PLC在数控机床中的应用形式.doc

1、 PLC在数控机床中的应用形式数控机床中所用的PLC可分为两类：一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的内装型PLC(built-in Type)，另一类是那些输入输出技术规范，输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的独立型PLC(Stand-alone Type)。内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU这种结构从软硬件整体上考虑, PLC 和NC 之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且NC 和PLC 之间易实现许多高级功能。PLC 中的信息也能通过CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式式，可根据用户自己的的特点，选用不同专业PLC厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。2、PLC与数控系统及数控机床间的信息交换相对于PLC，机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换，对于PLC的功能发挥，是非常重要的。PLC与外部的信息交换，通常有四个部分：（1）、机床侧至PLC：机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改。（2）、PLC至机床：PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。（3）、CNC至PLC:CNC送至PLC的信息可由CNC 直接送入PLC的寄存器中,所有CNC送至PLC的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址) 均由CNC 厂家确定,PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T 功能,通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中。（4）、 PLC至CNC:PLC 送至CNC 的信息也由开关量信号或寄存器完成,所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC 厂家确定,PLC 编程者只可使用,不可改变和增删。3、PLC在数控机床中的工作流程PLC在数控机床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤：（1）、输入采样：输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信号状态，并将此状态，读入到输入映象寄存器中。当然，在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。（2）、程序执行：程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描，并且同时读入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据，在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。（3）、出刷新阶段：在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。4、 PLC在数控机床中的控制功能（1）、操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行。（2）、机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号(如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等)（3）、输出信号控制：PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。（4）、功能实现。系统送出T指令给PLC，经过译码，在数据表内检索，找到T代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号。（5）、M功能实现。系统送出M指令给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。M指令完成，系统发出完成信号。2、 1.plc在机床行业的应用plc在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。 内装式plc也称集成式plc，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将nc和plc结合起来考虑，nc和plc之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个cpu，也可以是单独的cpu，这种结构从软硬件整体上考虑，plc和nc之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且nc和plc之间易实现许多高级功能。plc中的信息也能通过cnc的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的plc。独立式plc也称外装式plc，它独立于nc装置，具有独立完成控制功能的plc。在采用这种应用方式时，可根据用户自己的的特点，选用不同专业plc厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。plc在数控机床和非数控机床中都有使用，在数控机床中，plc是数控机床的大脑，何时进刀，何时退刀，刀量多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由plc发出指令，机床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到plc。通过计算机与plc的组合，实现对刀架换刀的准确控制。plc在机床行业的总体市场情况机床行业中plc的应用以小型plc为主，日系plc在小型plc领域占有很大优势，因此在机床行业中日系plc占据大部分市场份额，而三菱、西门子和ge-fanuc由于其数控系统在机床行业中占有优势，因此在机床行业中占有一席之地。机床行业中plc品牌集中度比较高，主要集中于日系品牌（三菱、欧姆龙）和西门子，台湾品牌台达在其中也占有一定的市场份额，而其他的品牌主要有富士、倍福、ls、施耐德、光洋、abb和横河等。2.plc在机床行业的应用前景机床行业在保持了最近这些年的持续高速增长之后，于今年开始出现衰退现象，特别是在受金融危机冲击后，从7月份开始与去年同期相比都有不同程度的下降，11月份甚至下降幅度达到20.2%，如此高幅度的下降是历年很少见的，其中普通机床的影响尤为明显，库存开始增加，而数控机床的影响稍微少一些，从而给这个行业重新洗牌，未来机床的方向是数控化和逐步高端化，这些机床都需要使用大量plc和运动控制器/卡来逐步取代继电器或机械控制，使得机床的整体性能得到提升，因此从长远来看，plc和运动控制器/卡在机床行业的应用还是会很有潜力，在金融危机的冲击下，用户对plc的性价比会越来越高，在同等价位水平下，希望plc能够集成更多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的plc转化成带有运动模块，这些都是plc厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有更加高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不需要借助相关平台即能实现运动控制功能。3、 “内装型”PLC（或称“内含型”PLC、“集成式”PLC）从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与MT间则通过CNC输入输出接口电路实现信号传送 4、5、 内装型PLC有如下特点： 1）内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。 2）内装型PLC的性能指标（如：输入输出点数，程序最大步数，每步执行时间、程序扫描周期、功能指令数目等）是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统其他功能一起统一设计、制造的。因此，系统硬件和软件整体结构十分紧凑，且PLC所具有的功能针对性强，技术指标亦较合理、实用，尤其适用于单机数控设备的应用场合。 3）在系统的具体结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU；硬件控制电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷板上，也可以单独制成一块附加板，当CNC装置需要附加PLC功能时，再将此附加板插装到CNC装置上，内装PLC一般不单独配置输入输出接口电路，而是使用CNC系统本身的输入输出电路；PLC控制电路及部分输入输出电路（一般为输入电路）所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。 4）采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级的控制功能。如：梯形图编辑和传送功能，在CNC内部直接处理NC窗口的大量信息等。 自70年代末以来，世界上著名的CNC厂家在其生产的CNC产品中，大多开发了内装型PLC功能。随着大规模集成电路的开发利用，带与不带PLC功能，CNC装置的外形尺寸已没有明显的变化。一般来说，采用内装型PLC省去了PLC与NC间的连线，又具有结构紧凑、可靠性好、安装和操作方便等优点，和在拥有CNC装置后，又去另外配购一台通用型PLC作控制器的情况相比较，无论在技术上还是经济上对用户来说都是有利的。 国内常见的外国公司生产的带有内装型PLC的系统有：FANUC公司的FS-0（PMC-LM），FS-0 Mate（PMC-LM），FS-3（PLC-D），FS-6（PLC-A、PLC-B），FS-1011（PMC-1）；FS-15（PMC-N）；Siemens公司的SINUMERIK 810，SINUMERIK 820；A-B公司的8200，8400，8600等。 6、 “独立型”PLC又称“通用型”PLC。独立型PLC是独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。采用独立型PLC的数控机床系统框图如图 7、8、 独立型PLC有如下特点： 1）独立型PLC具有如下基本的功能结构：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、与编程机等外部设备通信的接口和电源等（参见图5-2）。 2）独立型PLC一般采用积木式模块化结构或笼式插板式结构，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等优点。例如，可采用通信模块与外部输入输出设备、编程设备、上位机、下位机等进行数据交换；采用DA模块可以对外部伺服装置直接进行控制；采用计数模块可以对加工工件数量、刀具使用次数、回转体回转分度数等进行检测和控制，采用定位模块可以直接对诸如刀库、转台、直线运动轴等机械运动部件或装置进行控制。 3）独立型PLC的输入、输出点数可以通过IO模块或插板的增减灵活配置。有的独立型PLC还可通过多个远程终端连接器构成有大量输入、输出点的网络，以实现大范围的集中控制。 在独立型PLC中，那些专为用于FMS、FA而开发的独立型PLC具有强大的数据处理、通信和诊断功能，主要用作“单元控制器”，是现代自动化生产制造系统重要的控制装置。独立型PLC也用于单机控制。国外有些数控机床制造厂家，或是为了展示自己长期形成的技术特色，或是为了保守某些技术绝窍，或纯粹是因管理上的需要，在购进的CNC系统中，舍弃了PLC功能，而采用外购或自行开发的独立型PLC作控制器，这种情况在从日本、欧美引进的数控机床中屡见不鲜。 国内已引进应用的独立型PLC有：Siemens公司的SIMATI C S5系列产品；A-B公司的PLC系列产品；FANUC公司的PMC-J等。9、 感谢原作者工控机与PLC的区别并不在于长得什么样子，也不在于使用的工作环境，而在于它们的功能。它就发展来说，它们来自不同的途径，PLC来源以继电器为特征的电气逻辑控制，工控机来源于计算机。早期PLC只能用于进行逻辑运算，现在功能越来越强大了，但总体来说，还是适合于进行以顺序控制为主的自动化工程中，如流程工业。工控机作为控制设备，主用于以过程控制为主的自动化工程，如化工工业。工控机作为上位机人界面，认为只相当一台PC，与控制功能没什么关关系。工控机（Industrial Personal ComputerIPC）是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。目前，IPC已被广泛应用于通讯、工业控制现场、路桥收费、医疗、环保及人们生活的方方面面。 IPC的技术特点： 1、采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。 2、采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力。 3、机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。 4、配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护。 5、电源及键盘均带有电子锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。 6、具有自诊断功能。 7、可视需要选配I/O模板。 8、设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。 9、开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。 10、可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。 11、可采用无源母板（底板），方便系统升级。 IPC的主要结构： 1、全钢机箱 IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。 2、无源底板 无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成，ISA或PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。 3、工业电源 为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。 4、CPU卡 IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器可分为386、486、586、PII、PIII主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-600C；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时为5V/2.5A。 5、其他配件： IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。10、 PLC和NC的关系PLC用于通用设备的自动控制，称为可编程控制器。PLC用于数控机床的外围辅助电气的控制，称为可编程序机床控制器。因此，在FANUC数控系统中将其称之为PMC（programmable machine tool controller）。数控系统有两大部分，一是NC、二是PLC，这两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样来划分NC和PLC的作用范围：1、 实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由NC来完成；2、 机床辅助设备的控制是由PLC来完成。它是在数控机床运行过程中，根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。在数控机床中这两种控制任务，是密不可分的，它们按照上面的原则进行了分工，同时也按照一定的方式进行连接。NC和PLC的接口方式遵循国际标准“ISSO 4336-1981(E)机床数字控制数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为四种类型：1、与驱动命令有关的连接电路；2、数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路；3、电源及保护电路；4、通断信号及代码信号连接电路；从接口分类的标准来看，第一类、第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、伺服电机、位置检测以及数据检测装置之间控制信息。第三类是由数控机床强电电路中的电源控制控制电路构成。通常由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继电器、接触器等等构成。为其他电机、电磁阀、电磁铁等执行元件供电。这些相对于数控系统来讲，属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制系统的弱电回路，直接相连接的，只能够通过中间继电器等电子元器件转换成直流低压下工作的开关信号，才能够成为PLC或继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。反之，PLC或继电器逻辑控制来的控制信号，也必须经过中间继电器或转换电路变成能连接到强电线路的信号，再由强电回路驱动执行元件工作。第四类信号是数控装置向外部传送的输入输出控制信号。PLC在数控机床中的应用1、 PLC在数控机床中的应用形式PLC在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU这种结构从软硬件整体上考虑, PLC 和NC 之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且NC 和PLC 之间易实现许多高级功能。PLC 中的信息也能通过CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式式，可根据用户自己的的特点，选用不同专业PLC厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。2、PLC与数控系统及数控机床间的信息交换相对于PLC，机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换，对于PLC的功能发挥，是非常重要的。PLC与外部的信息交换，通常有四个部分：（1）、机床侧至PLC：机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由 PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改。（2）、PLC至机床：PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。（3）、CNC至PLC：CNC送至PLC的信息可由CNC 直接送入PLC的寄存器中,所有CNC送至PLC的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址) 均由CNC 厂家确定,PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T 功能,通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中。（4）、PLC至CNC：PLC 送至CNC 的信息也由开关量信号或寄存器完成,所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC 厂家确定,PLC 编程者只可使用,不可改变和增删。3、PLC在数控机床中的工作流程PLC在数控机床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤：（1）、输入采样：输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信号状态，并将此状态，读入到输入映象寄存器中。当然，在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。（2）、程序执行：程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描，并且同时读入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据，在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。（3）、出刷新阶段：在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。4、 PLC在数控机床中的控制功能（1）、操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行。（2）、机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号(如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等)（3）、输出信号控制：PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。（4）、功能实现。系统送出T指令给PLC，经过译码，在数据表内检索，找到T代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号。（5）、M功能实现。系统送出M指令给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。M指令完成，系统发出完成信号。11、 如前所述，PLC在数控机床中用来控制机床的强电回路（通过一些电器元件）。为了更好了解数控机床的PLC的控制功能，就有必要对PLC和外围电路的关系进行分析。1、 PLC对外围电路的控制数控机床通过PLC对机床的辅助设备进行控制，PLC对对外围电路的控制来实现对辅助设备的控制的。PLC接受NC的控制信号以及外部反馈信号，经过逻辑运算、处理将结果以信号的形式输出。输出信号从PLC的输出模块输出，有些信号经过中间继电器控制接触器然后控制具体的执行机构动作，从而实现对外围辅助机构的控制。有些信号不需要通过中间环节的处理直接用于控制外部设施，比如说，有些直接用低压电源驱动的设备（如：面板上的指示灯）。也就是说每一个外部设备（使用PLC控制的）都是由PLC的一路控制信号来控制的，也就是说每一个外部设备（使用PLC控制的）都在PLC中和一个PLC输出地址相对应。PLC对外围设备的控制，不仅仅是要输出信号控制设备、设施的动作，还要接受外部反馈信号，以监控这些设备设施的状态。在数控机床中用于检测机床状态的设备或元件主要有，温度传感器、震动传感器、行程开关、接近开关等等。这些检测信号有些是可以直接输入到PLC的端口，有些必须要经过一些中间环节才能够输入到PLC的输入端口。无论是输入还是输出，PLC都必须要通过外围电路才能够控制机床的辅助设施的动作。在PLC和外围电路的关系中，最重要的一点就是外部信号和PLC 内部信号处理的对应。这种对应关系就是前面所说的地址分配，就是将每一个PLC中地址和外围电路每一路信号相对应。这个工作是在机床生产过程中，编制和该机床相对应的PLC程序时，由PLC程序编制工程师定义。当然做这样的定义必须遵循必要的规则，以使PLC程序符合系统的要求。12、 IEC1131-3是IEC为工业自动化编程制定的标准，是吸收不同厂家编程语言风格及适应未来软件技术发展要求制定的，独立于任何一家公司，适合不同领域、不同类编程人员的使用。自发布以来得到了所有顶尖PLC厂家的认可，各厂家也都尽量向IEC标准靠拢。 国内数控系统经过30多年的发展，无论是功能还是性能都有了很大的提高，与国外知名数控厂家的差距也在缩小。但是由于技术原因，数控系统的重要组成部分内装PLC较国外系统相比仍有很大差距，主要表现在：很多低档数控系统不支持PLC，中高档数控则多是采用专用PLC语言，用户使用很不方便，例如C语言等。北京航天数控过去一直采用IL语言来编写PLC逻辑，由于是指令方式，适合于程序员设计程序，而不适于机床电气工程师，因此给机床厂家或用户造成很多不方便。 针对上述情况，北京航天数控与国内知名专业PLC厂商合作开发了符合国际电工技术委员会IEC1131-3规范的数控系统PLC编辑编译软件，并应用于北京航天数控的CNC系统中。该PLC编辑编译软件符IEC1131-3规范，完全自主开发，并且可运行WIN98、WIN2000、WINXP等操作系统，简便、易学。 航天数控PLC编辑编译软件具有如下特点： (1)符合IEC1131-3标准。 (2)支持IL(指令表)和LD(梯形图)两种标准语言。 (3)丰富的指令集，内置IEC1131-3定义的标准功能、功能块以及一些特殊应用指令。 (4)适合数控应用的专用指令、功能块。 (5)支持用户自定义功能块(子程序功能)。 (6)完善的联机功能，包括：下载、上载、在线监测等功能。 (7)完善的快捷键方便用户使用。 (8)具有工程信息功能，便于PLC用户程序的维护和系统维修工作。 北京航天数控PLC内存区域介绍见下表。 13、14、 界面简单介绍 目前航天数控PLC编辑编译软件支持LD和IL两种编程语言。其风格如图1、图2所示：在主画面下，包含菜单、工具栏、状态栏、工程管理器、指令集、用户工作区和信息输出区。 菜单：包含了PLC软件的所有命令。 工具栏：包含了PLC软件中用户经常使用的一些命令。 状态栏：提供软件当前状态信息和操作命令提示信息。 工程管理器：采用树型结构显示整个工程的组织结构。 用户工作区：变量表、编辑器窗口等。 指令集：以树状列出航天数控PLC的所有指令、功能块、用户子程序，该指令集又分为LD指令集、IL指令集。 信息输出区：显示软件输出的提示信息，包括编译信息、查找结果等。指令集介绍航天数控PLC支持IEC61131-3标准的基本指令及其大部分功能/功能块，编程风格符合IEC61131-3标准要求，根据机床数控系统PLC的实际要求，对标准指令做了适当的扩充，充分满足机床数控需求。 航天数控PLC指令大致分为以下几类：位指令、赋值指令、比较指令、逻辑运算指令、移位指令、数学运算指令、程序控制指令、定时器、计数器、子程序以及数控专用指令。 位指令包括：常开触点、常闭触点、普通线圈、复位线圈、置位线圈、上升沿检测、下降沿检测等。 赋值指令包括：MOVE(赋值)、BLKMOVE(块转移)等。 比较指令包括：大于、大于等于、等于、小于、小于等于、不等于指令。 逻辑运算指令包括：按位取反、按位与、按位与非、按位或、按位或非、按位异或等指令。 移位指令包括：左移、右移、循环左移、循环右移指令。 数学运算指令包括：加法、减法、乘法、除法、求余数、加1、减1等指令。 程序控制指令包括：无条件跳转、条件跳转、条件取反跳转、返回指令等。15、 通过在设备维修、技术开发、生产等多部门多方面的接触和工作，并在多年的设备维修和设备管理工作中不断地学习与积累大量的工作经验，就普遍存在数控机床电气设备维修的方法与实践上做一剖析阐述。一、数控设备的维护保养知识数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行。1、数控设备使用中应注意的问题1.1 数控设备的使用环境为提高数控设备的使用寿命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。精密数控设备要远离振动大的设备，如冲床、锻压设备等。1.2 电源要求为了避免电源波动幅度大（大于10%）和可能的瞬间干扰信号等影响，数控设备一般采用专线供电（如从低压配电室分一路单独供数控机床使用）或增设稳压装置等，都可减少供电质量的影响和电气干扰。1.3 操作规程操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一，操作者一定要按操作规程操作。机床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明出现故障前后的情况，以利于分析、诊断出故障的原因，及时排除。另外，数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露，得以在保修期内得以排除。在没有加工任务时，数控机床也要定期通电，最好是每周通电1-2次，每次空运行1小时左右，以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度，使电子元件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件、参数的丢失。 2、数控机床的维护保养 数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和规则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照机床使用说明书要求，制订和建立必要的定期、定级保养制度。下面是一些常见、通用的日常维护保养要点。2.1 数控系统的维护1）严格遵守操作规程和日常维护制度2）应尽量少开数控柜和强电柜的门 在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。有的用户在夏天为了使数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速损坏。3）定时清扫数控柜的散热通风系统 应该检查数控柜上的各个冷却风扇工作是否正常。每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。4）数控系统的输入/输出装置的定期维护80年代以前生产的数控机床，大多带有光电式纸带阅读机，如果读带部分被污染，将导致读入信息出错。为此，必须按规定对光电阅读机进行维护。5）直流电动机电刷的定期检查和更换 直流电动机电刷的过渡磨损，会影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。为此，应对电动机电刷进行定期检查和更换。数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次。6）定期更换存储用电池 一般数控系统内对CMOSRAM存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。在一般情况下，即使尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统正常工作。电池的更换应在数控系统供电状态下进行，以防更换时RAM内信息丢失。7）备用电路板的维护 备用的印制电路板长期不用时，应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。2.2 机械部件的维护1）主传动链的维护 定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的丢转现象；检查主轴润滑的恒温油箱、调节温度范围，及时补充油量，并清洗过滤器；主轴中刀具夹紧装置长时间使用后，会产生间隙，影响刀具的夹紧，需及时调整液压缸活塞的位移量。2）滚珠丝杠螺纹副的维护 定期检查、调整丝杠螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；丝杠防护装置有损坏要及时更换，以防灰尘或切屑进入。3）刀库及换刀机械手的维护 严禁把超重、超长的刀具装入刀库，以避免机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具发生碰撞；经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整；开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作；检查刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。2.3 液压、气压系统维护 定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或分滤网进行清洗或更换；定期对液压系统进行油质化验检查和更换液压油；定期对气压系统分*滤气器放水；2.4 机床精度的维护 定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法有软硬两种。其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。二、维修工作的基本条件 数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。1. 人员条件 数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。(1) 首先是有高度的责任心和良好的职业道德。(2) 知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。(3) 应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。(4) 勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。(5) 掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。(6) 学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。(7) 掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。2. 物质条件(1) 准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。(2) 非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。(3) 必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。(4) 每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。(5) 数控机床使用、维修技术档案材料。3. 关于预防性维护 预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。(1) 人员安排为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。(2) 建规建档针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。(3) 日常保养对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容(如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等)及各功能部件和元气件的保养周期(每日、每月、半年或不定期)。(4) 提高利用率数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓磨合阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成磨合任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在810年左右。因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。16、 三、维修与排故技术1. 常见电气故障分类 数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。(1) 以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。(2) 以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致(如开关不闭合、接插松动等)。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除BR(3) 以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。(4) 以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。(5)以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。2. 故障的调查与分析 这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作： 询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。 现场检查到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。 故障分析根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。 确定原因对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。 排故准备有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。(1) 直观检查法这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。 询问向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。 目视总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。 触摸在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。 通电这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。(2) 仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。(3) 信号与报警指示分析法 硬件报警指示这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。 软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。 (4) 接口状态检查法 现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。 (5) 参数调整法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。 (6)备件置换法 当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。 更换任何备件都必须在断电情况下进行。 许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。 某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。 有些印