《lc模块基础》PPT课件.ppt

3.1 PLC概述,3.4 数控机床PLC 应用实例,3.2 PLC的基本 应用知识,3.3 数控机床PLC系统 的设计及调试,3.1PLC概述,PLC的特点,(1)PLC是一种专用于工业顺序控制的微机系统。 (2)PLC是专为在恶劣的工业环境下使用而设计的，所以具有很强的抗干扰能力。 (3)结构紧凑、体积小，很容易装入机床内部或电气箱内，便于实现动作复杂的控制逻辑和数控机床的机电一体化。 (4)采用梯形图编程方式。 (5)PLC可与编程器、个人计算机等连接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。,3.1.1 PLC的特点与分类,PLC的分类,PLC的产品很多，型号规格也不统一，可以从结构、原理、规模等方面分类。从数控机床应用的角度分，可编程控制器可分为两类：一类是CNC的生产厂家将数控装置(CNC)和PLC综合起来而设计的“内装型”(BuildinType)PLC；另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入输出信号接口技术规范、输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求，称为“独立型”(Sandalone Type)PLC。,内装型PLC,内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC输入输出接口电路实现信号传送。 特点： (1)内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能。 (2)内装型PLC系统适用于单机数控设备的应用场合。 (3)内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU 。 (4)采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级控制功能。 世界著名的CNC系统厂家在其生产的CNC产品中，大多开发了内装型PLC功能。,内装型PLC的CNC系统框图,独立型PLC又称外装型或通用型PLC。对数控机床而言，独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。采用独立型PLC的数控系统框图。 特点： (1)独立型PLC具有CPU及其控制电路，系统程序存储器、用户程序存储器、输入输出接口电路、与编程器等外部设备通信的接口和电源等基本功能结构。 (2)独立型PLC一般采用积木式模块结构或插板式结构，各功能电路多做成独立的模块或印刷电路插板，具有安装方便、功能易于扩展和变更的优点。 (3)性能价格比不如内装型PLC。,独立型PLC,独立型PLC的CNC系统框图,3.1.2 PLC的组成及工作方式,微处理器(CPU)、存储器、用户输人输出部分、输入输出扩展接口、外围设备以及电源等。对于内装型PLC，CPU、存储器、外围设备、电源等部分一般与CNC装置共用。,PLC的组成,各组成部分的功能,(1)CPU与通用微机CPU一样，它是PLC的核心。 (2)PLC有系统存储器和用户存储器，前者用作存储监控程序、模块化应用子程序和各种系统参数等。后者用作存放用户程序。 (3)用户输入输出部分包括输入输出接口，输入输出控制电路及隔离电路等，用作PLC与外部输入输出设备进行连接。 (4)当主机默认的IO点数不够时，可选配IO扩展模块，但不能单独使用。 (5)外围设备根据PLC的型号与厂家的不同，可配置编程设备、程序写入器、用户程序卡、磁带机、打印机、AD、DA、高速计数器、RS232485通信接口、光纤通信接口等。,PLC的工作方式,PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一时钟周期执行一条指令。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。,(1)输入采样阶段。PLC在输入采样阶段以扫描方式顺序读人所有输入端子的状态，存人输人寄存器，接着转入程序执行阶段。 (2)程序执行阶段。PLC在程序执行阶段中顺序对每条指令进行扫描。先从输人寄存器读人所有输入端子的状态。若程序中规定要读人某输出状态，则也在此时读入。然后进行逻辑运算，最后将结果送人输出寄存器。 (3)输出刷新阶段。所有指令执行完毕后，将输出寄存器中所有的输出状态送到输出电路，成为PLC的实际输出。 PLC执行完上述的三个阶段称为一个扫描周期。,扫描过程,3.1.3 常见的编程语言,梯形逻辑图(LAD),计算机的通用语言,3.1.4 梯形图和语句表,梯形图,(1)梯形图的结构是采用“触点”、“线圈”(或称继电器线圈)、“功能图”等图形符号表达输出与输入的逻辑关系。 (2)梯形图是沿从上到下、从左到右，一个梯级一个梯级地顺序进行工作，当执行至顺序程序结束时，又返回开头重复执行。 (3)高级顺序和低级顺序。 应把需要迅速处理的信号及快速响应的顺序编在高级顺序中，如急停、坐标轴极限超程等逻辑，其他信号则编在低级顺序中。,(1)梯形图按从上到下、从左到右的顺序绘制。继电器线圈在最右侧，若存在左右的电力轨线，则整个逻辑图形似梯形。 (2)对电路各元件分配编号。 (3)在梯形图中输入触点用来表示用户输入设备的输入信号。 (4)在梯形图中，同一继电器的常开、常闭触点可以多次被使用，不受限制，但同一继电器的线圈只能使用一次，否则仅最后一次操作有效。,绘制梯形图的原则,语句表,3.2 PLC的基本 应用知识,3.2.1 CNC侧与MT侧的概念,3.2.2 接口信息,从信号的流向来看包括输入接口和输出接口 从信号的幅值特性来看包括模拟量接口和开关量接口,开关量输入接口,开关量输出接口,模拟量输出接口,电气接口,开关量输入接口,开关量输入接口等效电路NPN型,开关量输入接口等效电路PNP型,开关量输出接口,开关量输出接口等效电路NPN型,开关量输出接口等效电路PNP型,模拟量输出接口,寄存器接口,输入寄存器(XI),计数器(C),定时器(T),断电保存 寄存器(BM),输出寄存器(YO),辅助寄存器(RM),用户指令寄存器(P),CNC状态寄存器(F),CNC控制寄存器(G),6、断电保存寄存器(BM)。PLC上电工作时，除去已闭合的输入条件，其他寄存器的值都为0。 断电保存寄存器除具有辅助寄存器功能外，还具有断电保存的功能，即PLC上电时保持上次断电时的状态。 7、用户指令寄存器(P)。一般在内装式PLC中提供，各寄存器的含义由PLC定义。 8、CNC状态寄存器(F)。一般在内装式PLC中提供，各寄存器的含义由数控系统软件定义。 9、CNC控制寄存器(G)。一般在内装式PLC中提供，各寄存器的含义由数控系统软件定义。,计数器,定时器,3. 2. 3 安全互锁,定义 若目前有A、B两个过程，出于安全的目的，当A动作后将限制B的动作，称A对B有安全互锁；若B对A也有安全互锁，称A、B之间安全互锁。 功能 1、急停 2、限位 3、进给驱动装置 4、主轴单元 5、三相异步电动机换向 6、换刀,1、工艺分析 首先，对被控机床设备的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、功能和特性进行分析，估算IO开关量的点数、IO模拟量的接口数量和精度要求，从而对PLC提出整体要求。 2系统调研 根据设备的要求，对初步选定的数控系统进行调研，了解其所提供的PLC系统的功能和特点。,3.3.1 PLC系统设计步骤-1,3.3.1 PLC系统设计步骤-2,3、确定方案 主要是从PLC的角度对数控系统提出要求，从而确定数控系统的方案。 在选择独立型PLC时主要考虑以下4个因素 功能范围。 IO点数。 存储器容量。根据系统大小不同，选择用户存储器容量不同的PLC选择方法主要凭经验估算，其估算法有下列两种： (a)PLC内存容量(指令条数)约等于IO总点数的1015倍； (b)指令条数6(IO)+2(Tm+Ctr)，式中，Tm为定时器总数，Ctr为计数器总数。有时可在其基础上增加20的裕量。 处理时间。PLC从处理一个输入信号到产生一个输出信号所需的时间称为处理时间。,4电气设计 PLC控制系统的电气设计包括：原理图、元器件清单、电柜布置图、接线图与互连图。电气设计时特别要注意： (1)PLC输出接口的类型，是继电器输出还是光电隔离输出等。 (2)PLC输出接口的驱动能力，一般继电器输出为2A，光隔输出为500mA。 (3)模拟量接口的类型和极性要求，一般有电流型输出(一29mA+20mA)和电压型输出(一10V+10V)两种可选。 (4)采用多直流电源时的共地要求。 (5)输出端接不同负载类型时的保护电路。执行电器若为感性负载，需接保护电路，电源为直流可加续流二极管，电源为交流可加阻容吸收电路。 (6)若电网电压波动较大或附近有大的电磁干扰源，应在电源与PLC间加设隔离变压器、稳压电源或电源滤波器。 (7)注意PLC的散热条件，当PLC的环境温度大于55时，要用风扇强制冷。,3.3.1 PLC系统设计步骤-3,3.3.2 PLC程序设计,一般步骤,一般原则,常用方法,PLC程序设计,PLC程序设计的常用方法,PLC程序设计的一般步骤,、若所采用的PLC自带有程序，应该详细了解程序已有的功能和对现有需求的满足程度和可修改性。尽量采用PLC自带的程序。 、将所有与PLC相关的输入信号(按钮、行程开关、速度及温度等传感器)，输出信号(接触器、电磁阀、信号灯等)分别列表，并按PLC内部接口范围，给每个信号分配一个确定的编号。 、详细了解生产工艺和设备对控制系统的要求。画出系统各个功能过程的工作循环图或流程图、功能图及有关信号的时序图。 、按照PLC程序语言的要求设计梯形图或编写程序清单。梯形图上的文字符号应按现场信号与PLC内部接口对照表的规定标注。,PLC程序设计的一般原则,、保证人身与设备安全的设计永远都不是多余的。 、PLC程序的安全设计，并不代表硬件的安全保护可以省略。 、了解PLC自身的特点。 、设计调试点易于调试。 、模块化设计。 、尽量减少程序量。 、全面的注释，便于维修。,3.3.3 PLC调试,1、输入程序 2、检查电气线路 3、模拟调试 模拟调试可以采用系统提供的模拟台调试，也可以在关闭系统强电的条件下模拟调试，例如关闭主轴强电空开，那么调试中即使PLC动作有误，由于主轴电动机不会实际运转，所以也不会引起事故。 4、运行调试 5、非常规调试，验证安全保护和报警的功能 这部分工作一般也分为模拟调试和运行中调试，以防如果保护功能失效而损坏器件和设备。 6、安全检查并投入考验性试运行,3.4 数控机床PLC应用实例,主轴系统-过程分析,主轴的控制包括正转、反转、停止、制动和冲动等。 要求：按正转按钮时电动机正转；按反转按钮时电动机反转；按停止按钮时电动机停止，并控制制动器制动2s；按下冲动按钮电动机正转0.5s，然后停止；电动机过载报警后正反转按钮冲动按钮无效。,电气设计图,器件含义,主轴系统-安全互锁,在电气安全互锁设计方面，主轴正/反转在接触器和继电器分别进行了安全互锁；主轴正反转对刀具松进行了安全互锁；急停对主轴运转进行了安全互锁。,与主轴控制相关的输入输出寄存器包括： 输入寄存器：X1.4正转 X1.5反转 X1.6停止 X1.7冲动 X8.5报警 输出寄存器：Y5.0正转 Y5.1反转 Y5.2制动 Y5.3松刀,主轴系统-程序设计,程序-1,1LD X1.4 读取主轴正转按钮 2OR R0.0 R0.0自锁 3AND X8.5 无报警 4ANI Y5.3 刀具未松开 5AND X1.6 停止按钮未按下(停止按钮硬件上是常闭连接) 6ANI Y5.1 反转无输出 7ANI Y5.2 主轴未制动 8OUT R0.0 输出中间变量R0.0，并自锁 主轴正转条件都满足，则按下正转按钮后，输出R0.0并自锁 9LD X1.7 读取主轴冲动按钮 10OR R0.1 R0.1互锁 11ANI T1 若T1计时未完成 12OUT R0.1 输出R0.1 13OUT T1 K5 T1计时0.5 s 按下主轴冲动按钮后，R01输出0.5s后关闭,程序-2,14LD R0.0 读取R0.0 15OR R0.1 或R0.0 16AND X8.5 无报警 17ANI Y5.3 刀具未松开 18AND X1.6 停止按钮未按下 19ANI Y5.1 反转无输出 20ANI Y5.2 主轴未制动 21OUT Y5.0 输出Y5.0控制主轴正转 主轴正转条件满足后，R0.0和R0.1任意一个有输出则输出Y5.0控制主轴正转，实现了主轴连续正转和每次按下主轴冲动按钮，主轴正向冲动0.5 s的功能,程序-3,22LD X1.6 读取主轴停止按钮 23OR Y5.2 主轴制动自锁 24ANI T2 若T2计时未完成 25OUT Y5.2 输出主轴制动 26OUT T2 K20 T2计时2s 按下主轴停止按钮后，Y5.2输出制动主轴2s后断开 27LD X1.5 读取主轴反转按钮 28OR Y5.1 主轴反转自锁 29AND X8.5 报警 30ANl Y5.3 刀具末松开 31AND X1.6 停止按钮未按下 32. ANI Y5.0 正转无输出 33. ANI Y5.2 主轴未制动 34. OUT Y5.1 输出Y5.1控制主轴反转 35. END 主轴反转条件都满足，则按下反转按钮后，输出Y5.1并自锁,车床刀架-过程分析,换刀动作由T指令或手动换刀按钮启动，换刀过程： (a)刀架电动机正转； (b)检测到所选刀位的有效信号后，停止刀架电动机，并延时(100ms)； (c)延时结束后刀架电动机反转锁死刀架，并延时(500ms)； (d)延时结束后停止刀架电动机，换刀完成。 车床刀架不存在刀具交