数控机床电气控制详解

第六章数控机床的可编程控制器控制，本章重点，可编程控制器的产生、定义、特点和发展，可编程控制器的基本组成和各部分的功能数控机床可编程控制器的功能和类型S7-200系列可编程控制器的指令系统可编程控制器的编程数控机床可编程控制器应用实例，6.1可编程控制器概述，6.1.1可编程控制器的产生、特点和发展6.1.2可编程控制器的基本组成和工作原理6.1.3可编程控制器的编程语言6.1.1可编程控制器的产生、特点和发展可编程控制器的产生和定义。自1969年第一台可编程控制器问世以来，它已经成为最重要、最受欢迎和应用最广泛的工业控制器之一。与机器人和计算机辅助设计/计算机辅助制造一起，它们被称为工业生产自动化的三大支柱。国际电工委员会(IEC)将PLC定义为“可编程控制器是一种由数字操作的电子系统，专为工业环境中的应用而设计。它使用可编程存储器存储和执行面向用户的指令，如逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算，并能通过数字或模拟输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关外部设备的设计应遵循易于与工业控制系统集成和易于扩展其功能的原则。”2、可编程控制器的特点，1)可靠性高，抗干扰能力强；2)结构简单，通用性强；3)功能强，适应性广；4)编程语言简单，易于掌握。5)体积小、重量轻、功耗低。3。可编程控制器的发展，有两种发展趋势：向体积更小、速度更快、可靠性更高、功能更强、价格更低的小型可编程控制器发展；它将向大容量、高可靠性、大规模网络化、兼容性好、多功能的大中型PLC发展。6.1.2可编程控制器的基本组成和工作原理，1。PLC的组成及各部分的功能组成：中央处理器(CPU)存储器输入/输出接口编程器电源外部设备，中央处理器(CPU):是PLC的核心，由运算单元和控制器组成。在可编程控制器中，中央处理器根据系统程序给出的功能完成系统各部分的逻辑运算、数学运算和协调。内存：内存有两种类型：系统内存和用户内存。系统存储器存储系统管理程序。用户存储器存储由用户编译的控制程序。输入输出接口：用于可编程控制器与工业生产现场的连接。输入输出扩展接口：用于扩展输入输出点。PLC各部分的作用，编程器：是PLC的重要设备，用来实现用户和PLC之间的人机对话。用户不仅可以通过编程器输入、检查、修改和测试用户程序，还可以监控PLC的运行。电源：将外部电源(220伏交流电源)转换为内部工作电压。外部设备：可编程逻辑控制器还配有各种外部设备，如电子顺磁共振写入器、打印机、盒式磁带录音机、计算机等。其功能是帮助编程，实现监控和网络通信。2、可编程控制器的工作原理，可编程控制器采用周期性循环扫描工作方式，扫描过程包括：内部处理、通讯处理、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。在整个过程中扫描一次所需的时间称为扫描周期。当可编程逻辑控制器处于停止状态时，只完成内部处理和通信处理。当可编程逻辑控制器处于运行状态时，其他三个阶段将完成。(1)输入采样阶段：可编程逻辑控制器以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并存储在输入映射寄存器中。2)程序执行阶段：根据PLC梯形图程序扫描原理，PLC按先左后右、先上后下的顺序逐句扫描。处理结果存储在组件映射寄存器中。3)输出刷新阶段：当所有指令被执行时，可编程逻辑控制器进入输出刷新阶段。输出映射寄存器的状态被发送到输出锁存器，并以某种方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出，以驱动相应的输出设备工作。6.1.3可编程控制编程语言，梯形图(LAD)指令语句表(STL)功能图，1、梯形图编程语言，梯形图是一种图形符号和图形符号在图中的控制关系的编程语言，它是根据继电器触点控制系统原理图演变而来的，简单直观。梯形图遵循继电器触点、线圈等的符号。在继电器触点控制图中，添加了许多强大而灵活的命令符号。梯形图使用内部继电器，其接线是通过程序实现的“软连接”。控制功能只能通过改变用户程序来改变。(1)梯形图从上到下、从左到右书写。可编程逻辑控制器也按此顺序执行程序。(2)梯形图的左右垂直线称为母线。总线之间的每个触点按照一定的逻辑关系连接，最后以继电器线圈输出结束。每个逻辑行必须从左总线开始，右总线可以省略，也可以不画。(3)梯形图中有两种触点：常开触点和常闭触点。这些触点可以是外部触点或内部继电器。每个联系人都有一个标签，具有相同标签的联系人可以重复使用。(4)可编程逻辑控制器的输入继电器接收外部输入信号，并由外部信号驱动。梯形图中只能使用触点，不能出现线圈。PLC输出继电器的线圈代表逻辑输出的结果。在使用中，同一继电器的线圈只能出现一次，否则只有最后一次操作有效。(5)梯形图中的触点可以任意串联或并联。通常，平行触点的数量画在最左端。输出线圈只能并联，不能串联。2、语句表编程语言，语句表是由中央处理器直接执行的语言。语句表中的指令分为两部分。一种是助记符，它用一个或几个容易记忆的字符来表示可编程逻辑控制器的某种操作功能。另一部分是操作数，由编程元素和地址组成，如I0.0。指令语句和梯形图有严格的对应关系，可以相互转换。6.2数控机床可编程控制器，6.2.1数控机床可编程控制器功能6.2.2数控机床可编程控制器类型，6.2.1数控机床可编程控制器功能，可编程控制器位于数控侧和机床侧之间，对数控侧和机床侧的输入输出信号进行处理。“数控侧”包括数控系统的硬件和软件以及与数控系统相连的外围设备。“机床侧”(即机床侧)包括机床的机械部分及其辅助装置，如液压、气压、冷却、润滑、排屑等。机床操作面板、继电器电路、机床高压电路等。机床侧向顺序控制的最终对象的数量随着数控机床的类型、结构和辅助设备的不同而变化很大。机床结构越复杂，辅助设备越多，受控对象越多。数控设备和机床的输入输出信号的处理包括：(1)从数控到机床端的数控数据经可编程控制器处理后，通过接口发送到机床端。它的信号有S、T、M等功能码。(2)从机床到数控侧的可编程逻辑控制器信号通过机床侧输入的开关量的可编程逻辑控制器逻辑处理传输到数控装置。6.2.2数控机床可编程控制器类型，数控机床可编程控制器可分为两类：一类是为实现数控机床顺序控制而设计制造的内置可编程控制器；另一种是独立的可编程控制器，其输入/输出接口规格、输入/输出点、程序存储容量、操作和控制功能能够满足数控机床的控制要求。内置可编程控制器，从属于数控设备的内置可编程控制器，可编程控制器和数控设备之间的信号传输可以在数控设备内部实现。可编程控制器和机床侧通过数控输入输出电路实现信号传输。特点：(1)内置可编程控制器实际上是数控设备的可编程控制器功能。(2)内置的可编程控制器系统适合单机数控设备的应用。(3)内置的可编程控制器可以与数控系统共享中央处理器，也可以单独使用一个中央处理器。(4)采用嵌入式可编程控制器结构，数控系统具有一定的优势内置可编程控制器、独立可编程控制器、独立可编程控制器的数控系统也称为外部或通用可编程控制器。独立的可编程控制器独立于数控设备，具有完整的硬件结构和软件功能，能够独立完成指定的控制任务。特点：(1)独立可编程控制器的基本功能结构与通用可编程控制器完全相同。(2)数控机床中使用的独立可编程控制器一般采用中型或大型可编程控制器，输入输出点数一般在200点以上。因此，大多采用积木式模块化结构，具有安装方便、功能易于扩展和转换等优点。(3)输入/输出模块可以增加或减少独立可编程逻辑控制器的输入/输出点数。数控系统的独立可编程控制器、6.3S7-200系列可编程控制器及其指令系统、6.3.1S7-200系列可编程控制器概述6.3.2S7-200系列可编程控制器的数据类型和组件功能6.3.3S7-200基本指令系统及其编程、6.3.1S7-200系列可编程控制器概述、西门子S7系列可编程控制器分别分为S7-400、S7-300、S7-200系列、S7系列大、中、小可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器整体结构小，结构小，运行速度快，可靠性高，具有极其丰富的指令系统和扩展模块。S7-200系列可编程控制器包括CPU21X系列和CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供四种基本型号：CPU221、CPU222、CPU224和CPU226。CPU221集成了6路输入/4路输出，输入/输出点数共10点，无扩展能力，6KB程序和数据存储能力，具有一定的高速计数处理能力，适用于点数较少的控制系统。CPU222集成8个输入/6个输出，输入/输出点共14个点，有2个模块扩展，6KB程序和数据存储容量，可控制一定的模拟量。这是S7-200系列的低成本设备。CPU224集成了14个输入/10输出，24个输入/输出点。它有7个模块扩展，13KB的程序和数据存储容量，具有较强的模拟量和高速计数处理能力。这是最常用的S7-200产品。CPU226集成了24个输入/16个输出，40个输入/输出点，7个模块扩展，13KB程序和数据存储容量。与CPU224相比，它增加了通信端口的数量，大大增强了通信能力。它是最强大的单元，可以完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。CPU226XM是后来推出的增强型主机，除了26KB的程序和数据存储容量外，与CPU226相同。6.3.2S7-200系列可编程逻辑控制器数据类型和组件功能，1、S7-200基本数据类型用S7-200编程语言编写，大部分指令以一定大小的数据对象进行操作。程序中使用的数据可以指定数据类型。指定数据类型时，确定数据大小和数据位结构。S7-200系列可编程逻辑控制器的数据类型可以是字符串、布尔值(0或1)、整数和实数(浮点)。编程元件可编程控制器在其系统软件的管理下，将用户程序存储器分成若干区域，并赋予这些区域不同的功能，从而形成各种内部设备，即可编程控制器的编程元件。每个编程元素用一组字母表示设备类型。S7-200中的主要编程元件，(1)输入继电器I(2)输出继电器Q(3)可变寄存器V(4)辅助继电器M(5)专用继电器SM(6)蓄电池交流(7)本地可变存储器L(8)定时器T(9)计数器C(10)高速计数器HC(11)顺序控制存储器S(12)模拟输入/输出映射寄存器AI/AQ，6.3.3S7-200基本指令系统和编程，1位操作指令可编程逻辑控制器位操作指令主要实现逻辑控制和顺序控制。(1)基本逻辑指令加载指令LD/LDN，线圈驱动指令=触点串联指令A/AN触点并联指令O/ON设置/复位指令S/R边沿触发指令EU/ED逻辑结果反相指令NOT，(1)加载指令LD，LDN和线圈驱动指令=，指令：LD(加载):将常开触点连接到总线。LDN(负载不):将常闭触点连接到总线上。=(输出):线圈输出。用法：触点系列命令A，AN，命令：A(和):串联连接常开触点。安(非):串联常闭触点。用法：触点并联命令O，开，命令O(或):并联常开触点。开(或关):并联常闭触点。用法：置位/复位指令S(置位)/R(复位)，指令：用法：上升沿和下降沿，指令：用法：逻辑结果反相指令NOT，指令NOT:用于反相NOT指令左端的逻辑运算结果。用法：(2)堆栈操作指令、接触块串行指令、ALD接触块并行指令、OLD逻辑堆栈入口指令、LPS逻辑堆栈出口指令、LPP逻辑堆栈读取指令、LRD逻辑堆栈载入堆栈指令、LDS (LOAD Stack)，(1)接触块串行指令、ALD指令、ALD指令(AndLoad):用于接触块的串行连接。触点块：由两个以上触点组成的分支。用法：(2)接触块并行指令OLD(或Load)，指令OLD(或Load):用于接触块的并行连接。用法：(3)逻辑堆栈入口指令LPS和逻辑堆栈出口指令LPP，指令：LPS(LogicPush):当执行LPS指令时，逻辑堆栈中堆栈的顶值被堆栈的顶部复制并推入堆栈，堆栈的底值自动丢失。LPP(逻辑堆栈):当执行一条LPP指令时，逻辑堆栈由第1级弹出，原始的第2级值成为堆栈的新的顶值，堆栈内容按顺序上移，堆栈底部生成一个随机值X。(4)逻辑读取堆栈指令LRD，LRD(逻辑创建):读取最近由LPS推入堆栈的内容，逻辑堆栈中的其他值保持不变。(5)加载堆栈指令LDS，LDS(LoadStack):将堆栈中的第n个值复制到堆栈顶部。执行LDS指令后，堆栈的底部值会自动丢失。指令格式：LDSn(n是从0到8的整数)，LPS，LPP，LRD用法：(3)定时器指令，类型：开延时定时器TON，保持开延时定时器TON，关延时定时器TOF。计时精度分为3个等级：1毫秒、10毫秒和100毫秒。计时器的计时时间为T=PT(计时器的设定值)s(计时器的精度)。计时器总数为256，从t0到T255。其中，TORN为64，其余192可定义为TON或TON，但一个定时器不能同时用作TON和TON。指令格式：指令：TON(开延迟):用于单个间隔的计时。用法：开启延时定时器TON，保持TORNR(保留时间-延时定时器指令TORNR)，指令：TORNR(保留时间-延时定时器)用于累计时间间隔的计时。用法：(3)关闭延时定时器指令TOF，指令：TOF(关闭延时定时器):用于对断电后的单个时间间隔进行计时。(4)计数器指令，计数器用于累计输入脉冲的数量。S7-200中有三种常见的计数器：CTU向上计数器、向下计数器和向上/向下计数器。共有256个计数器编号为C0到C255。您不能重复使用相同的计数器编号。最大计数是32767。指令格式：递增计数器指令CTU，指令：CTU(CountUp):当CU开启时，在每