基于立式加工中心的数控设计

摘 要数 控 技 术 作 为 现 代 制 造 业 的 核 心 技 术 之 一 ， 在 各 行 各 业 得 到 了 广 泛 的 应 用 ，在 机 械 制 造 行 业 当 中 ， 数 控 加 工 中 心 由 于 可 以 以 较 高 的 精 度 实 现 多 工 种 加 工 已经 成 为 现 代 机 械 制 造 业 中 不 可 缺 少 的 加 工 设 备 。 本 文 在 选 用 三 菱 公 司 的 PLC及 M64S 数 控 系 统 的 基 础 上 ， 设 计 了 立 式 加 工 中 心 的 CNC 数 控 系 统 的 硬 件 外 围电 路 ， 同 时 利 用 三 菱 公 司 的 DX-developer 开 发 工 具 进 行 了 PLC 梯 形 图 编 程和 仿 真 。 本 文 主 要 从 硬 件 电 路 和 PLC 程 序 两 大 部 分 来 撰 写 ， PLC 程 序 又 包 括程 序 的 编 写 和 仿 真 ， 这 是 本 论 文 最 重 要 的 部 分 ， 其 中 PLC 控 制 程 序 又 是 本 次毕 业 设 计 的 难 点 ， 分 别 在 第 三 章 和 第 四 章 。【 关 键 词 】 M64S 数 控 系 统 加 工 中 心 PLC 梯 形 图 I/O 接 口 电 路ABSTRACTIn todays machinery manufacturing developing process, the CNC technology is one of the core technologies. CNC Machining Center has become a modern control indispensable processing equipment, To meet the needs of machining accuracy regardless of the structure or mechanical control system is a very high demand CNC systems with high reliability and precision by a wide range of users of all ages. Based on Mitsubishi M64S NC system for the processing center, I introduced processing center structure, NC system specifications, and PLC selection, then use relative materials of Mitsubishi M64S numerical control system to design Vertical Machining Centers main circuit, controlling circuit and private servers circuit. And design corresponding PLC procedure simultaneously. Finally, we use DX-developer to edit PLC and emulate. In this paper, I write it in two parts: the hardware circuits and PLC programs. And PLC program includes procedures for the preparation and simulation, which is the most important part of this thesis. Whats more, PLC control program is one difficult part of this research, and it is discussed in Chapter III and IV respectively.【Keywords】 M64S numerical control system machining centre control program circuitry目 录前 言 .1第一章 CNC 数控系统概述 .2第一节 CNC 数控系统相关介绍 .2一、CNC 数控基本概念 .2二、数控系统的组成 .3三、数控加工中心的优缺点 .4四、数 控 技 术 发 展 回 顾 及 未 来 发 展 趋 势 .5第二节 PLC 的选型 .6一、输入输出（I/O）点数的估算 .6二、存储器容量的估算 .6三、控制功能的选择 .6四、机型的选择 .8五、冗余功能的选择 .9六、经济性的考虑 .9第 三 节 数 控 系 统 介 绍 .9一、三菱数控产品简介 .9二、三菱 M64S 数控系统简介 .10第四节 本章小结 .13第二章 立式加工中心电气原理图设计 .14第 一 节 数 控 加 工 中 心 设 计 概 述 .14第 二 节 数 控 加 工 中 心 主 回 路 /电 气 控 制 回 路 .16一、主 回 路 /电 气 控 制 回 路 简 述 .16二、主 回 路 /电 气 控 制 回 路 图 .16第 三 节 本 章 小 结 .19第 三 章 数 控 加 工 中 心 PLC 控 制 程 序 设 计 .20第 一 节 三 菱 数 控 系 统 软 件 配 置 .20一、信号流程简述 .20二、信号流程图 .20第二节 数控加工中心输入输出信号地址 .22第三节 数控加工中心 PLC 控制程序设计步骤 .27第 四 节 数 控 加 工 中 心 PLC 控 制 程 序 说 明 .28一 、 加 工 中 心 方 式 选 择 .28二 、 加 工 中 心 定 时 器 程 序 .32三 、 进 给 轴 工 作 状 态 选 择 .33四 、 加 工 中 心 进 给 轴 运 动 方 向 指 示 灯 程 序 .34五 、 加 工 中 心 手 轮 选 择 及 其 倍 率 设 定 .35第五节 本章小结 .40第四章 M64S 数控系统仿真 .41第一节 GX Developer 软件使用说明 .41一、GX Developer 软件的安 装 .41二、GX Developer 软件的开启步骤与设定 .41三、GX Developer 软件的编程操作说明 .42第二节 PLC 程序的仿真 .44一 、 PLC 控 制 程 序 的 传 输 .44二、仿真结果 .44第三节 本章小结 .46结 论 .47致 谢 .49参 考 文 献 .50附录 .51一、英语资料原文 .51二、英语原文翻译 .59前 言数 控 系 统 是 现 代 制 造 系 统 的 重 要 支 柱 之 一 ， 然 而 数 控 机 床 又 是 现 代 机 械制 造 技 术 不 可 缺 少 的 设 备 ， 它 的 核 心 是 数 控 系 统 。 本 章 针 对 数 控 技 术 、 数 控机 床 、 数 控 系 统 的 概 念 及 发 展 情 况 做 简 要 的 介 绍 ,同 时 也 简 要 介 绍 关 于 PLC选型 的 方 法 。 近年来由于数控机床的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。当今的计算机行业高速发展，并且计算机行业已经基本成熟，所以数控还是以PC为基础，开发以PC为基础的控制器，这样控制器可以将数控系统与PC直接连接，这样可以直接实现数据的传输，大大提高了控制器的能力，因此，在其机械行业获得了越来越广泛的应用。第一章 CNC 数控系统概述第一节 CNC 数控系统相关介绍一、CNC 数控基本概念1、数控技术数 控 技 术 是 利 用 数 字 化 的 信 息 对 机 床 运 动 及 加 工 过 程 进 行 控 制 的 一 种 方 法 。是 指 用 数 字 、 文 字 和 符 号 组 成 的 数 字 指 令 来 实 现 一 台 或 多 台 机 械 设 备 动 作 控 制的 技 术 。 它 所 控 制 的 通 常 是 位 置 、 角 度 、 速 度 等 机 械 量 和 与 机 械 能 量 有 关 的开 关 量 。 数 控 的 产 生 依 赖 于 数 据 载 体 和 二 进 制 形 式 数 据 运 算 的 出 现 。 1908 年 ，穿 孔 的 金 属 薄 片 互 换 式 数 据 载 体 问 世 ； 19 世 纪 末 ， 以 纸 为 数 据 载 体 并 具 有 辅助 功 能 的 控 制 系 统 被 发 明 ； 1938 年 ， 香 农 在 美 国 麻 省 理 工 学 院 进 行 了 数 据 快速 运 算 和 传 输 ， 奠 定 了 现 代 计 算 机 ， 包 括 计 算 机 数 字 控 制 系 统 的 基 础 。 数 控 技术 是 与 机 床 控 制 密 切 结 合 发 展 起 来 的 ， 1952 年 ， 第 一 台 数 控 机 床 问 世 ， 成 为世 界 机 械 工 业 史 上 一 件 划 时 代 的 事 件 ， 推 动 了 自 动 化 的 发 展 。 如 今 ， 数 控技 术 也 叫 计 算 机 数 控 技 术 ， 目 前 它 是 采 用 计 算 机 实 现 数 字 程 序 控 制 的 技 术 。 这种 技 术 用 计 算 机 按 事 先 存 贮 的 控 制 程 序 来 执 行 对 设 备 的 控 制 功 能 。 由 于 采 用 计算 机 替 代 原 先 用 硬 件 逻 辑 电 路 组 成 的 数 控 装 置 ， 使 输 入 数 据 的 存 贮 、 处 理 、 运算 、 逻 辑 判 断 等 各 种 控 制 机 能 的 实 现 ， 均 可 以 通 过 计 算 机 软 件 来 完 成 。2、数控系统数 控 是 数 字 控 制 （ Numerical Control NC） 的 简 称 。 数 控 系 统 包 括 ： 数控 装 置 、 可 编 程 控 制 器 、 主 轴 驱 动 器 及 进 给 装 置 等 部 分 。 从 广 义 上 讲 ， 是 指利 用 数 字 化 信 息 实 行 控 制 ， 也 是 利 用 数 字 控 制 技 术 实 现 的 自 动 控 制 系 统 ， 其 被控 对 象 可 以 是 各 种 生 产 过 程 。 从 狭 义 上 理 解 ， 就 是 利 用 数 字 化 信 息 对 机 床 轨 迹和 状 态 实 行 控 制 ， 例 如 数 控 车 床 、 数 控 铣 床 、 数 控 线 切 割 机 床 、 数 控 加 工 中 心等 。 随 着 自 动 控 制 理 论 、 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 、 精 密 测 量 技 术 和 机 械 制 造 技术 的 发 展 ， 数 控 技 术 正 朝 着 高 速 度 、 高 精 度 、 智 能 化 、 开 放 型 以 及 高 可 靠 性 等方 向 迅 速 发 展 。3、数控机床数 控 系 统 与 被 控 机 床 本 体 的 结 合 体 称 为 数 控 机 床 。 国 际 信 息 处 理 联 盟（ International Federation Of Information Processing） 第 五 技 术 委 员 会 对 数 控机 床 做 出 如 下 定 义 ： 数 控 机 床 是 一 个 装 有 程 序 控 制 系 统 的 机 床 ， 该 系 统 能 够 逻辑 的 处 理 使 用 代 码 ， 或 其 他 符 号 编 码 指 令 规 定 的 程 序 。 也 就 是 说 ， 数 控 机 床 是一 种 采 用 计 算 机 ， 利 用 数 字 信 息 进 行 控 制 的 高 效 、 能 够 进 行 自 动 化 加 工 的 机 床 ，它 能 够 按 照 机 床 规 定 的 数 字 化 代 码 ， 把 各 种 机 械 位 移 量 、 工 艺 参 数 、 辅 助 功 能表 示 出 来 ， 经 过 数 控 系 统 的 逻 辑 处 理 和 运 算 ， 发 出 各 种 控 制 指 令 ， 实 现 要 求 的机 械 动 作 ， 自 动 完 成 零 件 加 工 任 务 。 所 以 ， 数 控 机 床 是 一 种 灵 活 性 很 强 、 技 术密 集 型 及 自 动 化 程 度 很 高 的 机 电 一 体 化 加 工 设 备 。二、数控系统的组成数 控 系 统 一 般 由 输 入 /输 出 装 置 、 数 控 装 置 、 伺 服 系 统 （ 驱 动 控 制 装 置 ） 、机 床 电 器 逻 辑 控 制 装 置 所 组 成 ， 机 床 本 体 为 被 控 对 象 ， 它 的 结 构 框 图 如 图1.1 所 示 ：1、输入装置/ 输 出 装 置图 1.1 数控系统结构框图输 入 装 置 将 数 控 加 工 程 序 等 各 种 信 息 输 入 数 控 装 置 ， 输 入 的 内 容 及 数 控 系统 的 工 作 状 况 可 以 通 过 输 出 装 置 进 行 观 察 。 现 在 数 控 系 统 主 流 的 输 入 /输 出 装置 有 磁 盘 驱 动 器 、 通 讯 网 络 接 口 、 LCD 及 各 种 显 示 器 件 等 。2、 数 控 装 置数 控 装 置 是 数 控 系 统 的 核 心 。 它 的 主 要 功 能 是 ： 正 确 识 别 和 解 释 数 控 加 工程 序 ， 对 解 释 结 果 进 行 各 种 数 据 计 算 和 逻 辑 判 断 处 理 ， 完 成 各 种 输 入 、 输 出 任务 。 其 形 式 可 以 是 由 数 字 逻 辑 电 路 构 成 的 专 用 硬 件 数 控 装 置 或 计 算 机 数 控 装 置 。前 者 称 为 硬 件 数 控 装 置 ， 或 NC 装 置 ， 其 数 控 功 能 有 硬 件 逻 辑 电 路 实 现 ； 后 者称 为 CNC 装 置 ， 其 数 控 功 能 有 硬 件 和 软 件 共 同 实 现 。 数 控 装 置 将 数 控 加 工 程序 按 两 类 控 制 信 息 分 别 输 出 ： 一 类 是 连 续 控 制 量 ， 送 往 驱 动 控 制 装 置 ； 另 一 类是 离 散 的 开 关 控 制 量 ， 送 往 机 床 电 器 逻 辑 控 制 装 置 。3、 伺 服 系 统伺 服 系 统 (驱 动 控 制 单 元 )位 于 数 控 装 置 和 机 床 本 体 之 间 ， 包 括 进 给 轴 伺 服驱 动 装 置 和 主 轴 伺 服 驱 动 装 置 。 进 给 轴 伺 服 驱 动 装 置 由 位 置 控 制 单 元 、 速 度 控制 单 元 、 电 动 机 和 测 量 反 馈 单 元 等 部 分 组 成 ， 它 按 照 数 控 装 置 发 出 的 位 置 命 令和 速 度 控 制 命 令 正 确 驱 动 机 床 受 控 部 件 的 移 动 。 主 轴 驱 动 装 置 主 要 由 速 度 控 制单 元 组 成 。4、 机 床 电 器 控 制 装 置机 床 电 器 控 制 装 置 位 于 数 控 装 置 和 机 床 之 间 ， 接 受 数 控 装 置 发 出 的 开 关 命令 ， 主 要 完 成 机 床 主 轴 选 速 、 起 停 和 方 向 控 制 信 号 ， 换 刀 功 能 ， 工 件 装 夹 功 能冷 却 、 液 压 、 气 动 、 润 滑 系 统 控 制 功 能 以 及 机 床 其 他 辅 助 功 能 。 其 形 式 可 以 是继 电 器 控 制 线 路 或 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (PLC)。根 据 不 同 的 加 工 方 式 ， 机 床 本 体 可 以 是 车 床 、 铣 床 、 钻 床 、 磨 床 、 镗 床 、加 工 中 心 及 电 加 工 机 床 等 。 与 传 统 的 普 通 机 床 相 比 ， 数 控 机 床 本 体 的 外 部 造 型 、整 体 布 局 、 传 动 系 统 、 刀 具 系 统 及 操 作 机 构 等 方 面 都 应 该 符 合 数 控 的 要 求 。数 控 机 床 还 配 有 各 种 辅 助 装 置 ， 其 作 用 是 配 合 机 床 完 成 对 工 件 的 加 工 。 如切 削 液 或 油 液 系 统 中 的 冷 却 或 过 滤 装 置 ， 油 液 分 离 装 置 ， 吸 尘 吸 雾 装 置 、 润 滑装 置 及 辅 助 主 机 实 现 传 动 和 控 制 的 气 动 、 液 动 装 置 等 。 除 上 述 通 用 辅 助 设 备 外 ，从 目 前 数 控 机 床 技 术 现 状 看 ， 至 少 还 有 五 类 辅 助 装 置 是 数 控 机 床 应 该 配 备 的 ：对 刀 仪 、 自 动 编 程 机 、 自 动 排 屑 机 、 物 料 储 运 及 上 下 料 装 置 和 交 流 稳 压 电 源 。现 代 数 控 系 统 采 用 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ PLC） 取 代 了 传 统 的 机 床 电 器 逻 辑控 制 装 置 ， 即 继 电 器 控 制 线 路 ， 用 PLC 控 制 程 序 实 现 数 控 机 床 的 各 种 继 电 器控 制 逻 辑 。 PLC 可 位 于 数 控 装 置 之 外 ， 称 为 独 立 型 PLC； 也 可 以 与 数 控 装 置合 为 一 体 ， 称 为 内 装 型 PLC。三、数控加工中心的优缺点数 控 技 术 的 发 展 已 经 有 50 多 年 的 历 史 了 ， 经 过 多 次 修 正 ， 如 今 它 已 经 很成 熟 了 。 在 这 50 年 里 ， 它 没 有 被 社 会 发 展 所 淘 汰 ， 证 明 它 有 许 多 优 点 ， 而 且它 的 优 点 是 无 可 取 代 的 。 加 工 中 心 具 有 精 度 高 、 定 位 准 确 、 多 工 种 加 工 、 对操 作 者 的 技 术 要 求 低 、 能 适 应 中 、 小 批 量 结 构 复 杂 、 精 度 高 的 加 工 、 对 工 时 估算 容 易 、 生 产 精 度 掌 握 容 易 。四、数 控 技 术 发 展 回 顾 及 未 来 发 展 趋 势1、 数 控 （ NC） 阶 段 （ 1952-1970 年 ）早 期 的 计 算 机 运 算 速 度 低 ， 这 对 当 时 的 科 学 计 算 和 数 据 处 理 影 响 不 大 ， 但不 能 适 应 机 床 实 时 控 制 的 要 求 。 于 是 ， 人 们 不 得 不 采 用 数 字 逻 辑 控 制 电 路 ， 组成 机 床 专 用 计 算 机 。 这 种 数 控 装 置 称 为 硬 件 连 接 数 控 装 置 (HARD-WIRED NC)， 简 称 为 数 控 (NC)。 随 着 电 子 元 器 件 的 发 展 ， 这 个 阶 段 又 经 历 了 三 代 ：1952 年 的 第 一 代 电 子 管 计 算 机 组 成 的 数 控 装 置 ； 1959 年 的 第 二 代 晶 体 管 计 算 机 组 成 的 数 控 装 置 ； 1965 年 的 第 三 代 小 规 模 的 集 成 电 路 计 算机 组 成 的 数 控 装 置 。2、 计 算 机 数 控 （ CNC） 阶 段 （ 1970 年 -至 今 ）1970 年 研 制 成 功 了 大 规 模 集 成 电 路 ， 并 将 其 用 于 通 用 小 型 计 算 机 。 此 时 的小 型 计 算 机 ， 其 运 算 速 度 比 以 往 的 计 算 机 有 了 大 幅 度 的 提 高 ， 比 专 用 计 算 机 成本 低 、 可 靠 性 提 高 。 于 是 ， 小 型 计 算 机 作 为 数 控 系 统 的 核 心 部 件 ， 数 控 机 床 进入 了 计 算 机 数 控 （ CNC） 阶 段 。 1971 年 ， 美 国 INTEL 公 司 在 世 界 上 的 第 一次 将 计 算 机 的 两 个 核 心 的 部 件 运 算 器 和 控 制 器 ， 采 用 大 规 模 的 集 成 电 路 控 制技 术 ， 将 其 集 成 在 一 块 芯 片 上 ， 称 为 微 处 理 器 （ Microprocessor） ， 又 称 中 央处 理 单 元 CPU。 1974 年 ， 微 处 理 器 应 用 于 数 控 系 统 。虽 然 早 期 的 微 处 理 器 速 度 和 功 能 对 数 控 装 置 来 说 有 局 限 性 ， 但 可 以 通 过多 处 理 器 结 构 来 解 决 相 应 的 问 题 。 由 于 微 处 理 器 是 计 算 机 的 核 心 部 件 ， 故 此时 的 数 控 系 统 仍 然 成 为 计 算 机 数 控 。 到 了 1990 年 ， PC 机 的 性 能 已 发 展 到 很高 的 水 平 ， 可 满 足 数 控 系 统 核 心 部 件 的 要 求 ， 而 且 PC 机 的 生 产 批 量 很 大 ，软 件 资 源 丰 富 ， 价 格 便 宜 ， 可 靠 性 高 ， 数 控 系 统 从 此 进 入 基 于 PC 的 阶 段 。3、 未 来 的 发 展当今的计算机业的高速发展，并且计算机业已经基本成熟，所以数控系统还是以 PC 为基础，开发以 PC 为基础的控制器，这种控制器可以将数控系统与 PC直接连接，这样可以直接实现数据的传输，大大提高了控制器的能力，还将降低控制器的成本。控制器还将采用开放式的系统构架，这样数控机床也可以像今日的计算机业一样，用户可以根据需要自行对数控机床的软、硬件进行配置，这样数控机床的功能提升了，价格降低了。同时数控机床还向小型化发展。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代小型计算机数控系统； 1974 年的第五代微处理器组成的数控系统；1990 年的第六代基于 PC 的数控系统 。数控系统半个世纪经历了两个阶段六代大发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用很不方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在 20 世纪的70 年代末、 80 年代初的事情，也就是说，数控技术的发展和普及经过了近 30 年。第二节 PLC的选型随着 PLC 技术的发展， PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、 I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。一、输入输出（I/O）点数的估算I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行调整。二、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字） ，另外再按此数的 25%考虑余量。三、控制功能的选择该 选 择 包 括 运 算 功 能 、 控 制 功 能 、 通 信 功 能 、 编 程 功 能 、 诊 断 功 能 和 处 理速 度 等 特 性 的 选 择 。1、运算功能简 单 PLC 的 运 算 功 能 包 括 逻 辑 运 算 、 计 时 和 计 数 功 能 ； 普 通 PLC 的 运 算功 能 还 包 括 数 据 移 位 、 比 较 等 运 算 功 能 ； 较 复 杂 运 算 功 能 有 代 数 运 算 、 数 据 传送 等 ； 大 型 PLC 中 还 有 模 拟 量 的 PID 运 算 和 其 他 高 级 运 算 功 能 。 大 多 数 应 用场 合 ， 只 需 要 逻 辑 运 算 和 计 时 计 数 功 能 ， 有 些 应 用 需 要 数 据 传 送 和 比 较 ， 当 用于 模 拟 量 检 测 和 控 制 时 ， 才 使 用 代 数 运 算 ， 数 值 转 换 和 PID 运 算 等 。 要 显 示数 据 时 需 要 译 码 和 编 码 等 运 算 。2、控制功能控 制 功 能 包 括 PID 控 制 运 算 、 前 馈 补 偿 控 制 运 算 、 比 值 控 制 运 算 等 ， 应 根据 控 制 要 求 确 定 。 PLC 主 要 用 于 顺 序 逻 辑 控 制 ， 因 此 ， 大 多 数 场 合 常 采 用 单 向路 或 多 向 路 控 制 器 解 决 模 拟 量 的 控 制 ， 有 时 也 采 用 专 用 的 智 能 输 入 输 出 单 元 完成 所 需 的 控 制 功 能 ， 提 高 PLC 的 处 理 速 度 和 节 省 存 储 器 容 量 。3、通信功能大 中 型 PLC 系 统 应 支 持 多 种 现 场 总 线 和 标 准 通 信 协 议 。 PLC 系 统 的 通 信接 口 应 包 括 串 行 和 并 行 通 信 接 口 、 RIO 通 信 口 、 工 业 以 太 网 、 常 用 DCS 接 口等 ； 大 中 型 PLC 通 信 总 线 (含 接 口 设 备 和 电 缆 )应 1： 1 冗 余 配 置 ， 通 信 总 线 应符 合 国 际 标 准 ， 通 信 距 离 应 满 足 装 置 实 际 要 求 。 根 据 网 络 组 成 的 实 际 需 要 ， 应选 择 具 有 不 同 通 信 功 能 的 （ 如 点 对 点 、 现 场 总 线 、 工 业 以 太 网 ） 通 信 处 理 器 。4、编程功能离 线 编 程 方 式 ： PLC 和 编 程 器 公 用 一 个 CPU， 编 程 器 在 编 程 模 式 时 ， CPU只 为 编 程 器 提 供 服 务 ， 不 对 现 场 设 备 进 行 控 制 。 完 成 编 程 后 ， 编 程 器 切 换 到 运行 模 式 ， CPU 对 现 场 设 备 进 行 控 制 ， 不 能 进 行 编 程 。 离 线 编 程 方 式 可 降 低 系 统成 本 ， 但 使 用 和 调 试 不 方 便 。 在 线 编 程 方 式 ： CPU 和 编 程 器 有 各 自 的 CPU，主 机 CPU 负 责 现 场 控 制 ， 并 在 一 个 扫 描 周 期 内 与 编 程 器 进 行 数 据 交 换 ， 编 程 器把 在 线 编 制 的 程 序 或 数 据 发 送 到 主 机 ， 下 一 扫 描 周 期 ， 主 机 就 根 据 新 收 到 的 程序 运 行 。 这 种 方 式 成 本 较 高 ， 但 系 统 调 试 和 操 作 方 便 ， 在 大 中 型 PLC 中 常 采用 。5、诊断功能PLC 的 诊 断 功 能 包 括 硬 件 和 软 件 的 诊 断 。 硬 件 诊 断 通 过 硬 件 的 逻 辑 判 断 确定 硬 件 的 故 障 位 置 ， 软 件 诊 断 分 内 诊 断 和 外 诊 断 。 通 过 软 件 对 PLC 内 部 的 性能 和 功 能 进 行 诊 断 是 内 诊 断 ， 通 过 软 件 对 PLC 的 CPU 与 外 部 输 入 输 出 等 部 件信 息 交 换 功 能 进 行 诊 断 是 外 诊 断 。6、处理速度PLC 采 用 扫 描 方 式 工 作 。 从 实 时 性 要 求 来 看 ， 处 理 速 度 应 越 快 越 好 ， 如 果信 号 持 续 时 间 小 于 扫 描 时 间 ， 则 PLC 将 扫 描 不 到 该 信 号 ， 造 成 信 号 数 据 的 丢失 。 处 理 速 度 与 用 户 程 序 的 长 度 、 CPU 处 理 速 度 、 软 件 质 量 等 有 关 。四、机型的选择1、 PLC 的类型PLC 按 结 构 分 为 整 体 型 和 模 块 型 两 类 ， 按 应 用 环 境 分 为 现 场 安 装 和 控 制 室安 装 两 类 ； 按 CPU 字 长 分 为 1 位 、 4 位 、 8 位 、 16 位 、 32 位 、 64 位 等 。 从 应用 角 度 出 发 ， 通 常 可 按 控 制 功 能 或 输 入 输 出 点 数 选 型 。整 体 型 PLC 的 I/O 点 数 固 定 ， 因 此 用 户 选 择 的 余 地 较 小 ， 用 于 小 型 控 制 系统 ； 模 块 型 PLC 提 供 多 种 I/O 卡 件 或 插 卡 ， 因 此 用 户 可 较 合 理 地 选 择 和 配 置 控制 系 统 的 I/O 点 数 ， 功 能 扩 展 方 便 灵 活 ， 一 般 用 于 大 中 型 控 制 系 统 。2、 输入输出模块的选择输 入 输 出 模 块 的 选 择 应 考 虑 与 应 用 要 求 的 统 一 。 例 如 对 输 入 模 块 ， 应 考 虑信 号 电 平 、 信 号 传 输 距 离 、 信 号 隔 离 、 信 号 供 电 方 式 等 应 用 要 求 。 对 输 出 模 块 ，应 考 虑 选 用 的 输 出 模 块 类 型 ， 通 常 继 电 器 输 出 模 块 具 有 价 格 低 、 使 用 电 压 范 围广 、 寿 命 短 、 响 应 时 间 较 长 等 特 点 ； 可 控 硅 输 出 模 块 适 用 于 开 关 频 繁 ， 电 感 性低 功 率 因 数 负 荷 场 合 ， 但 价 格 较 贵 ， 过 载 能 力 较 差 。3、电源的选择一 般 PLC 的 供 电 电 源 应 设 计 选 用 220VAC 电 源 ， 与 国 内 电 网 电 压 一 致 。 重要 的 应 用 场 合 ， 应 采 用 不 间 断 电 源 或 稳 压 电 源 供 电 。 如 果 PLC 本 身 带 有 可 使用 电 源 时 ， 应 核 对 提 供 的 电 流 是 否 满 足 应 用 要 求 ， 否 则 应 设 计 外 接 供 电 电 源 。为 防 止 外 部 高 压 电 源 因 误 操 作 而 引 入 PLC， 对 输 入 和 输 出 信 号 的 隔 离 是 必 要 的 。4、存储器的选择为 保 证 应 用 项 目 的 正 常 投 运 ， 一 般 要 求 PLC 的 存 储 器 容 量 ， 按 256 个I/O 点 至 少 选 8K 存 储 器 选 择 。 需 要 复 杂 控 制 功 能 时 ， 应 选 择 容 量 更 大 ， 档 次 更高 的 存 储 器 。五、冗余功能的选择1、控制单元的冗余重 要 的 过 程 单 元 ： CPU(包 括 存 储 器 )及 电 源 均 应 1 比 1 冗 余 ； 在 需 要 时 也可 选 用 PLC 硬 件 与 热 备 软 件 构 成 的 热 备 冗 余 系 统 、 2 重 化 或 3 重 化 冗 余 容 错系 统 等 。2、 I/O 接口单元的冗余控 制 回 路 的 多 点 I/O 卡 应 冗 余 配 置 ； 重 要 监 测 点 的 多 点 I/O 卡 可 冗 余 配置 ； 对 重 要 的 I/O 信 号 ， 可 选 用 2 重 化 或 3 重 化 的 I/O 接 口 单 元 。六、经济性的考虑选 择 PLC 时 ， 应 考 虑 性 能 价 格 比 。 考 虑 经 济 性 时 ， 应 同 时 考 虑 应 用 的 可 扩展 性 、 可 操 作 性 、 投 入 产 出 比 等 因 素 ， 进 行 比 较 和 兼 顾 ， 最 终 选 出 较 满 意 的 产品 。 输 入 输 出 点 数 对 价 格 有 直 接 影 响 。 每 增 加 一 块 输 入 输 出 卡 件 就 需 增 加 一 定的 费 用 。 当 点 数 增 加 到 某 一 数 值 后 ， 相 应 的 存 储 器 容 量 、 机 架 、 母 板 等 也 要 相应 增 加 ， 因 此 ， 点 数 的 增 加 对 CPU 选 用 、 存 储 器 容 量 、 控 制 功 能 范 围 等 选 择都 有 影 响 。 在 估 算 和 选 用 时 应 充 分 考 虑 ， 使 整 个 控 制 系 统 有 较 合 理 的 性 能 价 格比 。第 三 节 数 控 系 统 介 绍一、三菱数控产品简介 三 菱 公 司 是 国 际 上 有 影 响 力 的 著 名 企 业 ， 其 生 产 的 产 品 以 性 能 好 、 质 量 稳定 可 靠 获 得 广 大 用 户 的 一 致 好 评 ， 近 几 年 来 ， 三 菱 电 机 公 司 加 大 了 在 中 国 大 陆推 广 CNC 数 控 系 统 的 力 度 。数 控 机 床 的 核 心 是 控 制 器 ， 三 菱 公 司 推 出 了 高 质 量 、 高 性 价 比 的 CNC 系统 ， 它 提 供 了 丰 富 而 先 进 的 功 能 。 目 前 在 中 国 市 场 推 广 使 用 的 有 普 及 型 的E60 系 列 ， 高 性 能 的 M60S 系 列 数 控 系 统 ， 以 及 用 于 汽 车 生 产 线 的 高 档 C64 CNC 数 控 系 统 ， 今 年 又 推 出 了 E68、 M700 等 系 列 CNC 数 控 系 统 。二、三菱 M64S 数控系统简介1、 数 控 加 工 中 心 结 构数 控 加 工 中 心 的 结 构 框 图 如 图 1.5 所 示 ：图 1.5