第七章 数控机床.ppt

第七章数控系统中的PLC控制 本章着重介绍了数控系统中PLC的组成 分类及工作过程 数控系统中PLC与CNC MT之间的信息交换 数控系统中PLC控制功能 M S T 的实现方法 数控系统中的PLC在数控机床主轴运动 润滑系统 自动换刀以及零件计数等方面的具体应用 通过本章学习 对数控系统中的PLC控制过程有一个较全面的了解 对辅助功能控制与实现有较深刻的认识 第一节概述 数控系统除了对机床各坐标轴的位置进行连续控制外 还需要对机床主轴正反转与启停 工件的夹紧与松开 冷却液开关 刀具更换 工件及工作台交换 液动与气动以及润滑等辅助功能进行顺序控制 顺序控制的信息主要是I O控制 所谓顺序控制是按生产工艺要求 根据事先编好的程序 在输入信号的作用下 控制系统的各个执行机构按一定规律自动实现动作的顺序控制 这些功能的控制优劣将直接影响数控机床的加工精度 加工质量 生产效率及其稳定性 数控系统内部信息流大致分为两类 一类是控制机床坐标轴运动的连续数字信息 另一类是通过PLC控制的辅助功能 M S T等 信息 如图7 1所示 第一节概述 图7 1数控系统内部信息流 第二节数控系统中的PLC概述 一 PLC的结构 特点及其工作过程 一 PLC的基本结构PLC的种类型号很多 大 中 小型PLC的功能不尽相同 但它们的基本结构形式大体上是相同的 都是由中央处理单元 CPU 存储器 RAM ROM 单元 输入 输出单元 I O 编程单元 电源单元和外部设备等组成 并且内部采用总线结构 如图7 2所示 第二节数控系统中的PLC概述 图7 2PLC控制系统的组成 第二节数控系统中的PLC概述 1 中央处理单元CPU PLC中的CPU与通用计算机中的CPU一样 是PLC的核心 PLC实现的控制任务 主要是完成一些动作和速度要求不特别快的顺序控制 在一般情况下 不需要使用高速的微处理器 中 小型PLC常用8位或16位微处理器 大型PLC则采用高速单片机 第二节数控系统中的PLC概述 2 存储器单元PLC存储器主要包括随机存储器RAM和只读存储器ROM 用于存放用户程序 工作数据和系统程序 用户程序是指用户根据现场的生产过程和工艺要求而编写的应用程序 在修改调试完成后可由用户固化在EPROM中或存储在磁盘中 工作数据是PLC运行过程中需要经常存取 并且随时改变的一些中间数据 为了适应随机存取的要求 它们一般存放在RAM中 可见PLC所用存储器基本上由EPROM RAM和PROM三种形式组成 其存储容量随着PLC类别或规模的不同而改变 第二节数控系统中的PLC概述 3 输入 输出 I O 模块 I O模块是PLC与外部设备或现场I O装置之间进行信息交换的桥梁 4 编程单元 编程单元是提供用户进行程序的编制 编辑 调试 监视以及运行应用程序的特殊工具 一般由键盘 智能处理器 显示屏 外部设备 如硬盘 软盘驱动器等 组成 它通过通信接口与PLC相连 完成人机对话功能 编程单元分为简易型和智能型两种 简易型编程单元只能在线编程 它通过一个专用接口与PLC连接 智能型编程单元既可在线编程也可离线编程 还可通过微型计算机接口或打印机接口 实现程序的存储 打印 通信等功能 第二节数控系统中的PLC概述 5 电源单元电源单元的作用是将外部提供的交流电转换为PLC内部所需的直流电源 一般地 电源单元有三路输出 一路供给CPU模块使用 一路供给编程单元接口使用 还有一路供给各种接口模板使用 由于PLC直接用于工业现场 因此对电源单元的技术要求高 不但要求它具有工作电源稳定 而且还有过电流和过电压的保护功能 以及较好的电磁兼容性能 以适应电网波动和温度变化的影响 防止在电压突变时损坏CPU 如图7 3所示为西门子SIMATICS7 300型可编程序控制器结构图 第二节数控系统中的PLC概述 图7 3SIMATICS7 300结构图 第二节数控系统中的PLC概述 二 PLC的特点 1 可靠性高 2 灵活性好 3 编程简单 4 与现场信号直接连接 5 安装简单 维修方便 6 网络通信 第二节数控系统中的PLC概述 三 PLC的工作过程PLC的工作过程是在硬件的支持下运行软件的过程 如图7 4和图7 5所示 图7 4PLC的扫描过程 第二节数控系统中的PLC概述 图7 5PLC的工作过程 第二节数控系统中的PLC概述 通过编程单元将用户程序顺序输入用户存储器 CPU对用户程序循环扫描并顺序执行 这是PLC的基本工作方式 图7 4给出了GE系列PLC的CPU扫描过程 只要PLC接通电源 CPU即对用户存储器内程序进行扫描 每扫描一次 CPU进行输入点的状态采集 用户程序的逻辑解算 相应输出状态的更新和I O执行 接入编程单元时 也对编程单元的输入产生响应 并更新其显示 然后CPU对自身的硬件进行快速自检 并对监视扫描用定时器进行复位 完成自检后 CPU又从存储器的0000H地址重新开始扫描运行 第二节数控系统中的PLC概述 图7 5是一个行程开关PB1被压下时PLC的控制过程 1 当按钮PB1压下 输入继电器X401的线圈接通 2 X401常开触点闭合 输出继电器Y430通电 3 外部输出点Y430闭合 指示灯亮 4 当PB1被放开时 输入继电器X401的线圈不再工作 其对应的触点X401断开 这时输出继电器Y430仍保持接通 这是因为Y430的触点接通后 其中的一个触点起到了自锁作用 5 当行程开关LS1被压下时 继电器X403的线圈接通 X403的常闭触点断开 使得继电器Y430的线圈断电 指示灯灭 输出继电器Y430的自锁功能复位 6 PB1被按下的同时 X401的另一个常开触点接通另一个梯级 这时若触点M100也处于闭合状态 定时器通电 到达定时器设定的时间后 定时器断开 第二节数控系统中的PLC概述 二 数控系统中的PLC分类 数控系统中的PLC可分为 内装型 Built in Type PLC和 独立型 Stand alone Type PLC两种类型 1 内装型PLC内装型PLC是指PLC内置于CNC装置内 从属于CNC装置 与CNC装置集于一体 如图7 6所示 第二节数控系统中的PLC概述 图7 6内装型PLC的CNC系统框图 第二节数控系统中的PLC概述 内装型PLC的性能指标是根据所从属的CNC系统的规格 性能 适用机床的类型等确定的 其硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能与CNC系统统一设计制造的 因此系统结构十分紧凑 在系统的结构上 内装型PLC可与CNC共用一个CPU 如图7 7a 所示 也可单独使用一个CPU 如图7 7b 所示 内装型PLC一般单独制成一电路板 插装到CNC主板的插座上 PLC与所从属CNC系统之间的信号传送均在其内部进行 不单独配置I O接口 而是使用CNC系统本身的I O接口 PLC控制部分及部分I O电路所用电源由CNC系统提供 第二节数控系统中的PLC概述 图7 7内装型PLC中的CPU a PLC和CNC共用CPUb PLC具有专用CPU 第二节数控系统中的PLC概述 SINUMERIK810数控系统的I O模块如图7 8所示 图7 8SINUMERIK810数控系统的I O模块 1 CNC系统 背面 2 I O模块3 I O子模块4 输出端子板5 输入端子板6 机床操作面板 第二节数控系统中的PLC概述 SINUMERIK810数控系统的I O模块采用内装型PLC结构 扩展了CNC内部直接处理数据的能力 可以使用梯形图编辑 传送复杂的控制功能 提高了CNC系统的性能 价格比 世界上著名的数控系统生产厂家均在其CNC系统中开发了内装型PLC功能 如日本的FANUC公司 德国的SIEMENS公司等 第二节数控系统中的PLC概述 图7 9独立型PLC的CNC系统框图 2 独立型PLC独立型PLC是完全独立于CNC系统 具有完备的硬件和软件功能 能够独立完成CNC系统规定控制任务的装置 如图7 9所示 第二节数控系统中的PLC概述 独立型PLC的基本功能结构 与通用型PLC相同 由图7 9可见 独立型PLC的CNC系统中不但要进行机床侧的I O连接 而且还要进行CNC系统侧的I O连接 CNC和PLC均具有各自的I O接口电路 独立型PLC一般采用模块化结构 装在插板式机笼内 I O点数和规模可通过I O模块的增减灵活配置 对于数控车床 数控铣床和加工中心等单台设备 选用微型或小型PLC 对于FMC FMS FA CIMS等大型数控系统 则需要选用中型或大型PLC 独立型PLC造价较高 其性能 价格比不如内装型PLC 生产通用型PLC的厂家很多 数控系统中选用较多的产品有德国SIEMENS公司的SIMATICS5 S7系列 日本FANUC公司的PMC系列 日本OMRON公司的OMRON SYS MAC系列 三菱公司FX系列等 西门子公司的SIMATICS7 300可编程序控制器如图7 10所示 第二节数控系统中的PLC概述 图7 10SIMATICS7 300可编程序控制器 第二节数控系统中的PLC概述 总的来说 内装型PLC多用于单微处理器的CNC系统中 而独立型PLC主要用于多微处理器的CNC系统中 但它们的作用是相同的 都是配合CNC系统实现刀具的轨迹控制和机床顺序控制 第三节数控系统中PLC的信息交换 1 CNC PLC CNC PLC和MT之间的信息交换包括以下四个部分 数控系统中PLC的信息交换是指以PLC为中心 在CNC PLC和MT 机床 三者之间的信息交换 2 PLC CNC 3 PLC MT 4 MT PLC 第三节数控系统中PLC的信息交换 下面以FAGOR8025 8030车床系统中的PLC为例介绍信息的交换过程 如图7 11所示 图7 11FAGOR系统的信息交换 第三节数控系统中PLC的信息交换 内装型PLC的输入信号I42 I104借助于连接器I O1和I O2将CNC的输出传递给机床 同时借助于I O1和I O2将机床信息通过PLC的O25 O64传送给CNC 另外 I O3为主轴和6个进给轴的伺服系统提供模拟输出控制电压 I1 I41分散与三个连接器连接 其中I O1上有8个输入信号 I O2上有32个输入信号 I O3上有一个输入信号 O1 O24与I O1连接 1 PLC的输入PLC共有104个输入信号 其中41个外部输入信号 其编号为I1 I41 它们主要是机床上的有关输入信号 另外63个内部逻辑输入信号 通过内部存储器由CNC传送给PLC 其编号为I42 I104 第三节数控系统中PLC的信息交换 2 PLC的输出PLC共有64个输出信号 其中24个外部输出信号通过I O1输出 其编号为O1 O24 它们主要是给机床输入各种开关量信号 另外40个内部逻辑输出信号通过内部存储器由PLC传送给CNC 其编号为O25 O64 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 在数控系统中 机床离散信息的控制主要是M S T功能代码 通过PLC输入 输出接口 来协调刀具轨迹和机床动作的顺序控制 1 M功能的实现M功能称为辅助功能 用M后跟二位数字来表示 根据M代码的编程 可以实现机床主轴正反转及停止 数控加工程序运行停止 冷却液的开关 自动换刀 卡盘的夹紧和松开等功能的控制 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 2 S功能的实现S功能是主轴转速控制功能 以往用S2位代码形式指定主轴转速 现代数控系统一般用S4位代码来编程 S4位代码编程是指用S后跟4位十进制数字来直接指定主轴转速 如S1500表示主轴转速为1500r min 如图7 12所示 数控系统控制主轴转速时 要进行限幅处理 以保证主轴转速处于一个安全范围内 如将主轴转速限制在20r min 6000r min 一旦主轴转速超过给定上下边界值时 则取相应边界值输出即可 为了提高主轴转速的稳定性 保证低速切削时有足够的转矩 有些数控系统以600r min为标准 增设了一级齿轮变速 并通过辅助功能代码来进行换档 例如 当S 600r min时 使用M38可将主轴转速变换成20r min 600r min范围 当S 600r min时 使用M39代码可将主轴转速变换成600r min 6000r min范围 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 图7 12S功能处理框图 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 D A转换接口电路既可装在CNC单元内 也可装在PLC单元内 即可由CNC与PLC配合完成控制任务 也可由它们单独完成控制任务 如图7 13所示 图中CNC根据给定的数字量产生对应的模拟电压值 用于主轴驱动回路的控制 PLC完成传动单元变速逻辑控制和数字转速指令功能 该系统主轴转速是由CNC与PLC共同完成控制的 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 图7 13SINUMERIK3系统主轴控制框图 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 3 T功能的实现T功能称为刀具功能 用T代码后跟2 5位数字表示刀具号和刀具补偿号 根据T代码通过PLC可以实现数控机床的自动换刀和刀库管理 即根据刀具和刀具座的编号 可以方便可靠地进行选刀和换刀控制 根据取刀和还刀的位置是否固定 可将换刀功能分为固定存取和随机存取换刀控制 在固定存取换刀控制中 被取刀具和被还刀具的位置都是固定的 也就是说 换下的刀具必须放回预先安排好的固定位置 这种换刀方式的换刀时间较长 但其控制较简单 在随机存取换刀控制中 取刀和还刀与刀座编号无关 还刀位置是随机的 在执行换刀的过程中 当取出所需刀具后 刀库不需转动 由机械手将机床上换下来的刀具存到取出刀具的位置 这种换刀控制方式 其取刀 换刀和存刀一次完成 换刀时间较短 提高了生产效率 但其控制较复杂 图7 14所示为采用固定存取换刀控制方式的T功能处理框图 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 图7 14T功能处理示意图 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 零件数控加工程序经CNC系统译码处理后 得到机床坐标轴运动的连续控制信息和机床开关量控制信息 开关量控制信息由CNC系统控制软件传送给PLC 其中T代码在PLC中进一步经过译码并在刀具数据表内检索 找到T代码所对应的刀具编号 即数据表中的地址 与正在使用的刀号比较 如果相同则说明T代码所指定的刀具就是正在使用的刀具 不需要换刀 如果不相同则要进行换刀操作 首先将主轴 或刀架 上的刀具卸下放到他的固定刀座上 然后将刀库回转控制信号送刀库控制系统 直至T代码所指定的刀具转到换刀位置 刀库停止 取出所需刀具装到主轴 或刀架 上 至此 刀具的换刀过程结束 根据以上换刀过程 编制出T功能处理的流程图 如图7 15所示 第四节数控系统中的PLC控制功能实现 图7 15T功能处理流程图 第五节数控系统中的PLC应用实例 一 典型PLC介绍数控机床用FANUCPLC有PMC A PMC B PMC C PMC D PMC GT和PMC L等多种型号 它们分别适用于不同的FANUC系统组成内装型的PLC FANUC系列的PLC中 有基本指令和功能指令两种 型号不同其功能指令数量不同 在基本指令和功能指令执行中 PLC用一个堆栈寄存器暂存逻辑操作的中间结果 堆栈寄存器有9位 如图7 16所示 按照 先进后出 后进先出 的原理工作 写 操作结果压入时 堆栈各原状态全部左移一位 取 操作结果时 堆栈全部右移一位 最后压入的信号首先恢复读出 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 16堆栈寄存器操作顺序 第五节数控系统中的PLC应用实例 一 基本指令 基本指令格式如下 0000 0指令操作码地址号位数 操作数据 如RD100 6 其中RD为操作指令码 100 6为操作数 即指令操作对象 它实际上是PLC内部数据存储器某一个单元中的一位100 6表示第100号存储单元中的第6位 RD100 6这一位的数据状态 1 或 0 读出并写入结果寄存器ST0中 图7 17所示为梯形图 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 17梯形图例 第五节数控系统中的PLC应用实例 通过编程向PLC输入程序的程序语句表如下 RD1 0AND NOT1 1RD STK1 4AND NOT1 5OR STKRD STK1 2AND1 3RD STK1 6AND NOT1 7OR STKAND STKWRT15 0WRT NOT15 1RD NOT2 0OR2 1AND NOT2 2WRT15 2 第五节数控系统中的PLC应用实例 值得说明的是 本例一部分是 块 操作形式 信号1 0 1 1是一组 1 4 1 5又是一组 每一组中的两信号是 与 操作 两组间又是 或 操作 组成一大块 信号1 2 1 3 1 6 1 7是类似的情况 组成另一大块 两大块之间再进行 与 操作 第五节数控系统中的PLC应用实例 二 功能指令 数控机床用的PLC指令必须满足数控机床信息处理和动作顺序控制的特殊要求 对于译码 计数 定时 最短路径的选择 以及比较 检索 转移 代码转换 四则运算 信息显示等控制功能 仅用一位操作的基本指令编程 实现起来将会十分困难 因此要增加一些具有专门控制功能的指令 这些专门指令就是功能指令 FANUCPLC的功能指令数目视型号不同而有所不同 其中PMC A B C D为22条 PMC GT为23条 PMC L为35条 第五节数控系统中的PLC应用实例 1 功能指令的格式功能指令不能使用继电器的符号 必须使用图7 18所示格式符号 这种格式包括 控制条件 指令标号 参数和输出几个部分 图7 18功能指令格式 第五节数控系统中的PLC应用实例 RD NOT1 0AND1 1RD2 4AND NOT3 1SUBOO 指令 PRMOOOO 参数1 PRMOOOO 参数2 PRMOOOO 参数3 PRMOOOO 参数4 WRT10 1 第五节数控系统中的PLC应用实例 1 控制条件控制条件的数量和意义随功能指令的不同而变化 控制条件被存入堆栈寄存器中 其顺序是固定不变的 2 指令功能指令的种类见表7 6 指令有三种格式 格式1用于梯形图 格式2用于在纸带穿孔和程序显示 格式3用编程单元输入程序时的简化指令 对于TMR和DEC指令在编程单元上有其专用指令键 其他功能指令则用SUB键和其后的数字键输入 3 参数功能指令不同于基本指令 可以处理各种数据 数据本身或存有数据的地址可作为功能指令的参数 参数的数量和含义随指令的不同而不同 4 输出功能指令的执行情况可用一位 1 和 0 表示 把它输出到R1软继电器 R1继电器的地址可随意确定 但有些功能指令不用R1 如MOVE COM JMP等 第五节数控系统中的PLC应用实例 2 部分功能指令说明 1 顺序程序结束指令 END1 END2 END1 高级顺序程序结束指令 END2 低级顺序程序结束指令 指令格式 ENDi 其中i 1或2 分别表示高级和低级顺序程序结束指令 第五节数控系统中的PLC应用实例 2 定时器指令 TMR TMRB 在数控机床梯形图编制中 定时器是不可缺少的指令 用于顺序程序中需要与时间建立逻辑关系的场合 功能相当于一种通常的定时继电器 1 TMR指令设定时间可更改的定时器 指令格式如图7 19所示 语句表如下 RDOOO O 条件ACT TMROO 定时器数据存储单元 WRTOOO O 输出地址 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 19TMR指令格式及语句表 第五节数控系统中的PLC应用实例 定时器的工作原理是 当控制ACT 0时 定时继电器TM断开 当ACT 1时 定时器开始计时 到达预定的时间后 定时继电器TM接通 定时器设定时间的更改可通过数控系统 CRT MDI 在定时器数据地址中来设定 设定值用二进制数表示 例如有 4 5s TMR203TM01 206 6 第五节数控系统中的PLC应用实例 则4 5s的延时数据通过手动数据输入板 MDI 在CRT上预先设定 由系统存入第203号数据存储单元 TM01即1号定时继电器 数据位为206 6 定时器数据的设定以50ms为单位 将定时时间化为ms数再除以50 然后以二进制数写入选定的存储单元 本例定时4 5s 即用4500ms除以50得90 将90以二进制数表示为01011010 存入203号数据单元 该二进制数只占用16位的203号数据存储单元中的低8位 2 TMRB为设定时间固定的定时器 TMRB与TMR的区别在于 TMRB的设定时间编在梯形图中 在指令和定时器的后面加上一项参数的预设定时间 与顺序程序一起被写入EPROM 所设定的时间不能用CRT MDI改写 3 译码指令 DEC 是数控机床在执行加工程序中规定的M S T代码信号 这些信号需要经过译码才能从BCD状态转换成具有特定功能含义的一位逻辑状态 DEC功能指令的格式如图7 20所示 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 20DEC功能指令格式 第五节数控系统中的PLC应用实例 译码信号地址是指CNC至PLC的二字节BCD码的信号地址 译码规格数据由译码值和译码位数两部分组成 其中译码值只能是两位数 例如M30的译码值为30 译码位数的设定有三种情况 01 译码地址中的两位BCD码 高位不变 只译低位码 10 高位译码 低位不译码 11 两位BCD码均被译码 DEC指令的工作原理是 当控制条件ACT 0时 不译码 译码结果继电器R1断开 当控制条件ACT 1时 执行译码 当指定译码信号地址与译码规格数据相同时 输出R1 1 否则R1 0 译码输出地址由设计人员确定 第五节数控系统中的PLC应用实例 例如 M30的译码梯形图如图7 21所示 语句表如下 RD66 0AND66 3DEC0067PRM3011WRT228 1 图7 21M30LTU译码梯形图 第五节数控系统中的PLC应用实例 0067为译码信号地址 3011表示对译码地址0067中的二位BCD码的高低位均译码 并判断该地址中的数据是否为30 译码后的结果存入228 1地址中 第五节数控系统中的PLC应用实例 1 主轴运动的控制控制主轴运动的局部梯形图如图7 22所示 图中包括主轴旋转方向控制和主轴齿轮换档控制两部分 控制方式分手动和自动两种工作方式 图中各信号含义如下 HS M手动操作开关AS M自动操作开关CW M主轴正转按钮CCW M主轴反转按钮OFF M主轴停转按钮SPLGEAR齿轮低速换档到位行程开关SPHGEAR齿轮高速换档到位行程开关LEGAR手动低速换档到位开关HEGAR手动高速换档到位开关程序中应用了译码和延时2个功能指令 所涉及到的M功能是 M03主轴正转M04主轴反转M05主轴停转M41主轴齿轮换低速档M42主轴齿轮换高速档 二 PLC应用实例 第五节数控系统中的PLC应用实例 当机床操作面板上的工作方式开关选手动时 HS M为 1 此时 自动工作方式信号AUTO为 0 由于HS M为 1 软继电器HAND线圈接通 梯级1中的HAND常开软接点闭合 线路处于自保持状态 从而处于手动工作方式 在主轴顺时针旋转梯级中 HAND 1 主轴旋转方向选择旋钮置于顺时针位置 CW M 1 又由于主轴停止旋钮开关OFF M没接通 SPOFF常闭触点为 1 使主轴手动控制顺时针旋转 当方向选择旋钮置于逆时针接通状态时 HAND 1 CCW M 1 SPOFF常闭触点为 1 使主轴手动控制逆时针旋转 工作方式选择开关在自动位置时 AS M 1 使系统处于自动工作方式 由于自动方式和手动方式的常闭触点接在对方的互锁支路中 所以两者也是互锁的 在自动方式下 通过程序给出主轴顺时针旋转指令M03 或逆时针旋转指令M04 或主轴停止旋转指令M05 分别控制主轴的两个旋转方向和停止 图中DEC为译码功能指令 当输入零件加工程序时 如程序中出现M03指令 则经过一段时间延时 约80ms 后 MF 1 开始执行DEC指令 译码确定为M03指令后 M03软继电器接通 其接在主轴顺时针旋转梯级中的M03软常开触点闭合 继电器SPCW接通 主轴在自动方式下顺时针旋转 若程序中出现M04指令 其控制过程类似 主轴逆时针旋转 第五节数控系统中的PLC应用实例 在机床运行中 主轴齿轮需换档时 零件加工程序中应给出换档指令 M41代码为主轴齿轮低速档指令 M42代码为主轴齿轮高速档指令 下面以执行M41指令为例 说明自动换档过程 输入带有M41代码的程序段并开始执行后 经过延时 MF 1 执行DEC译码 当译码与程序中的码一致时 M41为 1 使M41软继电器接通 其接在 变低速档齿轮 梯级中的软常开触点M41闭合 从而使继电器SPL接通 齿轮箱齿轮换到低速档 SPL的常开触点接在延时梯级中 当其闭合时 定时器TMR开始工作 经过定时器设定的时间后 如果接收到换档到位信号 即SPLGEAR 1 换档成功 SPLGEAR信号使换档成功软继电器GEAROK接通 GEAROK的常闭软触点断开 使SPERR软继电器断开 即SPERR 0 表示主轴换档成功 如果换档过程不顺利或出现机械故障时 则接收不到换档成功信号 延时后SPLGEAR 0 使GEAROK 0 经过TMR延时后 延时常开触点TM01闭合 接通了主轴错误继电器SPERR 通过其常开触点的闭合自保 发出错误信号 表示主轴齿轮换档出错 处于手动工作方式时 也可以进行手动主轴齿轮换档 此时 将机床操作面板上的选择开关LEGAR置 1 即可完成手动将主轴齿轮换为低速档 同样也可由主轴出错显示来表明齿轮换档是否成档 执行M42指令进行主轴齿轮高速换档过程与执行M41指令类似 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 22控制主轴运动的梯形图局部 第五节数控系统中的PLC应用实例 2 润滑系统自动控制某数控机床润滑系统的电气控制原理图如图7 23所示 图7 24为该润滑系统控制系统流程图 图7 25为该润滑系统PLC控制梯形图 1 润滑系统正常工作控制过程按下运转准备按钮SB8 23N行X17 7为 1 输出信号Y86 6接通中间继电器KA4线圈 通过KA4触点又接通接触器KM4 使润滑电动机M4启动 23P行的Y86 6触点自锁 当Y86 6为 1 时 24A行Y86 6触点闭合 TM17号定时器 R613 0 开始计时 设定时间为15s 通过MDI面板设定 到达15s后 TM17为 1 23P行的R613 0触点断开 此时Y86 6为 0 润滑电动机停止运行 同时也使24D行输出R600 2为 1 并自锁 第五节数控系统中的PLC应用实例 24F行的R600 2为 1 使TM18定时器开始计时 时间设定为25min 当到达时间后 输出信号R613 1为 1 使24G行的R613 1触点闭合 Y86 6输出并自锁 润滑电动机M4重新启动运行 重复上述控制过程 2 润滑系统故障监控1 当润滑油路出现堵塞或压力开关SP2失灵的情况下 在M4已停止运行25min后压力开关SP2未关闭 则24G行的X4 5闭合 R600 4输出为 1 一方面使24I行的R616 7输出为 1 使23N行的R616 7触点打开 润滑电动机断开 另一方24M行R616 7触点闭合 使Y48 0输出为 1 报警指示灯 HL1 亮 并通过TM02 TM03定时器控制 使信号报警灯闪烁 第五节数控系统中的PLC应用实例 2 当润滑油路出现堵塞或压力开关SP2失灵的情况时 M4已运行15s但压力开关SP2未闭合 24B行的X4 5触点未打开 R600 3为 1 并自锁 同样使24I行的R616 7输出为 1 结果与第一种情况相同 使润滑电动机不再启动 并报警指示 3 润滑电动机M4过载 自动开关QF4断开M4的主电路 同时QF4的辅助触点闭合 使24I行的X2 5合上 同样使R616 7输出为 1 断开M4的控制电路并报警 4 润滑油不足 液位开关SL闭合 24J行的X4 6闭合 同样使R616 7输出为 1 断开M4并报警 通过24P 25A 25B 25C行 将四种报警状态传输到R652地址中的高四位中 即R652 4 R652 5 R652 6和R652 7 通过CRT MDI检查诊断地址DGNNO652的对应状态 若哪一位为 1 即哪一项的故障 从而确认报警时的故障原因 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 23润滑系统电气控制原理图 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 24润滑系统控制流程图 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 25润滑系统的PLC控制梯形图 第五节数控系统中的PLC应用实例 3 自动换刀控制在具有自动换刀功能的数控机床上 刀库选刀控制 T指令 和刀具交换控制 M06指令 是PLC控制的重要组成部分 目前 自动换刀一般有两种方式 一是刀套编码方式的固定选刀 二是随机选刀 1 固定选刀刀套编码方式是通过对刀库中的刀套进行编码 并将与刀套编码相对应的刀具放入指定的刀套中 然后根据刀套的编码选取刀具的方式 如图7 26所示为刀套编码选刀控制 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 26刀套编码选刀控制 图7 27随机换刀刀库 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 26中 若采用与刀库同步旋转的绝对值编码器 则01 12刀套编号对应的BCD码为0001 1100 1 12为刀具编号 且刀具编号与刀套编号一一对应 当执行M06T03指令时 首先将刀套07转至换刀位置 由换刀装置将主轴中的7号刀具装入07号刀套内 随后刀库反转使03号刀套转至换刀位置 由换刀装置将3号刀具装入主轴内 由此可以看出 刀套编码方式的特点是只认刀套不认刀具 刀具在自动交换过程中必须将用过的刀具放回原来的刀套内 采用这种方式换刀 应防止把刀具放入与编码不相符的刀套内而引起的事故 2 随机换刀在随机换刀方式中 刀库中的刀具能与主轴中的刀具任意地直接交换 要实现这种控制需要在PLC内部设置一个模拟刀库的数据表 其长度和表内设置的数据与刀库的容量和刀具号相对应 如图7 27所示为随机换刀方式刀库 第五节数控系统中的PLC应用实例 数据表的表序号与刀库刀套编号相对应 第几个表序号中的内容就是对应刀套中所放的刀具号 图7 27中 0 8为刀套号 刀是数据表序号 其中0是将主轴作为刀库中的一个刀套 为刀具号 由于刀具数据表实际上是刀库中存放刀具的一种映像 所以数据表与刀库中刀具的位置就始终保持一致 对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别 当刀库旋转时 每一个刀套通过换刀位置 比较值地址 时 由外部检测装置产生一个脉冲输送到PLC 作为数据表序号指针 通过换刀位置时的计数值总是指示刀库的现在位置 当PLC接到寻找新刀具的指令 T 后在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索 检索到T代码给定的刀具号 将该刀具号所在数据表中的表序号存放在一个地址单元中 这个表序号就是新刀具的刀库的目标位置 刀库旋转后 测得刀库的实际位置与刀库目标位置一致时 即识别了所要寻找的新刀具 刀库停转并定位 等待换刀 在执行M06指令时 机床主轴准停 机械手执行换刀动作 将主轴上用过的旧刀和刀库上选好的新刀进行交换 与此同时 修改现在位置地址中的数据 确定当前换刀位置的刀套号 第五节数控系统中的PLC应用实例 在FANUCPLC中 应用数据检索功能指令 DSCH 符合检查功能指令 COIN 旋转指令 ROT 和逻辑 与 后传输指令 MOVE 即可完成上述随机换刀控制 现根据图7 27和表7 8 执行M06T14换刀指令 换刀结果 刀库中的T14刀装入主轴 主轴中原T12刀插入刀库6号刀套内 控制梯形图如图7 28所示 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 28随机换刀控制梯形图 第五节数控系统中的PLC应用实例 图7 28中 换刀位置 刀库现在位置 的地址为0164 在COIN功能指令中作为比较值地址 该地址内的数据为换刀位置的刀套号 数据表序号 其值由外部计数装置根据刀库旋转方向进行加1或减1计数 图中所示的当前刀套号为5 该值以BCD码的形式 00000101 存