任务四 数控机床电气系统的认知

任务四数控机床电气系统的认知知识要求掌握数控机床电气手册的使用方法了解PLC在数控机床中的使用范围了解数控机床电气系统的基本结构数控机床电气系统的组成电气系统外围电压电气控制系统执行机构机床用PLC概述1.定义：可编程控制器是一种数字运算的电子操作系统装置，专为工业现场应用而设计的，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备都应按易于与工业控制器系统联成一个整体和易于扩充其功能的原则进行设计认识可编程控制器(PLC)它的起源可以追溯到60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，为此研制了第一台可编程控制器用于生产线上，通过改变存储在里面的指令的方法来改变生产线的控制流程，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器简称PLC（ProgrammableLogicalController）。可编程控制器的发展进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制器（ProgrammableController）简称PC,但为了与个人电脑PC相区别，仍将其称为PLC。PLC已被称为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。

目前PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。PLC的主要特点可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。编程简单，使用方便。

通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。体积小，易于实现机电一体化。e)缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。7家举足轻重的PLC制造厂家：美国的Rockwell自动化公司所属的A-B(Allen-Bradley)公司GE-Fanuc公司德国的西门子（Siemens）公司美国的Modicon公司法国TE（Telemecanique）公司日本三菱公司日本立石（OMRON）公司国内PLC的发展概况用PLC改造设备国产的小型PLC（I/O点数≤256）已形成一定的批量，但无主流产品中型PLC的开发才刚刚起步国产小型PLC厂家及其产品有上海东屋电器有限公司生产的CF系列不海工业自动化研究所生产的TCMS-300/D杭州电子计算机厂生产的YZ系列苏州机床电器厂生产的CYK/KB系列等国内中型PLC的发展情况机械部北京自动化所和天津自动化仪表厂开发的1024个I/O点的PLC大连组合机床研究所开发的1152个I/O点的S50PLC中外合资的上上海香岛斯迈克有限公司、华光电子工业有限公司，引进生产线的辽宁无线电二厂，外商独资的厦门A-B公司模拟量输入行程开关继电器触点各种开关传感器CPUROM、RAM电源部件输出接口输入接口外设接口照明电磁装置执行机构采用光电隔离装置继电器、可控硅、晶体管电路编程器打印机计算机采用光电隔离装置1.主机

CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片。(1)

运行用户程序。(2)

监控输入/输出接口状态。(3)

作出逻辑判断和进行数据处理主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器

系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。

用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。

内部存储器有两类：一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器输入/输出(I/O)接口与电源输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯等）。电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源

1、实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制（即是实现机床运动轨迹的控制、实现零件的轮廓控制）。这一部分工作有数控系统中NC部分来完成。

2、实现机床辅助设备的控制(包括冷却系统、照明系统、操作面板、换刀系统等等）是由PLC来完成的。二、PLC和NC的关系第一节PLC在数控机床中的应用PLC（ProgrammableLogicController),通常用于设备的自动控制。2.PLC用于机床的控制，主要是用于机床的外围、辅助电气的控制；3.PLC用于数控机床通常称之为可编程序机床控制器；称之为PMC（programmablemachinetoolcontroller）第一节PLC在数控机床中的应用一、数控机床用PLC介绍

1、实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制（即是实现机床运动轨迹的控制、实现零件的轮廓控制）。这一部分工作有数控系统中NC部分来完成。

2、实现机床辅助设备的控制(包括冷却系统、照明系统、操作面板、换刀系统等等）是由PLC来完成的。二、PLC和NC的关系PLC在数控机床中的应用1.外围电路（强电回路）是不能够直接和PLC相互连接的，所以外围电路和PLC相互连接必须要通过中间的继电器回路的转换。2.进入PLC的必须要转换成弱电信号，用于控制外围电路的必须要把PLC输出的弱电信号转换成强电信号。PLC和机床外围电路的关系1.内装式（集成式）：整体设计、信息交换速度快、系统可靠。2.独立式（外装式）：

独立于NC装置，是能够独立完成功能的PLC。方便扩展、选择余地大。PLC在数控机床中的应用形式1、机床侧至PLC：

机床侧的信号通过I/O单元接口输入到PLC，输入的地址由PLC程序编制人员自行定义。当然要根据相关规范确定。2、PLC至机床侧： 根据机床的配置，以及所需要完成的控制功能。PLC将控制信号输送至机床侧。输出信号的地址也是由程序编制人员自行定义。

PLC和外部的信息交换3、PLC至CNC：

PLC至CNC的信号地址和含义由系统厂商定义完成，程序编制人员之能够根据厂商的定义而不能够增减、删除改变。4、CNC至PLC：

CNC送至PLC的信号可由CNC直接送至PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信号含义和地址均由系统厂商定义。PLC和外部的信息交换1、输入采样；PLC扫描读入所有输入端口的信号状态，并将此状态读入到输入映像寄存器中。2、程序执行；系统读入输入映像缓存区、输出映像缓存区的数据，进行运算并将运算结果输出到输出映像缓存区。3、刷新阶段；刷新阶段主要是将新的处理结果输出到外部。五、PLC在数控机床中的工作流程1、操作面板的控制 操作面板的控制分为两个部分，一个是系统操作面板的控制一个是机床操作面板的控制。

系统面板的信号PLC在数控机床中的功能。系统面板信号NCPLC机床面板信号机床机床面板信号PLC机床系统面板的信号2、机床外部开关输入信号将机床侧的开关信号输入PLC，进行逻辑运算。运算的结果用于对机床的控制。3、输出信号控制，PLC将用于控制的信号经过接口以及外围电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。4、T功能实现，所谓T功能实际上就是数控机床对刀具的控制功能。就是通过PLC实现刀具调用、换刀等一系列功能。5、M功能的实现 所谓M功能就是数控机床的辅助功能，包括主轴旋转的控制、冷却系统的控制、程序执行方式的控制等等。PLC在数控机床中的功能。NCPLC外围辅助设备

PLCNC指令外部反馈直接控制外部设备小功率设备由继电器、接触器等组成的外围电路辅助设备PLC和外围电路的关系一、PLC对外围电路的控制。1、PLC内部信号和外部信号的对应关系，对于外围电路的控制非常重要。处理他们的对应关系，主要是依据机床厂上的对于外围电路的设计、功能的定义以及PLC程序编制工程是对于PLC输入输出接口的分配。2、地址分配：将PLC许可使用范围内的地址，按照一定的规则使其和外部电路中的信号相对应。也就是一个地址对应着一路信号，也就是地址实际上将内部信号和外部信号连接起来。PLC和外围电路的关系一、PLC内部信号和外部信号的对应。PLC程序编制工程师在编制软件时，通过设置参数、和程序编制时的定义，已经将地址从软件上作了分配。但是，我们在处理外部回路和PLC相连接时，不能够只是靠软件来保证信号的对应关系。PLC内部信号的定义和地址的分配，是和PLC的硬件接口相对应的。我们在使用PLC时，实际上也只能够通过对硬件的使用和辨识来保证接口使用的确实。PLC和外围电路的关系一、PLC内部信号和外部信号的对应。手动绝对值选择停止主轴正转

主轴反转主轴停止线号插座上的针脚号分配的输入地址实际信号含义标注实际开关按钮的编号PLC和外围电路的关系二、外部元件和PLC输入信号PLCPLC和外围电路的关系二、外部元件和PLC输入信号PLC地址通常由三部分组成：1、地址类型；2、地址号；3、位号；如：

X1000.0地址类型地址号位号位号从0~7地址类型由厂家定义PLC和外围电路的关系三、PLC的地址构成

元器件（号）线号插槽或插座号针脚号PLC输入地址号机床上实际使用的电气元件的编号和机床电气元件相连的电缆的线号电缆汇入的插座、插槽的号码每一路信号在插座、插槽上的分配号码每一路信号对应分配的PLC地址PLC和外围电路的关系三、电路图上几种标号的关系1.目录

目录的主要内容是：页码、图号、标题一、机床电气手册的构成NO（页码）DRAWING（图号）TITLE（标题）REMARK（备注）机床电气手册2、线号表

说明线缆的走向，线缆在电气图中的位置。一、机床电气手册的构成机床电气手册3、符号描述表

描述所要表达的电气元件的图形符号一、机床电气手册的构成机床电气手册4、电器柜布置图

用来描述每个器件在电气柜中的位置，以及电气柜和外界相连通的线缆的位置。一、机床电气手册的构成机床电气手册电器柜布置图一、机床电气手册的构成5、控制回路框图

用于描述整个数控机床控制系统控制流程和各部分之间的关系。机床电气手册6、各控制单元图。

在数控机床电气控制图中，对完成某一项或者某一类功能的电路作了单独的描述。除此以外，还对每一个重要的零部件的构成做了详细的描述。通过这些单元图（零部件图），我们可以更加详细而透彻的了解整个数控机床电气控制系统的构成。一、机床电气手册的构成机床电气手册一、机床电气手册的构成NC电源供应单元NCPOWERSUPPLYUNIT机床电气手册1、了解数控机床电气控制系统的工作原理；2、熟练使用机床电气手册维护数控机床电气系统。查找回路的方法一、学习查找回路的目的

通过查找冷却液电机运转的控制回路的工作流程，熟悉和掌握使用机床电气手册的方法。

控制冷却液电机运转的的控制的两种方式：

1、程序自动控制（M指令）；

NC将M指令译码后送至PLC，经过PLC的运算处理后送出控制信号。

2、手动控制（机