基于FANUC数控机床的操作界面的PMC程序设计

目录摘要1一、绪论21.数控技术22.数控机床专用 PLC 2二、机床数控化改造31.数控机床操作面板32.操作面板及I/O分配43.选择PMC的型号，并分配地址5三、操作面板部分梯形图81.控制梯形图82.PMC调试及PC与PMC的通信方法9四、小结10参考文献11前言本文阐述了数控机床操作面板的PLC实现方法和思路设计，以TK7460数控铣床为例，阐述了基于FANUC-oi系统的操作面板的各个功能的作用、硬件的连接和参数设置，以及PLC的梯形图及通信方法，同时本文还对提供了机床的英文的资料进行了翻译。 一.绪论1.数控技术数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 FANUC数控系统应用越来越广泛，FANUC数控系统的优越性表现越来越广泛。FANUC 数控系统以其高质量、低成本、高性能,得到了广大用户的认可,并得以大量使用, 就其系统本身而言,经受了连续长时间的工作考验,故障率较低。而故障多发于外围行程、限位开关等外围信号检测电路上。2.数控机床专用 PLC可编程控制器(PLC)是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而形成的专门从事逻辑控制的微机系统，梯形图是PLC的程序主要表达方式之一，在工业上最为普级的控制器，它原以是来代替继电器控制回路的，发展到今天出现了通讯、模拟、运算、等功能，它的优点是：控制稳定、操作简单、编程效率高等优点； 在PLC系统应用中，梯形图的设计往往是最主要的问题。梯形图不但沿用和发展了电气控制技术，而且其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。由于梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物，因此，在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计既有着相同点，也有着不同点。对开关量控制系统梯形图的设计，常用的有以下几种常用方法。(1) 替代设计法：所谓替代设计法，就是用PLC机的程序，替代原有的继电器逻辑控制电路。(2) 逻辑代数设计法：由于电气控制线路与逻辑代数有一一对应的关系，因此对开关量的控制过程可用逻辑代数式表示、分析和设计。利用这种方法设计，最大的特点是可以把很多的逻辑关系最简化。当然出于可靠和安全性角度考虑的冗余设计是另外一个问题。(3)程序流程图设计法：PC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序工作过程可用流程图表示。由于PC的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程序框图不同点是，PC程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入扫描，循环执行。(4)功能模块设计法:根据模块化设计思想，可对系统按控制功能进行模块划分，依次对各控制的功能模块设计梯形图。当然，在设计中要注意模块之间的互相影响时、时序关系，以及联锁指令的使用条件。同一种控制功能可有不同的软件实现方法，应根据具体情况采用简单实用的方案，并应充分利用不同机型所提供的编程指令，使程序尽量简洁。当然还有经验法、随机逻辑编程等。在系统设计中对不同的环节，可根据具体情况，采用不同的设计方法。通常在全局上采用程序框图及功能模块方法设计；在旧设备改造中，采用替代法设计；在局部或具体功能的程序设计上，采用逻辑代数法和经验法。二、机床数控化改造数控机床改造后，在功能上都优于原机床，这主要是微电子技术飞速的发展，原控制装置、伺服装置、在技术上己大大落后，新的控制装置在硬件和软件方面都比原装置大大提高了档次。数控机床改造的经济价值明显，实践证明，旧数控机床改造费用一般是原值的10%50%，改造后，精度能保持和新机床一样或接近。从产品生产周期考虑，生产一台新机床，从制造毛坯件开始，一般需要一年甚至更长时间，而改造一台机床，从合同签定开始，一般需半年左右，甚至更短时间，这对于企业尽快得到完好的设备，完成生产任务， 十分可取。从整 个 国 家考虑，制造一台新机床，特别是机械部分，生产钢铁原材料要耗费大量能源，造成很严重的污染。旧设备改造，将机械部分主体保留，要比生产新机床，综合意义大很多，这方面的价值不可低估. 本课题为数控化改造中控制面板部分的设计。1.数控机床操作面板控制面板是数控机床整体造型的重要组成部分, 利用CRT/MDI控制面板上的功能键和机床操作面板上的有关按钮,使.G17、G18、G19分别指定空间坐标系中的XY平面、ZX平面和YZ平面,作用是让机床在指定坐标平面上进行插补加工和加工补偿。本设计是对普通车床进行数控化改造的前提下进行数控控制面板的操作。首先，参照以往的设计资料对数控机床操作面板进行硬件的连接，连接见图1图1 FANUC机床操作面板连接图2.操作面板及I/O分配对FANUC数控机床状态，其开关信号的输入/输出地址是由系统I/O Link模块进行分配的，由于FANUC数控机床采用内置式PLC，与CNC的连接不需进行外部连线。图2 机床操作面板3.选择PMC的型号，并分配地址由于进行数控化改造，为降低成本，在满足设计功能的前提下，选择FANUC-0i系列PMC，参照其使用说明，FANUC-Oi 系统PMC的性能和规格如表1所示，地址分配见表2。表1 FANUC-Oi 系统PMC的性能和规格系统 FANUC-OIA系统FANUC-OIB/OIC系统PMC类型SA3SA1SB7编程方法梯形图梯形图梯形图程序级数223第一级程序扫描周期8ms8ms8ms基本指令执行时间0.15us/步5 us/步0.33 us/步程序容量-梯形图最大约12000步最大约12000步最大约64000步符号和注释1128KB1128KB不限制信息显示864KB864KB不限制基本指令数141214功能指令数664869内部继电器（R）1000字节1000字节8500字节外部继电器（E）无无8000字节信息显示请求位（A）25字节25字节500字节非易失性存储区数据表（D）1860字节1860字节10000字节可变定时器（T）40个（80字节）40个（80字节）250个（1000字节）固定定时器（T）100个100个500个计数器（C）20个（80字节）20个（80字节）100个（400字节）固定计数器（C）无无100个（200字节）保持性继电器（K）20字节20字节120字节子程序（P）512无2000标号（L）999无9999I/O Link 输入/输出最大1024点/最大1024点最大1024点/最大1024点最大2048点/最大2048点内装I/O输入/输出模块最大96点/最大72点无无顺序程序存储Flash ROM 128KBFlash ROM 128KBFlash ROM 128KB768KB表2 地址分配按键信号区号输入地址输出地址按键信号区号输入地址输出地址AUTOA1X4.0Y0.0EDITA2X4.1Y0.1MDIA3X4.2Y0.2DNCA4X4.3Y0.3HOMEA5X6.4Y2.4JOGA6X6.5Y2.5INCA7X6.6Y2.6MPGA8X6.7Y2.7其中，常用工作状态开关的操作面板如图3所示： 自动 编辑 MDI DNC 回零 点动 图3 工作状态开关的操作面板编辑状态：输入信号(面板操作开关)地址为X4.1，输出信号(指示灯)地址为Y4.1。存储运行(又称自动运行)：输人信号(面板操作开关)地址为X4.0，输出信号(指示灯)地址为Y4.0。 远程运行(又称DNC)：输入信号(面板操作开关)地址为X4.3，输出信号(指示灯)地址为Y4.3。手轮进给(又称手摇脉冲进给)：输入信号(面板操作开关)地址为Y4.0。手动数据输入：输入信号(面板操作开关)地，址为X4.2，输出信号(指示灯)地址为Y4.2。手动连续进给(又称点动进给)：输入信号(面板操作开关)地址为X6.5，输出信号(指示灯)地址为Y6.5。返回参考点(又称回零)：输入信号(面板操作开关)地址为X6.4，输出信号(指示灯)地址为Y6.4。信号F3.6表示系统处于编辑状态；信号F3.5表示系统处于自动运行状态；信号F3.3表示系统处于手动数据输入状态；信号F3.4表示系统处于DNC状态；信号F3.2表示系统处于手动连续进给状态；信号F3.1表示系统处于手轮控制状态；信号F4.5表示系统处于返回参考点状态。三、操作面板部分梯形图1. 控制梯形图本控制任务采用逻辑代数控制，经设计，其梯形图如4所示。图4 系统工作状态的PMC控制梯形图2.PMC调试及PC与PMC的通信方法FAPT LADDER-是在Windows95/98,Windows2000,WindowsXP环境下运行的FANUC PMC程序的系统开发软件。LADDER-软件的主要功能：1）输入、输出、显示、编辑PMC顺序程序。2）监控及调试PMC程序3）设定和显示PMC参数4）运行或停止PMC程序5）输入和输出PMC程序6）把PMC程序写入到CNC系统Flash Rom中。7）调试程序8）打印PMVC程序。加工中心是制造业应用最广的一类设备，一些经济发达国家都把发展加工中心作为发展数控机床的首要任务。国产加工中心在高速化、精密化、多功能化、制造技术上以及产品可靠性、交货期等方面与国外产品存在较大差距。增强自主创新能力，加速国内急需的新产品开发；实现加工中心产品的产业化，尽快缩小国产加工中心与国外的差距，是我国机床工业的当务之急。任何数控机床最基本的功能是具有自动、精确、一致的运动控制，进给轴运动的控制是CNC的核心。伺服系统是以机械运动的驱动设备电动机为控制、对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。为此，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位。作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控行业的关注的热点，并成为伺服系统的发展方向。步入21世纪，随着我国综合经济实力的快速提高，加工中心市场进入了快速发展期。立式加工中心产量最大，占全部加工中心产量的3/4。这种结构机床动刚性较好，比较适合于高速加工。精密立式加工中心，国产的基本没有。目前，国产加工中心的市场占有率很低，按台数计不足1/3、按金额计不足1/4。提高国产加工中心的市场占有率关键在于提高国产加工中心的国际市场综合竞争力。因此，对TH5660立式加工中心的研究是非常重要的。本文对加工中心的研究有很大的参考价值。四、小结经过本次设计，分析了FANUC数控系统的优缺点，及面板操作的I/O LINK 分配的地址，结合FANUC PMC编程特点，选择合适的方法，编制出系