并且同時讀入數(shù)據(jù)輸入映像寄存區(qū)、輸出映像寄存區(qū)的讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，在進行相關(guān)運算后，將運算結(jié)果存入輸出映像寄存區(qū)供輸出和下次運行使用。（3）輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完成后，輸出映像寄存區(qū)的所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅(qū)動外部負載。4.數(shù)控系統(tǒng)PLC的工作過程7.4S7-200系列PLC在數(shù)控機床的應用實例

7.4.1PLC與PMC7.4.2數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的控制實例7.4.3數(shù)控機床液壓卡盤和液壓尾座控制實例7.4.4數(shù)控機床急停、進給保持控制實例7.4S7-200系列PLC在數(shù)控機床的應用實例PLC與PMCPLC與PMC。有些數(shù)控系統(tǒng)廠商將用于數(shù)控機床的外圍輔助電氣控制稱為PLC，有些學者和工程人員在數(shù)控機床中仍然應用PLC的簡稱；而FANUC等將PLC稱為PMC；由于PMC與傳統(tǒng)的PLC相比較非常相似，是專門用于機床，所以稱為可編程序機床控制器。PMC更適合機床，優(yōu)點是時間響應快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨應用場合的不同而改變。本章在介紹SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)時引用PLC，介紹FANUC數(shù)控系統(tǒng)時引用PMC。7.4.1PLC與PMCPLC與PMC。有S7-200系列PLC主要應用于SINUMERIK802S、802C、802D車/銑經(jīng)濟型數(shù)控機床；S7-300系列PLC主要應用于

SINUMERIK810DCCU1車/銑中檔型數(shù)控機床、840DNCU571銑/磨/沖中檔型數(shù)控機床、840DNCU572、840DNCU573銑/磨/沖/鏜高檔型數(shù)控機床。S7-200系列PLC主要應用于SINUMERI7.4.2數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的控制實例圖7-4是某數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的電氣控制與PLC接線圖。潤滑系統(tǒng)控制程序的設計，I/O口定義為：I0.5為潤滑油路壓力正常；I0.7為運轉(zhuǎn)起動；Il.5為潤滑電動機過載；I1.6為潤滑油不足；Q0.0為故障報警；Q1.6為潤滑電動機起動。（1）各符號的作用SB3（I0.7）潤滑電動機運轉(zhuǎn)啟動開關(guān)；SL3（I1.6）潤滑油不足觸頭；SP3（I0.5）潤滑油路壓力正常；QF3（I1.5）主電路是潤滑電動機過載開關(guān)，控制電路是常閉觸頭；HL3潤滑報警信號燈；KA3中間繼電器；D潤滑電動機啟動；KM3接觸器。7.4.2數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的控制實例圖7-4數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)電氣控制與PLC接線圖圖7-4數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)電氣控制與PLC接線圖（2）潤滑系統(tǒng)工作原理按運轉(zhuǎn)準備按鈕SB3，網(wǎng)絡1單元中I0.7為1，使輸出信號Q0.6接通中間繼電器KA3線圈，KA3觸點又接通接觸器KM3，使?jié)櫥妱訖CM起動運行，通過其自身的Q0.6觸點自鎖。當Q0.6為1時，網(wǎng)絡2單元的Q0.6觸點閉合，T37號定時器開始計時，設定時間為20s，到達20s后，T37為1，網(wǎng)絡1單元的T37觸點斷開，Q0.6為0，潤滑電動機停止運行。同時也使網(wǎng)絡4單元中的M0.2為1并自鎖。網(wǎng)終5單元的M0.2為1，使T38定時器開始計時，計時時間設定為30min，到達時間后，輸出信號T38為1，使網(wǎng)絡6單元的T38觸點閉合，Q0.6輸出并自鎖，潤滑電動機M重新起動運行，重復上述控制過程。

（2）潤滑系統(tǒng)工作原理網(wǎng)絡1：潤滑電動機起動；網(wǎng)絡2：運行20s后斷開潤滑電動機；網(wǎng)絡3：已運行20s后但潤滑油路壓力不正常；網(wǎng)絡4：潤滑電機運行計時到；網(wǎng)絡5：延時30min再接通潤滑電動機；網(wǎng)絡6：已停止運行30分潤滑油路壓力正常。網(wǎng)絡1：潤滑電動機起動；網(wǎng)絡2：運行20s后斷開潤滑（3）澗滑系統(tǒng)的故障監(jiān)控

1)當潤滑油路出現(xiàn)泄漏或壓力開關(guān)SP3失炅時，電動機M已運行20s，但壓力開關(guān)SP3未閉合，網(wǎng)絡3中I0.5觸點未打開，M0.3為1并自鎖，一方面使網(wǎng)絡7中M0.7輸出為1，使網(wǎng)絡1中M0.7觸點打開，斷開潤滑電動機；另一方面網(wǎng)絡8中M0.7觸點閉合，使Q0.0輸出為1，接通報警指示燈HT3亮，經(jīng)過T39、T40定時器控制，信號報警燈將出現(xiàn)閃爍?？刂瞥绦蛉鐖D7-5所示。（3）澗滑系統(tǒng)的故障監(jiān)控2)當潤滑油路出現(xiàn)堵塞或壓力開關(guān)失靈時，在電動機M巳停止運行30min后，壓力開關(guān)SP3未斷開，則網(wǎng)絡6單元的I0.5閉合，M0.4輸出為1，同樣使網(wǎng)絡7單元的M0.7輸出為1，結(jié)果與第一種情況相同，使?jié)櫥妱訖C不再起動，出現(xiàn)報警。3)如果潤滑油不足，液位開關(guān)SL3閉合，網(wǎng)絡7單元的Il.6閉合，同樣使M0.7為l，斷開電動機M出現(xiàn)報警。4)潤滑電動機M過載，QF3斷開電動機M主電路，同時QF3的輔助觸點合上，使網(wǎng)絡7單元的Il.6合上，同樣使M0.7為1，斷開電動機M的控制電路出現(xiàn)報警。網(wǎng)絡7為機床潤滑系統(tǒng)故障；網(wǎng)絡