数控机床逻辑控制程序设计与调试

1、数控机床逻辑控制程序(PLC) 设计与调试目的 ：熟悉并掌握K1000M PLC的基本编程方法和传输调试过程设备 ： GCY数控机床电气接线实训考核装置1. PLC的介绍1.1概述1.2 PLC 的特点1.3 PLC 的分类1.4 PLC 的硬件组成1.5 PLC 的工作方式2. 数控系统 K1000M系列 PLC的基本编程方法和传输调试2.1明确机床的控制要求和机床的工作流程2.2 PLC基本逻辑指令和功能指令2.3 K1000系列 PLC的内部软元件2.4数控机床PLC程序编写与调试2.4.1数控机床梯形图的绘制2.4.2数控机床PLC程序的传输调试1. PLC 的介绍1.1概述可编程控制

2、器简称PLC，它是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。1.2 PLC 特点PLC 技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点，能较好地解决工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要优点有 :1. 可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、 抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。(1) 硬件方面I/O通道才用光电隔离，有效的抑制了外部干扰源对

3、PLC的影响； 对供电电源采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU 等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。(2) 软件方面PLC 采用扫描工作方式， 减少了由于外界干扰导致的故障;在 PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断：当外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。2. 编程简单、使用方便日前，大多数PLC 采用的编程语言时梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图

4、语言的电路符号和表达式与电气线路图相近，形象、直观，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC 编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。3. 功能完善，通用性强现代 PLC不仅具有逻辑运算功、定时、 计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D 和 D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等许多功能。4. 设计安装简单、维护方便由于 PLC软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大大减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于 PL

5、C的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据 PLC上的指示灯或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。5. 体积小、质量轻、能耗低由于 PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。1.3PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同，通常根据其结构形式不同、功能的差异和I/O 点数的多少等进行分类。1. 按结构的形式分类根据 PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。(1) 整体式 PLC整体式 PLC是将电源、 CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积

6、小，价格低等特点O微型 PLC一般采用这种整体式结构。(2) 模块式PLC模块式 PLC是将 PLC各组成部分， 分别制作成若干个单独的模块，如 CPU模块、I/O 模块、电源模块( 有的含在CPU模块中) 以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。这种PLC的最大特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。2. 按功能分类根据 PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。3. 按 I/O 点数分类根据 PLC的 I/O 点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。(1) 小型 PLC I/O

7、 点数为 256点以下的为小型 PLC。其中， I/O 点数小于 645 点的为超小型或微型 PLC.(2) 中型 PLC I/O 点数为 256点以上， 2048 点以下的为中型 PLC。(3) 大型 PLC I/O 点数为 2048点以上的为大型 PLC。数控机床中的 PLC通常有两种形式: 内装式和独立式。内装式 PLC也称集成式 PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和 PLC结合起来考虑， NC和 PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。 NC和PLC可以共用一个CPU， 好可以是单独的CPU。这种结构从软件硬件整体上考虑，

8、PLC和 NC之间没有多余的导线连接，增加了系统的可靠性，而且NC和 PLC之间 J易实现许多高级功能，PLC中的信息也能通过CNC的显示器显示，这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。独立式 PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制的功能。在采用这种应用方式时，用户可根据自己的特点，选用不同的PLC专业厂商的产品，并且可以更为方便地对控制规模进行调整。1.4 PLC 的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、 输入单元、 输出单元、 通信接口、 扩展接口、电源等部分组成。其中,CPU是 PLC的核心，输入单元与输出单

9、元是连接现场输入输出设备与CPU之间的借口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。1. 中央处理单元 （CPU)在 PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥 PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面 :(1) 接收从编程器输入的用户程序和数据。(2) 诊断电源、 PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。(3) 通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。(4) 从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。(5) 根据执行的结果， 更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容， 通过输出单元实现输出控制 。

10、2. 存储器存储器主要有两种，一种是可读/ 可操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和 EEPROM。在 PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。3. 输入 / 输出单元输入 / 输出单元通常也称I/O 单元或 I/O 模块，是 PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测到被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被 控制对象进行控制的依据；同时 PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。PLC的I/O接口所能接受的输入输出信号个数称为PLC输入 / 输出口（ I /0）点数。当系统的I/O点数不够时，可

11、通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。4. 通信接口5. 智能接口模块6. 编程装置1.5PLC 的工作方式PLC是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时执行多个操作，它只能按分时操作( 串行工作 ) 方式，每次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于 CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时( 并行 ) 完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的先后顺序，从上至下、从左至右，逐条执行，直到程序结束。然后再从头开始扫描

12、执行，周而复始重复运行。整个扫描工作过程执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、 PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1lOOms。PLC 在行程序的过程分为三个阶段：即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。2. 数控系统 K1000M系列 PLC的基本编程方法和传输调试2.1明确机床的控制要求和机床的工作流程机床的控制要求和机床的工作流程（表8-1 ）。CNC 信号PC机床信号内部信号控制继电器保持继电器参数定时器数据表表 8-1 工作流程表2.2 PLC 基本逻辑指令和功能指令PLC指令分为基本指令和功能指令两种类型。基本指令 : 基本指令在设计顺序程序过程中是

13、最常用到的指令。它们执行一位总算， 如 AND、OR等共有 14 种类型。功能指令 : 在用基本指令难以编制某些机床动作时，可以使用功能指令来简化编程。一、基本指令基本指令的类型和含义见表格9.1.1基本指令和操作。指令格式 1: 在代码表中书写指令，穿孔到纸带时使用这种格式。指令格式 2: 通过编程器输入指令时使用这种格式，这种格式简化了输入操作。举个例子，RN即表示 RD.NOT，使用 "R" 和 "N" 2个键来输入。各基本指令详细内容列表如下：（ STO就是所示的栈顶）表格 9.1.1 基本指令和操作指令编号指令含义格式一格式二0lRDR读指定信

14、号的状态，并且设置在STO中。02RD.NOTRN将读入的指定信号的逻辑状态取非后置入STO中。03WRTW写逻辑运算的结果(STO的状态输出到给定的地址。04WRTNOTWN对逻辑运算的结果(STO的状态 ) 取非后输出到给定的地址。05ANDA信号状态和 STO逻辑与，并写回 STO。06AND.NOTAN信号状态取非后和STO逻辑与，并写回 STO。07ORO信号状态和 STO逻辑或，并写回STO。08OR.NOTON信号状态取非后和STO逻辑或，并写回 STO。将寄存器内容左移一位，把指定地址的信号状态设09RD.STKRS到 STO。将寄存器内容左移一位，把指定地址的信号状态取10R

15、D.NOT.STKRNS非后设到 STO。将 STO和 STI逻辑与后， 堆栈寄存器右移一位，结果写11AND.STKAS入 STO。将 STO和 STI逻辑或后， 堆栈寄存器右移一位，结果写12OR.STKOS入 STO。将 STO和指定地址中的信号逻辑或后，将结果返回到13SETSET指定地址中。将 STO的状态取反后，和指定地址中的信号逻辑与，14RSTRST将结果返回到指定地址中。二、功能指令在编制顺序程序时，一些功能，如控制沿更短路径方向的旋转，很难用只执行位运算的基本指令来实现。因此，用功能指令来编程会更方便。见表格 9.2.1 。表格 9.2.1 功能指令的种类及处理过程指令格式

16、 1格式 2*处理过程(梯形图 )(SUB号)END 1S1第一级梯图程序结束END2S2第二级梯图程序结束TMRS3或 TMR定时器TMRBS24固定定时器TMRCS54定时器DECS4或 DEC译码DECBS25二进制译码DECC位译码CTRS5计数器CTRCS55计数器ROTS6旋转控制ROTBS26二进制旋转控制CODS7代码转换CODBS27二进制代码转换MOVES8逻辑与后的数据传送M0VORS28逻辑或后的数据传送MOVBS43一字节的传送MOVWS44两字节的传送MOVNS45N个字节的传送COMS9公共线控制COMES29公共线控制的结果JMPS10跳转PARISll奇偶校验

17、DCNVS14数据转换DCNVBS31扩展数据转换COMPS15比较COMPBS32二进制比较COINS16一致性检测SFTS33寄存器移位SFLN寄存器左移位SFRN寄存器右移位DSCHS17数据搜寻DSCHBS34二进制数据搜寻XM0VS18变址数据传送XMOVBS35二进制变址数据传送ADDS19加法ADDBS36二进制加法SUBS20减法SUBBS37二进制减法MULS21乘法MULBS38二进制乘法DIVS22除法DIVBS39二进制除法NUMES23常数定义NUMEBS30二进制常数定义DISPBS41扩展信息显示WINDWS52写窗口数据PSGNLS50位置信号输出PSGN2S6

18、3位置信号输出 2DIFUS57上升沿检测DIFDS58下降沿检测EORBS59异或ANDBS60逻辑与ORBS61逻辑或NOTBS62逻辑非CALLS65条件子程序调用CALLUS66无条件子程序调用SPS71子程序SPES72子程序结束SPCNT主轴轴控制* 详细内容见资料 K1000PLC用户手册 PLC指令篇。2.3 K1000 系列 PLC 的内部软元件地址符含义寻址空间备注XMC PLC的 DI 输入XO-X255允许位寻址，只读YPLCMC的 DO输山YO-Y255允许位寻址FCNCPLC输入F0-Y255允许位寻址，只读GPLC CNC输出G0-G511允许位寻址RPLC内部控

19、制继电器RO-R999允许位寻址SPLC内部特殊标志SO-S19允许位寻址KPLC内部掉电保持继电器KO-K19允许位寻址D数据表DO-D4095允许位寻址CCO-C790 9999（ CTR）计数器0 32767（ CTRC）T定时器TO-T7916 172800000s(TMR,TMRB)L标号序号LO-L9999P子程序序号PO-P99991、输入继电器XI：输入继电器 X与输入端相连，它是专门用来接受机床外部开关信号的元件。接口将外部输入信号状态( 接通时为 1，断开时为 0) 读入并存储在映像寄存器中。PLC通过输入输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现

20、其线圈，其触点的使用次数不限。2、输出继电器 Y输出继电器 Y用来将 PLC内部信号输出传送给外部负载( 用户输出设备。输出继电器线圈是由 PLC内部的程序驱动的，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元驱动外部负载。在输出单元中，每个硬件继电器都对应有唯一一对常开硬触点，但在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点可以多次使用。3、CNCPLC的输入继电器FCNCPLC的输入继电器 F属于数控系统的内部信号，使用时不能更改。4、PLCCNC的输出继电器 GPLCCNC的输入继电器G属于数控系统的内部信号，使用时不能更改。5、辅助继电器 (R)辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，一般

21、的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。 辅助继电器不能直接驱动负载，辅助继电器的常开与常闭触点在PLC内部编程时可无限次使用。每个辅助功能M代码在 PLC程序都有对应的R地址。6、内部状态继电器S内部状态继电器S也称 PLC的内部特殊标志，共20点，主要用在主轴自动换挡的控制中。7、定时器 (T)PLC中的定时器相当于继电器控制系统中的通电延时型时间继电器，它可以无限对常开、常闭延时触点。定时器中有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器8、计数器 （C）CTR用作计数器。计数器可以用于NC机床的多种用途。像预置值或计数值的数字数据可通过系统参数以BCD格式或二进制格式使用。9、数据寄存器

22、（D）数据寄存器 D又称为数据表，PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。10、内部保持型继电器K2.4数控机床 PLC程序编写与调试2.4.1数控机床梯形图的绘制照明灯的控制：要求用机床操作面板上的一个按钮控制照明灯的打开和熄灭，即按下面板上指定的照明按钮时照明灯亮，第二次按下该按钮时照明灯熄灭。面板按钮地址为X46.1，输出地址为 YO.，2梯形图如下：X46.1R205.4照明灯控制65WR205.4R205.6X46.1R205.4R205.566WR205.5R205.6R205.6R205.5X46.167WR205.6R205.4Y0.268W照明灯输出Y15.1WKND系统急停梯图：X2.7G17.20X2.4X3.3X4.71K0.0K0.1K0.2K0.3G17.2SG5.4WSP系统急停X