刀架控制系统电路的设计、安装、调试7-1

CK160数控车床刀架控制系统的设计、安装、调试（8课时）

项目名称:一、提出任务/知识储备

本项目的任务是CK160数控车床刀架控制系统的分析、安装、调试。

提出任务1.数控机床PLC（1）数控机床PLC的形式

1）内装型PLC

内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC间的信号传送在CNC装置内部实现，PLC与机床（MT）之间则通过CNC装置输入/输出接口电路实现信号传送。知识储备内装型PLC特点:在系统的结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可单独使用一个CPU；PLC使用CNC装置本身的I/O接口；PLC所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能。采用内装型PLC结构，扩大了CNC系统内部直接处理数据的能力，CNC系统具有某些高级控制功能，如梯形图编辑和传送功能等。2）独立型PLC

独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能独立完成规定控制任务的装置。

独立型PLC特点：因此CNC和PLC均具有自己的输入/输出接口电路。独立型PLC的基本功能结构与前所述的通用型PLC完全相同。数控机床应用的独立型PLC一般采用中型或大型PLC，所以多采用积木式模块化结构。独立型PLC的I/O点数可以通过I/O模块的增减灵活配置。（2）PLC与外部信息交换

1）

MT侧至PLCMT侧的开关量信号主要是机床操作面板上各开关、按钮以及床身上的限位开关等信息，这些信号通过I/O单元接口输入至PLC中，除了极少数信号外绝大多数信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。2）PLC至MT侧

PLC控制机床的信号主要是控制机床执行件的执行信号，如电磁铁、接触器、继电器的动作信号以及确保机床各运动部件状态的信号及故障指示。这些信号通过PLC的开关量输出接口送到MT侧，所有开关量输出信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。3）CNC侧至PLCCNC侧送至PLC的信息主要是M、S、T功能信息以及其它的状态信号，所有CNC侧送至PLC信号的含义及PLC的地址均由系统制造商确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。4）PLC至CNC侧

PLC送至CNC侧的信息主要是经PLC处理后的逻辑信息，所有PLC送至CNC侧信号的含义及地址均由系统制造商确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。

（3）PLC的功能

1）操作面板的控制操作面板分机床操作面板和系统操作面板。系统操作面板上控制信号由CNC侧送到PLC，机床操作面板上的控制信号直接送入PLC，从而控制机床的运行。2）机床侧开关输入信号将机床侧的开关信号送入PLC，进行逻辑运算。这些控制开关包括限位开关、接近开关、压力开关等。3）机床侧输出信号控制

PLC输出的信号经强电柜中的继电器、接触器，输出给控制对象。4）T功能实现

CNC送出T代码信号给PLC，PLC将T代码指定的目标刀位与当前刀位进行比较，如果不符，发出换刀指令，刀架就近换刀，到位停止，CNC发出完成信号。

5）M功能实现

M功能是辅助功能，CNC送出不同的M代码信号给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转、主轴齿轮箱的换档变速、主轴准停、卡盘的夹紧和松开、冷却液的开关等。M功能完成时，CNC发出完成信号。6）S功能实现主轴转速可以用S2位代码或4位代码直接指定，CNC送出S代码信号给PLC，经过译码、数据转换和D/A变换，最后送到主轴驱动系统。2．FANUC-0i系统PMC性能简介

（1）FANUC-0i系统PMC的性能及规格

FANUC-0i系统有0iA系列、0iB系列和0iC系列三种。FANUC-0iA系统的PMC可采用SA1或SA3两种类型，FANUC-0iB/0iC系统的PMC可采用SA1或SB7两种类型。

FANUC-0i系统的输入/输出信号是来自机床侧的直流信号

有源型

漏极型a)继电器负载b)白炽指示灯负载（2）FANUC-0i系统PMC器件地址

PLC的信号地址表明了信号的位置。

符号信号类型X由机床至PLC的输入信号(MT→PLC)Y由PLC至机床的输出信号(PLC→MT)F由CNC至PLC的输入信号(CNC→PLC)G由PLC至CNC的输出信号(PLC→CNC)T定时器C计数器K保持型继电器R内部继电器A信息继电器D数据表非易失性存储器P子程序号L标号3．FANUC系统PMC的主要信号功能（1）运行准备信号1）急停信号*ESP（X1008.4,G008.4）通常将行程限位开关与急停按钮串联作为急停信号。

CNC被复位并使机床处于急停状态。急停信号使伺服准备信号（SA）变为“0”。2）CNC就绪信号MA（F001.7）如果出现系统报警，该信号即为0。当执行急停或类似操作，该信号保持为1。3）伺服就绪信号SA（F000.6）对于带制动器的轴，该信号为0时电机制动。4）报警信号AL（F001.0）系统出现报警并显示于屏幕上，信号AL置为1。CNC复位清除报警后，信号AL置为0。5）电池报警信号BAL（F001.2）电池的电压低于规定值时，该信号变为1。6）所有轴锁住信号*IT（G008.0）禁止机床移动，与运行方式无关。7）方式选择信号MD1、MD2、MD4（G043.0～G043.2），ZRN（G043.7）序号方式信号状态MD4MD2MD1DNC1ZRN1编辑（EDIT）011002存储器运行（MEM）001003手动数据输入（MDI）000004手轮/增量进给（HANDLE/INC）100005手动连续进给（JOG）101009手动返回参考点（REF）10101（2）手动操作信号

1）进给轴方向选择信号+J1～+J4（G100.0～G100.3）、-J1～-J4（G102.0～G102.3）在JOG进给或增量进给方式下选择所需的进给轴和方向。

2）手动进给倍率信号*JV0～*JV15（G010～G011）选择JOG进给或增量进给方式的速率，当所有的信号全部为“1”或“0”时，倍率值为0。

3）手动快速移动选择信号RT（G019.7）在JOG进给或增量进给方式下选择快速移动速度。4）手轮进给轴选择信号HS1A～HS1D（G018.0～G018.3）、HS2A～HS2D（G018.4～G018.7）这些信号选择手轮进给作用于何坐标轴。信号名中的数字表示所用的手摇脉冲发生器的编号。手轮进给轴选择进给轴HSnDHSnCHSnBHSnA0000无轴选择0001第1轴0010第2轴0011第3轴0100第4轴5）手轮进给倍率选择信号MP1、MP2（G019.4、G019.5）手轮进给量的选择信号移动量MP1MP2手轮进给增量进给00最小设定单位×1最小设定单位×101最小设定单位×10最小设定单位×1010最小设定单位×m最小设定单位×10011最小设定单位×n最小设定单位×1000（3）建立参考点信号1）手动返回参考点信号ZRN（G043.7）该信号用于选择手动返回参考点方式。2）参考点返回减速信号*DEC1～DEC4（X009.0～X009.3）在手动参考点返回操作中，使移动速度减速到FL速度，每个坐标轴对应一个减速信号。3）参考点返回结束信号ZP1～ZP4（F094.0～F094.3）通知机床已经处于该轴的参考点上。每个坐标轴对应一个信号。（4）自动运行信号1）循环启动信号ST（G007.2）在存储器方式（MEM）、手动数据输入方式（MDI）中，信号ST置1，然后置为0时，CNC进入循环启动状态并开始运行。2）进给暂停信号*SP（G008.5）自动运行期间，若*SP信号置为0，CNC将进入进给暂停状态且运行停止。3）循环启动灯信号STL（F000.5）通知PMC已经启动了自动运行。4）进给暂停灯信号SPL（F000.4）通知PMC已经进入进给暂停状态。5）外部复位信号ERS（G008.7）将复位信号ERS置为1，CNC复位并且进入复位状态。6）复位信号RST（F001.1）通知PMC，CNC已被复位。在下列情况下，该信号被置为1：①急停信号（*ESP）为0时；②外部复位信号（ERS）为1时；③复位和倒回信号（RRW）为1时；④按下MDI上的RESET键时。

7）所有轴机床锁住信号MLK（G044.1）在手动运行或自动运行时，若该信号置1，机床工作台不移动，处于锁住状态。8）各轴机床锁住信号MLK1～MLK4（G108.0～G108.3）将相应的轴置于机床锁住状态。9）空运行信号DRN（G046.7）该信号置为1，机床以设定的空运行进给速度移动。10）单程序段信号SBK（G046.1）该信号置为1，执行单程序段操作。11）跳过任选程序段信号BDT1（G044.0）在自动运行期间，当相应的跳过任选程序段信号为1时，包含“/n”

的程序段被忽略。（5）进给速度控制信号1）快速移动倍率信号ROV1、ROV2（G014.0、G014.1）快速移动倍率倍率值ROV1ROV200100%0150%1025%11F0%2）进给速度倍率信号*FV0～*FV7（G012.0～G012.7）所有的信号都为“0”和所有的信号都为“1”时，倍率都被认为是0％。（6）辅助功能信号1）辅助功能代码信号M00～M31（F010～F013）、辅助功能选通信号MF（F007.0）当指定了M代码地址（M后最多有8位数）时，代码信号和选通信号被送给机床。启动或关断辅助功能。2）结束信号FIN（G004.3）该信号表示M功能、S功能、T的结束。该信号在所有功能结束后必须置为1。3）分配结束信号DEN（F001.3）当辅助功能（M、S、T功能）与移动指令在同一程序段中时，此信号用来区分辅助功能与移动指令是同时开始执行，还是在移动指令完成后再执行辅助功能。（7）主轴串行输出/主轴模拟输出信号

1）主轴停止信号*SSTP（G029.6）如果不使用主轴停止信号功能，该信号必须设定为逻辑1，以使CNC执行主轴速度控制。

2）主轴速度倍率信号SOV0～SOV7（G030）主轴速度倍率信号使指令的主轴速度S值乘以0％～254％的倍率。倍率单位为1％。若倍率为0，禁止主轴旋转。

3）主轴速度到达信号SAR（G029.4）该信号用于通知CNC，主轴已经达到指定的主轴速度。

4）主轴使能信号ENB（F001.4）表示是否有主轴指令输出。（8）刀具功能信号

1）刀具功能代码信号T00～T31（F026～F029）

2）刀具功能选通信号TF（F007.3）当指定了T代码时，产生与所定义的刀具相对应的代码信号和选通信号。机床依据所产生的信号选择刀具。（9）显示/设定信号

1）软操作面板信号软操作面板功能是用软开关替代机床操作面板的部分控制开关。

2）存储器保护信号KEY1、KEY2、KEY3、KEY4（G046.3～G046.6）允许用MDI操作来修改存储器的内容。根据参数的不同设定，可修改存储器中的不同内容。4．FANUC系统PMC的指令系统（1）基本指令

基本指令格式为

No.指令

处理内容1RD读出指定信号状态，在一个梯级开始的触点是常开触点时使用2RD.NOT读出指定信号的“非”状态，在一个梯级开始的触点是常闭触点时使用3WRT将运算结果写入到指定的地址4WRT.NOT将运算结果的“非”状态写入到指定的地址5AND执行触点逻辑“与”操作6AND.NOT以指定信号的“非”状态进行逻辑“与”操作7OR执行触点逻辑“或”操作8OR.NOT以指定信号的“非”状态进行逻辑“或”操作9RD.STK电路块的起始读信号，指定信号的触点是常开触点时使用10RD.NOT.STK电路块的起始读信号，指定信号的触点是常闭触点时使用11AND.STK电路块的逻辑“与”操作12OR.TK电路块（2）功能指令功能指令格式中包括控制条件、指令、参数和输出几部分，它们必须无一遗漏地按固定的顺序编写。1）程序结束指令END1和END2END1：第一级程序（处理紧急停止信号以及进给保持信号等）结束指令。当无第一级程序时，则在第二级程序的开头指定。

END2：第二级程序结束指令。

例2）定时器指令TMR和TMRB

TMR定时器

TMR是设定时间可以更改的通电延时型定时器。在保持型存储器的T区设定时间，T区共有80字节，2个字节为一个定时器，定时器号为1～40，其中1～8的单位为48ms，最大为1572.8s，9～40的单位为8ms，最大为262.1s。

当ACT=0时，定时器关断，输出W1=0；当ACT=1时，定时器开始计时，到达预定的时间后，输出W1=1。2）TMRB固定定时器

TMRB是设定时间固定的通电延时型定时器。通过功能指令参数来指定所需的延时时间。预设定时间以十进制表示，以毫秒为单位（最大值为262136ms）。定时器号为1～100。

3）二进制译码指令DECB

DECB指令是对由CNC至PLC的

1字节、2字节或4字节的二进制代码译码。DECBSUB25格式指定译码信号地址译码指定数译码结果地址ACT

格式指定为1或2、4指定了1或2、4字节的二进制数据；译码信号地址是指给定一个存储器数据的地址；译码指定数是指给定要译码的8个连续数字的第一位；译码结果地址是指给定一个输出译码结果的地址。

若译码出的数据与译码规定数开始的八个连续的数中任意一个数符合时，译码结果输出地址中相应的位被置为1，否则，相应的位被置为0。

当F7.0=1时，开始对F10起始地址的1个字节二进制代码（M代码）进行译码，当译码后的数据与0到7共8个数中任意一个数符合时，对应R200中相应的位被置为1，否则，相应的位被置为0。如译码数据为2，则R200.2=1，R10.2（M02译码M02R）=1。

例

4）计数器指令CRTCTR为加减环形计数器，在保持型存储器的C区设定预定值，C区共有80字节，4个字节为一个计数器，计数器号为1～20。（a）指定初始值。CN0＝0或0，初始值为0或1。（b）指定加或减计数器。UPDOWN＝0或1，加计数器（初始值取决于CN0）或减计数器（由预定值开始）。（c）复位。RST＝0或1，复位解除或W1＝0，计数器当前值恢复为初始值。（d）计数信号。ACT＝0，计数器不工作，W1不变化；ACT为上升沿，计数器计数。当加计数器的当前值加到预定值或减计数器的当前值减为初始值时，W1＝1。

加工件数从0开始加计数，通过PMC参数设定预置值为100。通过M30（R10.0）进行计数器加1，当加工100件时，计数器输出Y0.0为1，并通过Y0.0的常闭点切断计数器的计数控制。复位开关X8.0进行复位。

例（5）旋转指令ROT

该指令主要用于控制旋转体，实现沿着较短的路径选择旋转方向；计算当前位置到目标位置的步数；计算当前位置到目标位置前一位的位置数。

通过较短路径控制旋转，旋转方向信号输出到W1，当W1=0时，方向为正；当W1=1