基于FANUC数控系统的教学实验系统开发-数控机床操作面板设计

Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业：班级学号：学生姓名：指导教师：二九年 六 月天津工程师范学院本科生毕业设计基于 FANUC 数控系统的教学实验系统开发-机床操控面板设计Development of Teaching Experimental System Based on FANUC System- Design of Machine Tool Operates Front-Panel专业班级：学生姓名：指导教师：系 别：2009 年 06 月摘 要这篇论文主要研究的是基于FANUC数控系统的教学实验系统开发，主要内容是设计机床操控面板、I/O Link的分配地址、PLC编程进而完成数控机床的人机界面功能。例如手动、自动、MDI等等。文章首先分析了数控发展技术和人机界面设计的发展趋势。控制面板是机床和操作者之间传递信息的装置，它的设计直接影响操作人员的操作效率和准确程度。所以数控机床的人机界面设计，以人机工程学为基础，根据控制面板的基本要求，以控制面板的造型、色彩等人机要素为对象，还介绍了数控机床的控制面板符号的说明和手动脉冲发生器控制。利用PLC进行数控机床电气控制可靠性高，编程使用方便。主要介绍了FANUC I/O Link的分配地址、数控机床PLC 的功能以及利用PLC编程来完成数控机床人机界面控制的实例。关键词: 数控机床；人机界面；人机工程学；控制面板；I/O Link的分配地址；PLCABSTRACTThis thesis mainly what to study is development of teaching experimental system based on FANUC system， the main contents is to design machine tool operation front-panel, the allotment address of I/O Link, the PLC programme then completes the man-machine interface function that the number controls machine tool. For example move by hands, auto, MDI .First,The article analuzed the development trend that the number control development technique and man-machine interface design. The control panel is a device that transmitting information between machine tool and operator, whose design connects directly with operating efficiency and accuracy of the operator. So the design of interface of the number controls the man-machine for machine tool, with person the machine engineering learn for foundation, the basic request of the basis control panel, with the shape of control panel, color and so on, the person confidential vegetable is an object, the elucidation still introduced of the control panel sign of machine tool, move a pulser control. Make use of the PLC carries on a number to control machine tool electricity a controls credibility is high, programmer and usage is convenienced. Mainly introduced the allotment address of the FANUC I/O Link, the function of machine tool PLC of number controls and make use of a PLC programmer to complete.The number control machine tool man-machine interface the example of the control.Keywords: CNC Machine； Human Machine Interface；Ergonomics； Control Panel；The allotment address of I/O Link；PLC目 录1 绪论 .11.1 引言 .11.2 数控的发展技术发展趋势 .11.3 FAUNC 数控系统的特 .21.4 机界面设计的发展趋势 .21.5 PLC 在数控机床上的应用 .32 PLC 在数控机床中的应用 .52.1 输入/输出系统 .52.2 数控机床的可编程控制器的控制对象 .52.3 FANUC PMC 的信号地址 .72.4 数控机床常用输入/输出元件 .102.5 FANUC I/O Link 的分配地址 .123 数控机床控制面板的人机界面设计 .153.1 控制面板的人机界面设计 .153.2 机床控制面板的设计 .183.3 机床控制面板按键符号的说明 .193.4 手动脉冲发生器模块 .213.4.1 手动脉冲发生器控制的硬件设计 .214 MDI 下的 PLC 完成数控机床的人机界面功能 .244.1 数控机床工作状态开关 PMC 控制 .244.2 数控机床加工程序功能开关 PMC 控制 .264.3 数控机床倍率开关 PMC 控制 .304.4 数控机床辅助功能代码（M 代码）PMC 控制 .325 PLC 调试 .355.1 各控制回路的调试 .355.2 MDI 梯形图（LADDER）的调试 .35设计总结 .37参考文献： .38致 谢 .39附录 1：控制面板和电气图 .40附录 2：英文翻译 .471 绪 论1.1 引言数控机床是一种综合微电子、计算机、自动控制、精密测量和机械制造等技术发展起来的自动化精密机床，它广泛应用在加工制造业的各个领域。数控机床主要由机床主体、数控系统、伺服系统等部分组成。和传统机床相比，数控机床应用数控装置对机床的运动顺序和运动位移进行直接控制，由伺服系统取代了传统的变速箱，机械结构大大简化。因而数控机床结构形态在满足功能的前提下，更符合人的审美心理、习惯模式和操作的舒适性、安全性及人机工程学原理。人机工程学中，人机界面(Human-Machine Interface)是指人机闯能相互施加影响的区域。数控机床人机界面设计面临两方面的问题：人控制机床和人接受信息。前者主要是指数控机床要适合于人的操作，应考虑人操作时的空间范围与数控机床的配置，在数控机床整体界面设计时应充分考虑到点；后者主要是指数控机床的配置如何使人在操作时观察方便，判断迅速准确，在数控机床控制面板设计中应考虑到这点。1.2 数控的发展技术发展趋势中国正在成为世界制造业的中心，这是国内需求和国际加工业发展的必然结果。国内经济的持续高速发展和国际市场环境的改善，将大大刺激数控机床和数控系统的设计与生产。具有自主知识产权的高性能开放式(OAC)控制平台的开发和先进CNC系统的设计与生产，必将进一步提高制造行业的创新能力和对市场的快速响应能力。从市场发展来看，我国生产的数控机床在国内市场30%占有率中，主要是经济型数控机床和部分普及型，今后数控机床行业将以普及型数控机床及数控系统作为主要的市场占有品种。在经济型数控机床及数控系统方面保持继续强劲发展的同时，高级型数控机床及数控系统，特别是重点开发的高精、高速及专用型仍将是一个重点发展的方向，其关键的开放式控制(OAC)技术发展在增加高技术附加值等方面有着不可替代的作用。从技术发展来看，在未来数年内，数控技术将继续向开放式、基于PC及其兼容设备的第六代方向发展。由于工业PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，越来越多的数控系统厂家会走上这条道路。多数OAC系统将采用PC或其兼容设备作为CNC系统的前端机，用来处理人机界面、编程和联网通信等问题。PC机所具有的友好的人机界面将普及到所有的数控系统，远程通讯等，远程诊断和维修将更加普遍。日本、欧盟和美国等针对OAC，正在进行前后台标准的研究。从开发设计来看，高质量的数控软件是数控技术最为核心的部分，因而往往为生产厂家的核心机密。CNC从技术领域走向市场领域的关键是实现产业化，而普及型、个性化、多品种、软性化以成为除满足高速、高效要求的实时性以外的最重要的影响市场份额的因素，但是数控软件的开发是一个相当耗资、耗时的过程，相对于外部硬件环境具有较长的生命周期，因而设计不依赖于硬件平台开放式(外部开放)、可根据需要裁剪拼装(内部开放)的柔性化OAC软件平台将大大降低CNC产品的设计费用与研制周期，提高产品的市场竞争力。从产业结构来看，数控机床的产业技术发展迅速，技术制高点不断转移，开发周期缩短，新品上市频率提高，商品寿命时间缩短，技术竞争激烈。因此数控机床产业具有小规模、小批量生产的产业组织特征，适于发展中小企业，不宜盲目搞规模扩张，搞机床生产集团，应以先进高性能OAC平台为基础，以具有优势品牌的企业为核心，促使大量的中小型机床企业及附件企业，逐步发展成为主机厂配套协作的专业配套商，形成机床行业的战略联盟，或“虚拟联合体”，重整行业生产和销售。 1.3 FAUNC 数控系统的特点1. 在新产品中，结构上采用模块化结构。2. 采用专用LSI，以提高集成度、可靠性、减小体积和降低成本。3. 产品应用范围广。每一种CNC装置可配多种控制软件，适用与多种机床。4. 不断采用新工艺、新技术，如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆。5. CNC装置体积减小，采用面板装配式、内装式PMC。6. 在插补、进给加减速、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能。7. CNC装置面向用户开放功能的是以用户特定宏程序、MMC等功能来实现的。8. 支持多种语言显示，如日语、英语、汉语、德语、法语等。9. 备有多种外设。如 FAUNC PPR 10. 推出MAP（制造自动化协议）接口，使 CNC通过该接口实现与上一级计算机通信。11. 现已形成多种版本。 1.4 机界面设计的发展趋势随着信息社会的发展，人们生活水平的提高,审美情趣的变化,以及各种工具和技术的日益涌现,对人机界面设计提出了越来越高的要求。从目前来看，人机界面设计朝着一下几个方向发展。1. 高科技化。信息技术的革命带来了计算机业的巨大变革。计算机越来越趋向超薄型和平面化，输入方式由单一的键盘、鼠标输入，朝着多通道输入发展追踪球、触摸屏、光笔、语言输入等竞相登场，蓝牙等技术改变了接口方法，多媒体、虚拟现实技术等提供了真实、动态的 影像和刺激灵感的用户界面。在计算机系统中，各种技术各显其能，使产品的造型设计更加丰富多彩。计算机辅助设计（CAD）软件也不断推陈出新，各种造型软件如Pro/Engineer、 Alias等，用其全新的界面给设计师提供了广阔造型的空间，使他们能够充分利用先进的计算机技术，设计出优美的造型，也为用户建立了一种良好的实现功能的桥梁。2. 自然化。由于硬件技术的发展以及计算机图形学、软件工程、人工智能、窗口系统等软件技术的进步，图形用户界面（grahic user interface,GUI）、直接控制（direct manipuloation）、“所见即所得”（what you see is what you get）等交互原理和方法相继产生并得到了广泛的应用，推动人机界面自然化向前迈进了一大步。然而，人们不仅仅满足于通过屏幕显示或打印输出信息，还进一步要求能够通过视觉、听觉、嗅觉、触觉以及形体、手势或口令等，更自然地“进入”到工作空间中去，形成人机“直接对话”，从而取得“身临其境”的体验。3. 人性化。现代设计已经从功能主义逐步走向了多元化和人性化。今天的消费者纷纷要求表现自我意识、个人风格和审美情趣，反应在设计上亦使产品越来越丰富、细化，体现一种人情味和个性。它一方面要求产品功能齐全、高效，适合于人的操作使用，另一方面又要满足人们的审美和认知的精神需要。1.5 PLC 在数控机床上的应用目前 .工业生产中广泛应用的机床强电控制采用继电器接触器控制方式，它具有线路简单、造价低、抗干扰能力强等特点，但由于机床电气控制功能的变化更改其电路却是非常困难的且随着锻压生产自动化程度的提高，控制要求越来越复杂，甚至需要智能控制， 冲床的传统继电器接触器控制方式已越来越不能满足工业生产实际的要求。而可编程控制器(PLC)应用于机床的电气控制具有通用性好、可靠性高，环境适应性强、功能强大、接线简单、编程使用方便等特点，大大提高了劳动生产率。PLC特别是数控系统内置PLC，已广泛应用于数控机床等工业控制中。数控机床的控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分，数字控制包括对各坐标轴位置的连续控制，而顺序控制包括对主轴正/反转和启动/停止、换刀、卡盘夹紧和松开、冷却、尾架、排屑等辅助动作控制。现代数控机床采用PLC代替继电器控制来完成逻辑控制， 使数控机床结构更紧凑，功能更丰富，响应速度和可靠性大大提高。（1） PLC与数控机床外部设备的信息交换PLC 系统和机床三者之间的信息交换包括以下四部分:1 )机床至PLC 。机床侧的开关量信号通过1/O单元接口输人至PLC，除极少数信号外。绝大多数信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。2 )PLC至机床。 PLC控制机床的信号通过PLC 的开关量输出接口送到机床侧，所有开关量输出信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。3 )系统至PLC 。系统发出控制信号输人至PLC,所有信号的含义及PLC的地址均由系统制造商确定，PLC编程者只可使用不可更改。4 )PLC至系统。 PLC输出控制信号到系统，所有信号的含义及PLC的地址均由系统制造商确定，PLC 编程者只可使用.不可更改。（2） PLC在数控机床中的功能1 ) 操作面板的控制操作面板分机床操作面板和系统操作面板。机床操作面板上的控制信号直接送入PLC， 系统操作面板上控制信号由系统送到PLC,控制数控系统的运行2 ) 机床外部开关输人信号。将机床侧的开关信号送人PLC，进行逻辑运算这些控制开关包括行程开关、接近开关、压力开关等。3 ) 输出信号控制PLC输出的信号经强电柜中的继电器、接触器、电磁阀、信号灯等输出给控制对象。4 ) T功能实现。系统送出T代码指令给PLC,经过译码，在数据表内检索，找到T代码指定的刀号，并与现行刀号进行比较，如果不符，发出换刀指令，刀塔换刀到位停止，系统发出完成信号。5 ) M功能实现。系统送出M代码指令给PLC,经过译码，输出控制信号.控制主轴正/反转和启动/停止、卡盘的夹紧和松开、冷却液的开关等。M功能完成时系统发出完成信号。2 PLC 在 数 控 机 床 中 的 应 用PLC 全称为可编程序控制器（Programmable Logic Controller） 。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。2.1 输入/输出系统输入/输出系统简称 I/O。PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI） ，开关量输出（ DO） ，模拟量输入（AI ） ，模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的 I/O 分类如下： 开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。2.2 数控机床的可编程控制器的控制对象在研究数控系统和机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数控机床分为“ NC 侧”和“ MT 侧” （即机床侧）两大部分。 “NC 侧”包括 CNC 系统的硬件和软件、与 CNC 系统连接的外部设备。 “MT 侧”则白口机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。PC 处于 NC 与 MC 之间，对 NC 和 MT 的输入、输出信号进行处理。MT 侧顺序控制的最终对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不用而有很大差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，最终受控对象也越多。一般来说，最终受控对象的数量和控制顺序的复杂程度是依 CNC 车床 、CNC 铣床、加工中心、FMC、FMS 的顺序递增的。PMC 的控制对象是数控机床。它的输入 /输出信号是面向数控系统和机床两侧的，如图 3-1 所示。 图 2-1 PMC 的控制对象1由机床至 PMC 的输入信号（ MTPMC）此类信号在 PMC 中用 X 表示。一般为操作作者在机床侧的操作和机床现场信号。（1） 指令按钮 急停，手动 /自动，高档/低档和起动/停止等各类按钮以及机床操作面板上各类操作按键。（2） 行程开关 X，Y，Z 各坐标轴的极限位置行程开关，原点位置行程开关，防护门开关和液位信号等。（3） 传感器信号 温度传感器、压力传感器、电动机过载信号和刀具计数器等。2由 PMC 至机床的输出信号（ PMCMT）此类信号在 PMC 中用 Y 表示。一般为某一动作的执行信号。由于 PMC 的驱动能力的限制，往往需要通过若干继电器和接触器才能驱动真实的负载。为保护 PMC在继电器和结束器线圈上须并联续流二极管或 RC 放电器。（1） 电动机 排屑电机、冷却液电机、润滑电机、刀库旋转轴电机等。（2） 电磁阀 换刀/抓刀机构、液压/气动阀门等。（3） 指示信号 指示灯、蜂鸣器等。3由数控系统至 PMC 的输入信号（ CNCPMC）此类信号在 PMC 中用 F 表示。一般为 CNC 对 PMC 所发出的指令信号。（1） M 代码指令 M08、M38、M30 等各个 M 代码指令。（2） 使能信号 主轴旋转、固定循环等。（3） T 代码指令 刀具的选择、刀库的旋转等。4由 PMC 至数控系统的输出信号（ PMCCNC）此类信号在 PMC 中用 G 表示。一般为 PMC 对 CNC 所发出的应答和控制信号。（1） 选择信号 控制轴的选择，挡位的选择，循环的选择等。（2） 刀具信号 刀具位置、检测信号、复位信号等。（3） 控制反馈信号 急停信号、超程信号等。 5系统内部信号此类信号为 PMC 与内部继电器和存储器进行的信息交换。存储器包括计数器、数据表、定时器、程序号等。PMC 与这些信号连同数控系统的信息交换实质上是寄存器间的数据交换，图 3-1 中用虚线表示。PMC 与机床相关的输入/输出信号是经由 I/O 板的接收电路和驱动电路传送，图 2-1 中图实线表示。2.3 FANUC PMC 的信号地址PMC 顺序程序的地址表明了信号的位置。这些地址包括对机床的输入/输出信号和对数控系统输入/输出信号、内部继电器、计数器、保持型电器、数据表等。每一地址由地址号和位号组成。可在符号表中输入数据表明信号名称与地址之间的关系。以 FANUC 0i-MODEL A 系列的 PMC-SA3 为例。由于不同型号的 PMC 地址也有所不同。1PMC 与机床之间的地址1)当使用 I/ O LinK 时（1）机床对 PMC 的输入信号。地址从 X0 到 X127。（2）PMC 对机床的输出信号。地址从 Y0 到 Y127。每个地址是以字节为单位，每字节为 8 位开关量，所以有最多 1024 个输入点和1024 个输出点。2)当使用内装 I/O 卡时（1）机床对 PMC 的输入信号，地址从 X1000 到 X1019。（2）PMC 对机床的输出信号，地址从 Y1000 到 Y1014。用户在使用接口时，接口地址应在上述范围内指定。X 不能用作线圈输出，Y 的输出地址不能重复，否则该地址的状态不能确定将发生错误。值得注意的是，数控系统在运行时会直接引用一些地址的信号。用户在使用前务必确认从机床侧输入的下列信号联接在指定的地址上，如表 2-1 所示表 2-1 接口地址固定的信号信号 符号 当使用 I/O LinK 时 当使用内装 I/O 卡时X 轴测量位置到达信号 XAE X4.0 X1004.0Y 轴测量位置到达信号 YAE X4.1 X1004.1Z 轴测量位置到达信号 ZAE X4.2 X1004.2跳转信号 SKIP X4.7 X1004.7急停信号 *ESP X8.4 X1008.4第 1 轴参考点返回减速信号 *DEC1 X9.0 X1009.0第 2 轴参考点返回减速信号 *DEC2 X9.1 X10091第 3 轴参考点返回减速信号 *DEC3 X9.2 X1009.2第 4 轴参考点返回减速信号 *DEC4 X9.3 X1009.3第 5 轴参考点返回减速信号 *DEC5 X9.4 X1009.4第 6 轴参考点返回减速信号 *DEC6 X9.5 X1009.5第 7 轴参考点返回减速信号 *DEC7 X9.6 X1009.6第 8 轴参考点返回减速信号 *DEC8 X9.7 X1009.72PMC 与机床之间的地址1)基本接口地址（1）数控系统对 PMC 的输入信号。地址从 F000 到 F255。如 M 译码信号地址 F009.4F009.7，数控就绪信号地址为 F004.4。（2）PMC 对数控系统的输出信号。地址从 G000 到 G255。如：急停信号地址为 G008.4，各坐标轴锁住信号地址为 G108。每个地址是以字节为单位。此类信号相应的每一位都有具体的含义。由于数量巨大，内容繁杂和篇幅的原因，这里就不再赘述。用户如果需要详细资料请查阅相关手册。另外不同型号的 PMC 这类地址差别是很大的，使用时一定要注意。 2)扩展接口地址 （1）数控系统对 PMC 的输入信号，地址从 F1000 到 F1255。 （2）PMC 对数控系统的输出信号，地址从 G1000 到 G1255。 3寄存器/存储器地址PMC 的存储器分为易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器所存储器的内容。在系统掉电后会丢失，而非易失性存储器的内容则不会丢失。（1） 内部继电器地址（R）此区域是易失性存储器，信号在系统上电时被清零。地址 R00 至 R999 为用户区域，供用户编程时作为中间继电器使用。R9000 至R9117 为系统区域，用户不能用作顺序程序中的输出继电器。（2） 计数器地址（C）此区域是易失性存储器，在系统掉电后信号不会丢失。计数器区域是一个连续 80 字节的存储空间，每个计数器需用 4 个连续空间用于存放计数器的预置值和当前值。因此该区域只有 20 个计数器，具体地址如图 2-2 所示。图 2-2 计数器地址（3） 定时器地址（T ）此区域是易失性存储器，在系统掉电后信号不会丢失。定时器区域是一个连续 80 字节的存储空间，每个定时器需用 2 个连续空间用于存放定时器的预置值。因此该区域只有 40 个计数器，具体地址如图 2-3 所示。 图 2-3 定时器地址（4） 保持型继电器地址（K）此区域是非易失性存储器，在系统掉电后信号不会丢失。地址为 K00 到 K17 的区域用户可以存放一些重要的信息。K00 到 K17 为系统软件区域，用户不能使用。（5） 信号选择显示地址（A）此区域是易失性存储器，信号在系统上电时被清零。地址为 A000 到 A024。用户可用来储存信息显示请求信号。（6） 数据表地址（D）此区域是非易失性存储器，在系统掉电后信号不会丢失。地址为 D000 到 D1859。PMC 顺序程序有时需要大量的数字数据需要随时设置或读出，如刀具自动交换转盘中刀具号。存储器数据表的容量可以选定，表中可以使用 1、2 或 4 字节的 BCD 码或二进制代码数据，所以使用数据表对于用户是非常方便的。PMC 数据表由表控制数据和数据表组成。表控制数据控制表的容量和数据格式（BCD 码或二进制代码数据） 。表控制数据必须在准备数据表首先从 CRT/MDI 设置。在顺序程序中表控制数据不能被改写。当非易失性存储器被写入时，表控制数据被一同写入。建议数据表的表头地址选择为偶数。这样可以提高运行效率。2.4 数控机床常用输入/输出元件1.内置式输入/输出板卡(1) 内置式输入/输出板卡地址分配 FANUC 数控系统有内置的输入 /输出板卡用于机床输入/输出接口。内置输入/输出板卡的输入和输出接点数是固定的，分别为 96 点和 64 点。并且必须根据表 2-2 所示的地址用 PMC 梯形图来指定。表 2-2 内置式输入/输出板卡的地址分配连接器地址 引脚 输入/输出 地址A2A13， B2B13 X0.0X2.7CB104A16A23， B16B23 Y0.0Y1.7A2A13， B2B13 X3.0X5.7CB105A16A23， B16B23 Y2.0Y3.7A2A13， B2B13 X6.0X8.7CB106A16A23， B16B23 Y4.0Y5.7A2A13， B2B13 X9.0X11.7CB107A16A23， B16B23 Y6.0Y7.7（2）输入信号的连接输入信号一般属于漏极型，公共端、应接 24V 端，连接如图 2-4 所示。如果采用源极型时 ，需将图中的 24V 和 0V 两端对调。出于系统抗干扰角度的考虑，需将所有的公共端 COM 连接在 0V 上，不能悬空。使用的输入信号元件的触头容量用大于 30V，16mA ，漏电流应小于 1mA，触点压降应小于 2V。图 2-4 输入信号的接线 （3）输出信号的连接 输出驱动器的容量在接通时的最大负载电流应小于200Ma，包括瞬间的浪涌。另外，电源的 DOCOM 引脚的最大电流为小于 0.7A。显然 PMC 输出不能直接带动负载，必须在外部采用驱动电路。在无特殊的响应要求，自然首选继电器型输出模块，因其优点是不同公共点之间可到不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达 2A/点。另外每路有发光二极管指示运行状况。直流中间继电器其电气寿命在几十万次至几百万次之间，响应时间为 10ms，但其寿命会随所带负载电流的增加而减少。为此对直流感性负载可在其旁边并接续流二极管，可有效地保护 PMC 如图 所示。这些继电器的容量也比较小，往往不能直接驱动大容量负载，而需要交流接触器来直接控制负载的。对于接触器线圈这类交流感性负载， 在线圈旁并接 RC 电路，如图 2-5 所示。PMC 对外部驱动两个相反动作的电路时，除在 PMC 内部已惊醒软件互锁外，还杂 PMC 的外部也进行互锁，以加强系统的可靠性。这是因为 PMC 扫描周期内解除，而接触器则需要更长的动作时间。早正向的接触器还没有完全释放的时候，如果反向的接触器就吸合了，就会造成短路故障了。图 2-5 输出信号的接线a)直流感性负载 b)交流感性负载2I/O Link 的连接有的系统没有内置式输入/输出板卡，可以使用操作面板输入/输出模块作为机床输入/输出接口。操作主面板的规格为 A02B-0236-C231，操作子面板的规格为A02B-0236-C235。即使有内置式输入/输出板卡，如果输入/输出的点数不够用，也可通过 FANUC I/O Link 使用电缆扩展输入/输出单元。分布式输入/输出模块的规格为 A02B-2002-0521，其带有 48 个输入接点，32 个输出接点并支持手摇脉冲发生器接口。I/O Link 分为主单元和子单元。主单元可与若干组子单元链接，如图 3-6 所示。每组子单元的输入和输出点数最多可达 256 和 256 点。用来连接 I/O Link，最多可连接 16 组子单元，但总的输入和输出点数不超过 1024 点。PMC 程序可以对输入/输出新哈的分配和地址进行设定。 图 2-6 I/O Link 接线图2.5 FANUC I/O Link 的分配地址机床操作面板的主要开关 I/O 分配地址表 2-3 主要开关输入信号地址分配输入信号 I/O 地址号 输入信号 I/O 地址号工作方式开关 X14.0 FEED AXIS +XX 轴正方X7.0工作方式开关 X14.1 FEED AXIS -XX 轴负方X7.1工作方式开关 X14.2 FEED AXIS +YY 轴正方7.2工作方式开关 X14.3 FEED AXIS -YY 轴负方X7.3工作方式开关 X14.4 FEED AXIS +ZZ 轴正方X7.4主轴停止 X9.5 FEED AXIS -ZZ 轴负方X7.5主轴正转 X9.4 单段 X4.4手轮 X 轴 X10.0 跳过 X4.7手轮 Y 轴 X10.1 选择停止 X4.6手轮 Z 轴 X10.2 程序再起 X5.0急停 X8.4 机床锁定 X5.1快进/手轮倍率 X12.6 空运 X5.2快进/手轮倍率 X12.7 辅助功能 X5.3X 轴回零减速开关 X9.0 冷却液启动 X5.6Y 轴回零减速开关 X9.1 冷却液停止 X5.7Z 轴回零减速开关 X9.2 进给暂停 X6.0主轴反转 X9.6 循环起动 X6.1进给倍率开关 X40.0 进给倍率开关 X40.2进给倍率开关 X40.1 进给倍率开关 X40.3.机床复位 X5.8表 2-4 主要开关的输出信号地址分配输出信号 I/O 地址号 输出信号 I/O 地址号主轴正传 Y0.0 参考点灯 Y6.4主轴反转 Y0.1 跳步灯 Y4.7X 轴急停 Y0.2 单段灯 Y4.4Y 轴急停 Y0.4 进给保持灯 Y6.0Z 轴急停 Y0.6 循环启动灯 Y6.1故障灯 Y0.3 主轴正传灯 Y1.5冷却指示灯 Y2.0 主轴停止灯 Y1.6冷却停止灯 Y2.0 主轴反转灯 Y1.7润滑指示灯 Y2.2 电源灯 Y1.1这里以部分操作面板输入信号的 I/O 接线图来说明输入信号接线方式。部分输入信号的 I/O 接线图如图 2-7 所示 图 2-7 部分输入信号的 I/O 接线图3 数 控 机 床 控 制 面 板 的 人 机 界 面 设 计随着计算机技术的发展，数控机床控制面板的人机界面有以下几点变化:(1)高科技化。例如显示器趋向平面化、超薄型化;输人方式多样化。(2)自然化。在软界面设计中，使用自然语言，发展图、文、光等多种形式，使画面空间生动。在硬界面设计中，按键设置明确，操作方式自然，使软界面和硬界面协调起来。(3)人性化。控制面板的设计，一方面要求适于人的操作，另一方面又要满足人们的审美和认知精神需要。以上几点变化带来的是控制面板的使用更加宜人。宜人性既为人机工程设计和工业设计的发展提供了广阔的舞台，同时又对他们提出了更高的要求。人机工程学和工业设计将与机械设计、计算机技术等一起为增强产品的整体造型效果、创造更高的经济效益发挥重要的作用。3.1 控制面板的人机界面设计控制面板的主要作用是显示机器的各种信息确的传递给机器，它是人机交互的最主要的部分同时把操作者的指令及时、准因此，了解人生理、心理特性和视觉特性对设计合理的控制面板和操作空间是十分重要。1.人体最佳的操作姿势及手臂的活动范围人在操作控制面板时，应有舒适的操作姿势，这样才能保证操作者不易疲劳，不易引起误操作。以下是在躯干处于不动的前提下，手臂的活动范围。图(3-1)所示为人在站立时，躯干不动，手臂在正前方向的活动范围。在控制面板的设计中，所有的控制部件都应尽可能安排在手臂的最佳操作区域内，对于结构上无法实现的，应该按照操作的重要性和使用频率依次由内向外排列。图3-1 人体立姿手臂活动范围2. 人的视野范围人的视野是指眼球不转动情况下能够看见的空间范围。单眼最有效的视野区为从眼球中心向上 ，向下 。以鼻为中心左右各 的范围内。在人的视野03040152中心区 以内为最佳视觉区(如图3-2)。因此，在控制面板的尺寸、结构设计和布局0中要充分应用有效视野区和最佳视野区。对显示器、控制器、按钮等部件数目较多时，无法满足最佳视野的范围时，应按照信息的重要性、操作频率等依次向外排列，同时利用形态、色彩、符号等予以强调。实验证明，视距为800mm远时，控制面板最优尺寸的范围是840 X 960mm，同时考虑面板的美学要求，可采用了 矩形的形式。2在人眼的不同视觉，识别速度和识别效率是不一样的(如表3-1所示)，因此，对不同特征的形体，应安排在不同的视觉内，以保证识别的准确性和识别效率。 a、 水平视野 b、垂直视野图3-2 人体垂直视野和水平视野3. 人对不同的色彩的视觉范围。人眼对不同色彩的视野范围是不同的(如图3-3所示)，因此，控制面板设计中对不同位置的操作部件应采用合理色彩以满足人的视觉需求，有利于取得良好的视觉效果。图3-3 人的色彩视野表3-1 人的视野角度及视觉效果范围视区铅垂方向 水平方向 辨认效果中心视区 05.1305.13辨别形体最清楚最佳视区视水平线下00在短时间内能辨认清楚形体有效视区 上 ，下2503 7 需集中情力，才能辨认清楚形体最大视区 上 ，下065018可感到形体存在，但轮廓不清楚4.基于人机工程学的控制面板设计的重点是:（1）显示装置的可识别性:显示装置的设计必须符合人的视觉特征，以减少作者在信息识别时的误差和错误。（2）控制装置的可控性:控制装置的尺寸必须适应操作者生理需求，减轻操作者的疲劳度.减少误操作。（3）显装置和控制装置的布局合理：通过显示装置和控制装置的合理布局，使操作和信息的显示一致，提高操作的准确率。（4）人与机的良好互动:建立良好的“人-机-环境”系统，提高生产效率。5.控制面板的功能设计（1）觉显示器设计设计模拟式显示器时应考虑的人机工程学问题：仪表的大小与观察距离是否比例适当；刻度盘的形状大小是否合理;刻度盘的刻度划分、数字和字母的形状、大小以及刻度盘色彩对比是否便于监控者能迅速而准确地识读；根据监控者所处的位置，仪表是否布置在最佳视区范围。（2）按键设计薄膜开关具有体积小、重量轻、功能全面、外观新颖、装联方便、造价低廉等一列优点，因而受到电子工业、机械工业等领域的青睐图。目前，在数控机床控制面板的按键设计中已经得到越来越广泛的应用。数控机床控制面板中的薄膜开关设计重点应放在宜人性和色彩设计方面。1)人性 。按键尺寸应符合人机工程学的使用要求，按键要有适当的阻力，键面要有标签，按键之间应有一定的间隔等。按键的布局应考虑选用较通用的、符合人机工程学的排列方式以及标准造型等，但也要注意艺术设计的特点，体现造型设计的宜人性、多样性和丰富性。2)彩设计。第一，要考虑色彩与数控机床产品属性的协调。色彩要能体现数控机床简洁、庄重的特点。第二，要注意色彩的科学性即色彩与整机功能的协调。不同色彩的波长不同，对人的视觉影响效果也不同。考虑到这些，选用色彩应使薄膜开关上的发光字符更加清晰。（3）信号灯设计信号灯设计必须符合它的使用目的和使用条件。亮度确定信号灯的亮度应根据使用场合的背景照明强度和信号灯的颜色。信号灯的亮度至少高于背景亮度的两倍。警告灯的亮度应明显高于信号灯的亮度。表3-2 信号灯颜色说明颜色含义 说明 举例红 危机或告急 有危机或需立即采取行动 1. 润滑系统失压2. 温升已超安全极限3. 有触电危机黄 注意 情况有变化，或即将发生变化 1 温升或压力异常2 发生仅能承受的短时过载绿 安全 正常或允许进行 1 冷却通风正常2 自动控制运行正常3 机械准备启动蓝 按需要指定用意除红、黄、绿、三色之外的任何指定用意1 遥控指示2 选择开关“准备”位置白 无特定用意 任何用意，例如做正在“执行”用3.2 机床控制面板的设计不同用途的数控机床，其机床操作面板上的功能及开关的排序也不尽相同。如图 3-4 所示 FANUC 数控铣床的操作面板。图 3-4 FANUC 数控铣床的操作面板3.3 机床控制面板按键符号的说明1电源按钮（CNC POWER） 按下 ON，接通 CNC 电源，按下 OFF，断开CNC 电源。2循环起动按钮（带灯） （CYCLE START） 在自动操作方式下，选择要执行的程序后，按下此按钮，自动操作开始执行，在自动循环操作期间，按钮内的灯亮。3进给保持按钮（带灯） （FEED HOLD） 机床在自动循环期间，按下此按钮，机床立即减速、停止、按钮内灯亮。4方式选择开关（MODE SELECT）（1）EDIT 编辑方式。当选择编辑方式时，将工作方式选择开关置于 EDIT 位置，通过系统操作面板上的编辑键，对程序进行输入及编辑修改。（2）AUTO 自动运行方式。当选择自动运行方式时，将工作方式选择开关置于 AUTO 位置，按循环启动按钮，则程序自动运行，当运行到 M00、M01、M02 至 M30 时，自动运行停止。在程序自动运行时，若按进给保持按钮，则运行暂时停止，再按循环启动按钮，则程序继续运行，由于自动运行是处理存储器中的加工程序，因此，在有些机床操作面板上，自动运行方式用 MEM 来表示。（3）MDI 手动数据输入方式。当选择手动数据输入方式时，将工作方式选择开关置于 MDI，通过系统面板上的键盘输入一个程序段，按 START 键或循环启动按钮，则机床执行该程序段。运行结束后，该程序在缓冲寄存器中消除。（4）JOG 点动进给方式。当选择手动连续进给时，将工作方式选择开关置于 JOG 位置，通过轴选择开关选择好要移动的轴，按方向进给键，周便正、反方向连续移动，移动的速度通过进给速度倍率开关来调整；若按方向进给键的同时