数控机床PLC程序设计.doc

PLC程序设计【实际的PLC代码以实际应用为准】设计思想PMAC内嵌了PLC功能，以支持数控系统的逻辑处理和I/O控制，并且具有一般PLC的运行特征，即循环运行方式，但通常是通过语句程序实现的，而且没有明确的集中处理约束，因此在进行复杂PLC程序设计时应借鉴常规PLC的设计方法和原则，才能保证程序逻辑的准确性。要实现PLC的集中输入输出特性，首先要保证I/O语句在程序中的位置，即首先将输入端口的状态数据读入映象寄存器中，使运行程序只检测该寄存器的状态，将输出结果存放在输出映象寄存器中，最后将输出映象寄存器的内容映射到实际物理端口。在配置了ACC-34A端子板的PMAC系统中，程序格式如下：（1）数据定义M1000-TWS:1 ；输入端口定义M1001-D:$0010F0 ；建立输入映像M800-Y:$0010F0,0 ；分解输入字节M801-Y:$0010F0,1 M1002- TWS:6 ；输出端口定义M1003-D:$0010F1 ；建立输出映像M900-Y:$0010F1,0 ；分解输出字节M901-Y:$0010F1,1 ；分解输出字节上述定义中，M1000和M1002分别对应输入和输出端口物理地址，由PMAC系统即时刷新端口状态；M1001和M1003为对应的映象变量，并指向PMAC固定存储器，以便在上电或复位时自动清零。把缓冲器字节分解成位，并由M变量直接进行位操作，方便了对端口各位的独立操作。（2）PLC程序open plc 1 ；建立或打开程序缓冲区clear ；清除缓冲区内容M1001=M1000 ；输入采样 ；用户编制的程序逻辑M1003=M1002 ；输出刷新close ；关闭缓冲区上述程序格式完全符合了PLC的基本工作方式，用户程序只需对M1001和M1003映象变量或分解后的M变量操作，不要直接访问M1000和M1002。梯形图是编制PLC程序的有效方法，将其引入PMAC的PLC程序设计中，代替直接使用编程语句的设计方法，在很大程度上降低了PLC程序设计难度。为描述该设计方法，以图1所示典型的电机正反转控制电路为例进行说明。KRKM1图1 电机正反转控制电路SB2KM1SB1KM2SB3KM2KM1KM2 在PMAC数控系统中，将按钮SB1、SB2、SB3和热继电器KR的常开触点接在端子板的输入端，将KM1和KM2接触器线圈接在输出端，则其控制逻辑可表达为图2所示的梯形图。KM1图2 电机正反转控制梯形图SB2KM1KM2SB1M800M801M901M900M900KM2SB3KM2KM1SB1M800M802M900M901M901KRM803KRM803图2中的M变量分别对应按钮在PMAC中的输入位和输出位，因此M具有逻辑变量特性，即只能取值0或1。容易根据梯形图写出由布尔逻辑表达的PMAC程序语句：M900=(M8001)&(M801|M900)&(M9011)&(M8031);M901=(M8001)&(M802|M901)&(M9001)&(M8031);语句中的“|”是“位或”操作符，表示节点并联；“&” 是“位与”操作符，表示节点串联；PMAC中没有“位反”指令，但可使用“异或”操作符“”表示梯形图中的常闭节点，即有：M按位取反=M1M常闭节点 显然，采用梯形图设计使逻辑关系清晰明了，尤其对于复杂的逻辑程序设计，采用布尔逻辑表达式避免了因大量使用IfElseEndIf条件语句而造成的逻辑混乱，而且程序语句运算简单，有利于加快程序的执行速度。使用梯形图方式设计逻辑和变量分配，用位操作结合PMAC的结构控制语句将梯形图转换为程序语句。设计程序：系统安全程序PLC1，机床回零程序PLC2，固定功能程序PLC3。接口类变量使用M10M39，M90M99：PLC接受的命令：M10M19M10：回零指令，1：执行回零控制过程，回零结束变量自动复位；0：取消回零运动。M11：断电命令，1：切断伺服驱动电源，断电后变量自动复位。M12：主轴启动，1：主轴运行，变量自动复位。M13：主轴停止，1：主轴停止运行，变量自动复位。M14：刀具坐标修正，变量自动复位。在改变刀具时必须调用。M15：XZY坐标回零指令，变量自动复位。M16：数控复位指令，变量自动复位。M17M19：未定M90，X轴JOG+，自动复位M91，X轴JOG-，自动复位M92，Y轴JOG+，自动复位M93，Y轴JOG-，自动复位M94，Z轴JOG+，自动复位M95，Z轴JOG-，自动复位M96，A轴JOG+，自动复位M97，A轴JOG-，自动复位M98，B轴JOG+，自动复位M99，B轴JOG-，自动复位Q98：刀具长度mmQ99：刀具半径mmQ127：主轴转速rpmQ128：XYZ直线点动移动增量mmQ129：AB旋转点动移动增量 Q130：倍率值PLC反馈的系统错误状态：M20M29M20：伺服断电M21：伺服开环（已隐含致命跟随误差检查）M22：到达硬限位M23：到达限位（硬限位软限位）M24：致命跟随误差M25：报警跟随误差M26：运行或计算错误M27：硬件或通讯错误M28：直线电机换向搜索零点开关报警M29：机床未回零报警PLC反馈的操作状态：M30M39M30：机床回零成功M31：机床状态正常。如M31=0时，上位机操作时应检查M20M29状态，并且操作许可为：如M22或M23或M28或M29为1，可以进行机床回零操作；如只有M23为1，可以进行点动操作或手动操作，使其离开软极限点；如只有M26为1，应检查NC程序中的参数错误，或逆解程序错误或其他计算错误。其他情况不能操作，建议用户重新冷启动系统。M32：NC程序正在运行。此时可以等待或数控复位或其他操作。M33M39：未定操作补充：1、在MDA或JOG或Auto方式转换时，如已启动主轴，应保持主轴状态，不要自动关闭；2、任何方式下，都可通过按键启动主轴，但在Auto方式下不得通过按键停止主轴，在MDA或JOG方式下可以通过按键停止主轴。3、不要使用“A”指令，如需要退出运行程序时，应启动数控复位指令。使用的中间变量：M40M69，M75M79M40M59：回零程序（PLC2）使用。M60M69：安全程序（PLC1）使用。M75M79：功能程序（PLC3）使用。注：M0M9在程序中不得使用，保留给PMAC系统或自定义伺服算法。安全PLC程序梯形图M1001M1000M121M22M122M221M222M321M322M521M522M621M622M800M20驱动故障标志到达硬限位标志M21 M138M238M338M538M638电机开环标志输入采样M6810000M131M23M132M231M232M331M332M531M532M631M632到达限位标志M142M24M242M342M542M642M141M241M341M541M641致命跟随误差M25报警跟随误差CMDKM60M26 M5182运行错误标志M5181M27 M83硬件错误标志M84M86CMD“#1J/#2J/#3j/#5j/#6j/”M62M60 M20断电脉冲产生M61M61 M60M61M20驱动故障开环驱动正常闭环延时M62 M20通电脉冲产生M63M63 M62M63M20延时M901=1，M12=0M12主轴启动M10=0，M30=0CMD“#7O0”M10=0, M30=0要求主轴开环M20M900M21M23报警指示输出M24M25M26M27M110断电命令复位M20M28M902 M21驱动上电保持M10M22M24M28M11M900M31运动使能标志M30M901=0M20强行停止主轴M21M779=Q127*I769/12000设定主轴转速M901=0，M13=0M13主轴停止M738CMD“#7O0”M5197=Q130*I10设定倍率M1002M1003输出刷新M30M29未回零标志M32程序正在运行M5180上述延时均表达为：M682000 ; M69M68 ; WHILE(M690) ; M69=M69-1 ; ENDWHILE 本程序占用变量M60M69M28由回零程序传过来，使直线电机负向搜索断电。M30为回零程序传过来的回零成功标志。M29为机床未回零报警标志M11为断电指令，M12为主轴启动指令，M13为主轴停止指令。主轴转速设定中，12000表示最大转速，即12000rpm/10V，该值在变频器中已确定，即变频器10V-200Hz-12000rpm。主轴转速的设定方法：在开环状态下，使用“o0”后，直接通过M779（已定义指向7电机PID内部滤波结果寄存器，16bitDAC）设定DAC输出，等效于“o数据”。倍率设定方法：直接将倍率值I10写入M5197（已定义指向1坐标系主命令时基寄存器）,I10为伺服中断时间。机床回零PLC程序梯形图 CMDA等待回零指令M40WHILE (M10=0 or M20=1 or M21=1)HOME指令M121I123=-ABS(I123)直1负向搜索人工上电While(m140!=1) EndwM41CMD“#1HM”M40M51=0，M581000，M28=0I123=ABS(I123), I223=ABS(I223),I323=ABS(I323)M145=0,M245=0,M345=0,M545=0,M645=0M41=1,M42=0,M28=1M40=1，M30=0复位HM状态CMD”#1j/#2j/#3j/#5j/#6j/”M51M51=0M21ENDWHILEM10=0M20M21退出运动程序延时CMD“#1HM#2HM#3HM#5HM#6HM”等待在“位置”M321I323=-ABS(I323)直3负向搜索人工上电While(m340!=1) EndwM45CMD“#3HM”M45=1,M46=0,M28=1M221I223=-ABS(I223)直2负向搜索人工上电While(m240!=1) EndwM43CMD“#2HM”M43=1,M44=0,M28=1M222I223=ABS(I223)直2正向搜索人工上电While(m240!=1) EndwM44CMD“#2HM”M44=1,M43=0,M28=1M322I323=ABS(I323)直3正向搜索人工上电While(m340!=1) EndwM46CMD“#3HM”M46=1,M45=0,M28=1M122I123=ABS(I123)直1正向搜索人工上电While(m140!=1) EndwM42CMD“#1HM”M42=1,M41=0,M28=1M245M57M145M645M345M545到机床零位M621I623=-ABS(I623)Y负向搜索M622I623=ABS(I623)Y正向搜索While(m640!=1) EndwM49While(m640!=1) EndwCMD“#6HM”M50CMD“#6HM”M49=1, M50=0M50=1, M49=0M51M57M521I523=-ABS(I523)X负向搜索M522I523=ABS(I523)X正向搜索While(m540!=1) EndwM47While(m540!=1) EndwCMD“#5HM”M48CMD“#5HM”M47=1, M48=0M48=1, M47=0M57延时5全部坐标回零CMD “Z”M14=1M5187M10=0减小跟随误差Z坐标修正M30=1回零结束回零成功标志上述延时均表达为：M58=2000 ; M59M58 ; WHILE(M590) ; M59=M59-1 ; ENDWHILE延时的作用是：电机稳定后，才接受CMD命令，通过延时等待电机稳定。本程序占用M40M59变量。图中，M10为机床回参考点指令，M101机床复位回参考点（HOME）；回零过程结束后自动复位M100。M10=0可强行停止回零运动。通过M30可以检查回零状态，M301表示完成回零操作，M300 失败。M281时（直线电机换向搜索），会传送给安全程序，自动断电，必须通过手动上电实现换向搜索。注： M141时通过功能程序（PLC3）设置在机床零点的Z坐标。固定功能PLC程序梯形图M75=0 ENDWHILE等待调用指令WHILE (M75=0 M14M75M15M16M90M91M92M93M94M95M96M97M98M99M30M91M91M532M5180M90M90M531M5180点动限位检查M93M93M632M5180M92M92M631M5180M95M95M232M5180M94M94M231M5180M132M131M332M331M97M97M23M5180M96M96M23M5180M99M99M23M5180M98M98M23M5180CMD“Q”M14运行修正程序M14=0结束运动程序CMD“B990R”M5180CMD“X=0Y=0Z=0”M15M15=0XZY坐标回零CMDAM16While (m5187 != 1) Endw数控复位Q127=0程序退出修正M5180等待“在位”While (m5187 != 1) Endw等待“在位”CMD“#1j=#2j=#3j=#5j=#6j=”CMD“B1”指向主程序区Q1301转速设定0倍率100I5189=0M90M91M92M93M94M95M96M97M98M99CMD“B991R”调用点动程序M16=0进给速度0退出程序注：程序退出修正的原理见上述运动学和指令说明部分，或论文；PLC和运动程序代码回零PLC程序; 接口参数：; 输入参数：M10，回零指令，M101时执行回零运动过程；M10=0时可强行终止回零运动; 输出参数：M30，回零状态，M30=1回零成功；M30=0回零未完成; 设计思想：; 工作台在回零时可以到达硬极限一次，再反向搜索；; 直线电机只能沿正向搜索，若到达硬极时，将断开驱动电源; 若要反向搜索，必须手动保持电源m10.19-* ;复位命令变量m40.59-* ;复位中间变量closeopen plc 2clearWhile (m10 = 0 Or m20 = 1 Or m21 = 1) If (m51 = 1) If (m21 = 0) cmd#1j/#2j/#3j/#5j/#6j/ ; 1号电机接入后增加#1j/ EndIf m51=0 EndIf If (m20 = 1 Or m21 = 1) m10=0 EndIf i123=abs(i123) i223=abs(i223) i323=abs(i323) m40=0 m41=0 m42=0 m43=0 m44=0 m45=0 m46=0 m47=0 m48=0 m49=0 m50=0 m51=0 m28=0 ; 传给安全PLC m58=1000EndWhileIf (m40 = 0) cmdA m59=m58 While (m59 0) m59=m59-1; EndWhile cmd#1hm#2hm#3hm#5hm#6hm ;1号电机接入后增加#1hm m145=0 m245=0 m345=0 m545=0 m645=0 ; 1号电机接入后增加m145=0 m30=0 m5181=0 ; 新加内容：复位圆弧半径错误标志,对应m38 m39=0 ; 新加内容：复位刀轴转角超差标志 m40=1EndIfIf (m121 = 1 And m41 = 0) ; 1号电机接入后增加 i123=-abs(i123) While (m140 != 1) Endwhile cmd#1hm m41=1 m42=0 m28=1EndIfIf (m122 = 1 And m42 = 0) ; 1号电机接入后增加 i123=abs(i123) While (m140 != 1) Endwhile cmd#1hm m42=1 m41=0 m28=1EndIfIf (m221 = 1 And m43 = 0) i223=-abs(i223) While (m240 != 1) Endwhile cmd#2hm m43=1 m44=0 m28=1EndIfIf (m222 = 1 And m44 = 0) i223=abs(i223) While (m240 != 1) Endwhile cmd#2hm m44=1 m43=0 m28=1EndIfIf (m321 = 1 And m45 = 0) i323=-abs(i323) While (m340 != 1) Endwhile cmd#3hm m45=1 m46=0 m28=1EndIfIf (m322 = 1 And m46 = 0) i323=abs(i323) While (m340 != 1) Endwhile cmd#3hm m46=1 m45=0 m28=1EndIfIf (m521 = 1 And m47 = 0) i523=-abs(i523) While (m540 != 1) Endwhile cmd#5hm m47=1 m48=0EndIfIf (m522 = 1 And m48 = 0) i523=abs(i523) While (m540 != 1) Endwhile cmd#5hm m48=1 m47=0EndIfIf (m621 = 1 And m49 = 0) i623=-abs(i623) While (m640 != 1) Endwhile cmd#6hm m49=1 m50=0EndIfIf (m622 = 1 And m50 = 0) i623=abs(i623) While (m640 != 1) Endwhile cmd#6hm m50=1 m49=0EndIfm57=m145&m245&m345&m545&m645 ; 1号电机接入后增加m145&m51=m571If (m57 = 1 And M5187 = 1) m59=m58*5 While (m59 0) m59=m59-1; EndWhile cmdz ; 所有坐标回零 m30=1 m17=1 ; 启动坐标修正程序（刀长补） m10=0EndIfclose;enable plc2安全PLC程序; 主控制PLC程序; 接口参数：; 输入参数：M11，1：断电指令; M12，1：主轴启动; M13，1：主轴停止; 如需要直接设定主轴转速，可操作Q127变量（rpm/min）; 如通过S程序指令设定，不需要任何参数操作; Q130，倍率值，通过该变量直接设定倍率值; 输出参数：M20，1：伺服驱动故障; M21，1：伺服开环; M22，1：到达硬限位; M23，1：到达软或硬限位; M24，1：致命跟随误差; M25，1：跟随误差报警; M26，1：运行或运动学计算错误; M27，1：硬件校验或I/O板错误; M28，1：直线电机向下搜索零点开关报警; M29，1：机床未回零; M31，1：机床状态正常; M32，1：程序正在运行; M38，1：圆弧半径错误（新加内容）; M39, 1: 刀轴与Z轴夹角到达报警值 （新加内容）; 设计思想：;m60.69-* ; 复位中间变量q130=1 ; 初始化倍率为%100q127=0 ; 初始化主轴转速0closeopen plc 1clearm1001=m1000m68=1000m20=m8001 ;1号电机接入后改为m20=m8001m21=m138|m238|m338|m538|m638 ;1号电机接入后增加(m138|)m22=m121|m122|m221|m222|m321|m322|m521|m522|m621|m622;1号电机接入后增加m121|m122m23=m131|m132|m231|m232|m331|m332|m531|m532|m631|m632;1号电机接入后增加m131|m132m24=m142|m242|m342|m542|m642 ;1号电机接入后增加m142m25=m141|m241|m341|m541|m641 ;1号电机接入后增加m141m26=m5182m27=m83|m84|m86m38=m5181 ; 新加内容m60=m20&(m611)m61=(m60|m61)&m20m62=(m201)&(m631)m63=(m62|m63)&(m201)If (m60 = 1) cmdK m69=m68 While (m69 0) m69=m69-1 EndWhile m10=0 m30=0EndIfIf (m62 = 1) cmd#1j/#2j/#3j/#5j/#6j/ ;1号电机接入后增加#1j/ m69=m68 While (m69 0) m69=m69-1 EndWhile cmd#7o0 m10=0 m30=0EndIfIf (m12 = 1) m901=1 m12=0EndIfIf (m13 = 1) m901=0 m13=0EndIfIf (m20 = 1 Or m21 = 1) m901=0EndIfm902=(m221)|m10)&(m211)&(m241)&(m281)&(m111)If (m20 = 1) m11=0EndIfIf (m738 = 1) m779 = Q127*i769/12000 ; 转速，在o0后，=o命令，12000rpm/10vElse cmd#7o0EndIfm5197=q130*i10 ; 倍率设定，=%命令m900=m20|m21|m22|m23|m24|m25|m26|m27|m28|m38|m39 ; 新增加了m38和m39If (m900 = 1 And m5180 = 1) cmdAEndIfIf (m38 = 1 And m5180 = 1) ;（新加内容） cmdAEndIfIf (m39 = 1 And m5180 = 1) ;（新加内容） cmdAEndIf If (i5189 * ;复位命令变量m90.99-*m75.79-* ;复位中间变量closeopen plc 3clearm75=0m78=1000While