数控机床plc控制设计正文

数控机床plc控制设计正文内容摘要：

设计、制造的“内装型” PLC，它从属于 CNC 装置，与 CNC 共用计算机内部即可实现。 本文采用的是第一种类型， PLC 独立于 CNC 装置， PLC与 CNC 信号在 CNC装置内部传送，而 PLC与机床电气控制信号通过 CNC的 I/O接口传送。 PLC 作为 CNC 的基本功能而统一设计和制造，因此结构十分 紧凑； PLC控制程序编程完成后，传送到CNC装置中，即可用于数控系统对机床功能信号的控制。 数控机床 系统结构框图如图 1 图 数控机床软 PLC 的系统框图 其中计算机数控装置（ CNC）根 据输入的零件加工程序进行相应的处理（ 如运动轨迹处理、机床输入输出处理等 ） ，然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元，驱动装置和 PLC 等），所有这些工作是由 CNC 装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条有序地进行工作。 其中 PLC 的作用是接受 CNC的 M、 S、 T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；同时接受操作面板和机床侧的 I/O信号，送给 CNC 装置，经 11 其处理后，输出指令控制 CNC系统的工作状态和机床的动作。 实现过程控制（电气控制）的常规方法 实际控制 系统一般由传感器、调节器、执行机构等组成，有开环及闭环控制系统之分。 精密数控机床依赖于电气与液压两部分控制，除了要求合理的机械结构外，还必须配备高性能的液压控制技术及相应的电气控制技术，以便对数控机床实现主轴转速控制、冷却液和润滑控制、液压卡盘和液压尾座控制、刀具互换控制。 因此，目前大多采用电液比例技术来满足主机对数控系统的要求，常用电气控制系统包括： ⑴ 传统继电器型 这是一种由传统的继电器控制箱再加上数码 — 电压转换器组成的典型控制柜，还包括信号检测及输出控制电路。 其中，由数码 — 电压转换器来连接逻辑开 关控制线路与模拟控制阀，将拨盘数字转换成模拟电压，并经比例放大器来控制比例阀。 信号输入及数值显示单元只能是数码拨盘和电位计。 但由于继电器控制存在着线路复杂、可靠性低、维修麻烦等缺陷，现在已趋于淘汰。 ⑵ 可编程控制型 可编程控制器最初是从微机中简化出来的简单控制器，包括时间继电器、计数继电器、锁存继电器、记忆继电器和通断继电器等，由于它能够完全代替电气控制系统中的继电器部分，性能优良、价格低，指令系统简单易学，对操作、使用、管理要求不高等特点，与模拟电压输出装置（数码 — 电压转换器、电位计等）结合，可用于 控制冷却液和润滑系统。 近年来，随着 PLC控制技术的发展以及各种智能外围模块的使用， PLC 可以对数控机床的控制过程进行精确、实时的控制。 ⑶ 微机控制型 六十年代后期，美国费洛斯公司（ FELLOWS）首次采用微型计算机对注塑机进行过程控制。 进行微机控制的第一步，是将主轴的制动和冲动时间、冷却液和润滑开启时间译为计算机的语言，输入到计算机内同预先设定值对比，进行决策控制。 输入信号及数值显示单元种类较多，有数码拨盘、矩阵插孔板、阵列电位器、发光二级管矩阵、标准或专用键盘等输入方式，以及数码管、 LCD、 CRT 等信号显示方式。 12 ① Z80— CPU 控制系统 以 TP— 801单板机为典型代表，结构紧凑，板上安装有中央处理单元、键盘、显示器、 CTC、 PIO、 RAM、 ROM，而且还可以扩展I/O、 D/A、 A/D等接口。 TP— 801采用汇编语言编程，由于有较强的数据处理功能，可进行 8位数据的输入和输出，在软件的支持下，还可以进行 8 位以上数字运算、处理，完全能满足数控机床控制的要求。 ② 单片机控制系统 单片机是比单板机集成度高的微处理器，在一块芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM、 I/O、振荡器和时钟线路，几乎 包含了一个数字系统所需的全部功能，具有处理能力强而灵活、兼容性好、单一正 5伏电源、性能价格比高等特点，已用来构成各种实际需要的控制系统。 但单片机控制存在着抗干扰性能差、标准性差、编程复杂等缺点，限制了其使用。 ③ 专用电脑控制系统 随着微机技术的发展及广泛运用，已有专用电脑用于注塑机控制，并由简单的开环控制过渡到局部闭环控制，再发展到今天的全闭环控制。 系统除了常规的功能外，还有图形显示、故障报警、自诊断及数据处理、存储和打印功能。 ④ 多处理机系统 这种系统的设计思想是将多任务进行分配，即由若干CPU来完成，例如，电机控制就由独立的 CPU 来完成，而别的 CPU 则作程控及过程参数控制工作，系统中只有一台主机和若干台从机。 PLC 的选择 由于数控机床的控制系统要求可靠性高，接线方便，便于维护而且输入输出信号多，因此 PLC 系统选用西门子 SIMATICS7— 200 系列 CPU22 EM22 EM222。 SIMATICCPC226作为系统运算、采集、控制部分本身集成开关量 24入 /16出。 EM221和 EM222 作为数字量输入、输出扩展模块，负责控制信号的采集和输出，使系统控制规模得到扩展。 西门子 SIMATICS7— 200 系列 PLC具有如下特点： a．小型机身，占用空间小； b．可靠性高。 PLC 以微处理器为核心，结构紧凑，采用光电隔离措施，抗干扰能力强， 输入输出独立于控制单元，具有极高的可靠性和稳定性； c．操作简单。 S7— 200 软件 STEP7— MICRO/ 可在普通的 PC 机上进行安装，该软件提供了各种逻辑运算和算术运算指令，对于习惯使用电路图的 13 工程技术人员用梯形图编程非常方便； d．便于调试维护。 可以在线编程调试面对于较复杂的故障，可以用 PC机在线检测 PLC 的运行状态，从而查出故障 的原因。 对于外部输入输出，在 PLC上都有相应的显示，只要观察 PLC上的对应 LED 指示灯，即可知道输入输出的状态。 设计方案 本文基于 S7200PLC，采用 STEP7Micro/WIN32 编程软件，对数控机床的功能控制进行设计和编程，最后把整套软件传送到西门子数控系统中进行调试，实现设计方案。 本套设计包括了如下数控机床的常规功能： 1) 数控机床控制主轴的启动 、正 /反转、主轴的制动和冲动等功能； 2) 机床操作面板的控制功能； 3) 液压卡盘的夹紧和松开、液压尾座的伸出和退回等控制功能； 4) 冷却液和自动润滑的启动、停 止的 控制功能； 5) 换刀装置的控制功能； 6) 遇到紧急情况如： X、 Z轴越限 ，油泵过载，主轴过载或者伺服电机过热等处理急停功能。 此外，可以根据数控机床的控制要求，增加或裁减相应的功能，采用结构化编制各个功能的 PLC 子程序，由 PLC 主程序调用，实现系统的功能扩展。 本套 PLC设计包含一个主程序 ，五个功能子程序，以下是 PLC 程序设计思路。 电路的外部接线和 I/O 地址 分配表 图 3— 1是设计电路的输入 /输出接线图： 14 图 外路接线图 根据控制要求，在数控机床控制中，有 25个输出控制元件，有 17 个输出元件，系 统输入 /输出元件的地址分配见表 . 15 表 数控机床输入 /输出元件的地址分配 输入继电器 电路元件 作用 输出继电器 电路元件 作用 SB1 手动冷却 KM4 主轴正转 SQ1 连续左 KM5 主轴反转 SB2 点动 KM6 制动 SQ2 连续右 KM9 刀具松紧 SB14 主轴冲动 SB4 冷却液开启 SB13 主轴停止 SQ11 润滑 SB11 主轴正转 KA1 卡盘夹紧 SB12 主轴反转 KA2 卡盘松开 SA1 1 号刀位 KA3 刀架正转 2 号刀位 KA7 刀架反转 3 号刀位 HL1 急停报警指示 4 号刀位 HL2 夹紧指示 SQ3 X 轴限位 HL3 顶尖指示 SQ4 Z 轴限位 HL4 X 轴限位指示 SA2 脚踏开关 HL5 Z 轴限位指示 SQ5 油泵停止 SB5 外部急停 SQ6 伺服准备 SQ12 解除进给 SQ7 伺服不过热 SA3 M 功能选通信号 S 功能选通信号 T 功能选通信号 SQ8 油泵急停 SQ9 M NC 急停 SQ10 NC 复位 16 第四章 功能控制的 PLC 设计 数控机床 PLC 主程序 图 PLC控制主程序梯形图。 在 PLC 主程序中 首先把 CNC 送到 IB3 口的 MST代码（ BCD 码）与 63（ 3FH）相连，屏蔽掉 、 ，并在 M选通、 S 选通、 T 选通信号的作用下，分别将 M 代码转存到 MB1， S 代码转存到MB2， T 代码转存到 MB3；然后，无条件（ ）调到主轴控制程序、液压卡盘和液压 尾座控制子程序、冷却和润滑控制子程序、换刀控制子程序、急停和进给保持控制子程序。 17 图 18 主要子程序 (SBR) 液压卡盘和液压尾座控制子。