1、數控機床邏輯控制程序(PLC)設計與調試 目的：熟悉并掌握K1000M PLC的基本編程方法和傳輸調試過程設備：GCY數控機床電氣接線實訓考核裝置1. PLC的介紹1.1 概述1.2 PLC的特點1.3 PLC的分類1.4 PLC的硬件組成1.5 PLC的工作方式2. 數控系統K1000M系列PLC的基本編程方法和傳輸調試 2.1 明確機床的控制要求和機床的工作流程 2.2 PLC基本邏輯指令和功能指令 2.3 K1000系列PLC的內部軟元件2.4 數控機床PLC程序編寫與調試 2.4.1 數控機床梯形圖的繪制 2.4.2 數控機床PLC程序的傳輸調試1. PLC的介紹1.1 概述可編程控制

2、器簡稱PLC，它是在電氣控制技術和計算機技術的基礎上開發出來的，并逐漸發展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業控制裝置。1.2 PLC特點PLC技術之所以高速發展，除了工業自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優點，能較好地解決工業領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。其主要優點有: 1. 可靠性高、抗干擾能力強 可靠性高、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達幾十萬小時，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施。 (1)硬件方面 I/O通道才用光電隔離，有效的抑制了外部干擾源對P

3、LC的影響；對供電電源采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU 等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯鎖保護、自診斷電路等。 (2)軟件方面 PLC采用掃描工作方式，減少了由于外界干擾導致的故障; 在PLC系統程序中設有故障檢測和自診斷程序，能對系統硬件電路等故障實現檢測和判斷：當外界干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩定的讀寫操作，一旦外界環境正常后，便恢復到故障發生前的狀態，繼續原來的工作。 2. 編程簡單、使用方便 日前，大多數PLC采用的編程語言時梯形圖語言，它是一種面向生產、面向用戶的編程語言。梯形圖語言

4、的電路符號和表達式與電氣線路圖相近，形象、直觀，很容易讓廣大工程技術人員掌握。當生產流程需要改變時，可以現場改變程序，使用方便、靈活。同時， PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。 3.功能完善，通用性強 現代PLC不僅具有邏輯運算功、定時、計數、順序控制等功能，而且還具有 A/D和D/A轉換、數值運算、數據處理、PID控制、通信聯網等許多功能。4.設計安裝簡單、維護方便 由于PLC軟件代替了傳統電氣控制系統的硬件，控制柜的設計、安裝接線工作量大大減少。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調試，縮短了應用設計和調試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極

5、低，維修工作量很小；而且 PLC具有很強的自診斷功能，如果出現故障，可根據PLC上的指示燈或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。 5.體積小、質量輕、能耗低 由于PLC采用了集成電路，其結構緊湊、體積小、能耗低，因而是實現機電一體化的理想控制設備。1.3 PLC的分類PLC產品種類繁多，其規格和性能也各不相同，通常根據其結構形式不同、功能的差異和I/O點數的多少等進行分類。 1.按結構的形式分類 根據PLC的結構形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 (1)整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一 個機箱內，具有結構緊湊、體積小，價格低等特點O微

6、型PLC一般采用這種整體 式結構。 (2)模塊式PLC模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別制作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。這種PLC的最大特點是配置靈活，可根據需要選配不同規模的系統，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結構。 2.按功能分類 根據PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 3.按I/O點數分類 根據PLC的I/O點數的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 (1)小型PLC I/O點數為256點以下的為小型PLC。其中，I/

7、O點數小于645 點的為超小型或微型PLC. (2)中型PLC I/O點數為256點以上， 2048點以下的為中型PLC。 (3)大型PLC I/O點數為2048點以上的為大型PLC。 數控機床中的PLC通常有兩種形式:內裝式和獨立式。 內裝式PLC也稱集成式PLC，采用這種方式的數控系統，在設計之初就將 NC和PLC結合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內部總線的基礎上進行的，因而有較高的交換速度和較寬的信息通道。NC和PLC可以共用一個CPU， 好可以是單獨的CPU。這種結構從軟件硬件整體上考慮， PLC和NC之間沒有多余的導線連接，增加了系統的可靠性，而且NC和PLC之間J易實現許

8、多高級功能， PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示，這種方式對于系統的使用具有較大的優勢。高檔次的數控系統一般都采用這種形式的PLC。 獨立式PLC也稱外裝式PLC，它獨立于NC裝置，具有獨立完成控制的功能。 在采用這種應用方式時，用戶可根據自己的特點，選用不同的PLC專業廠商的產品，并且可以更為方便地對控制規模進行調整。1.4 PLC的硬件組成PLC 的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等部分組成。其中, CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現場輸入輸出設備與CPU之間的借口電路，通信接口用于與編程器、 上位計算機等外設連接。下

9、面對PLC主要組成各部分進行簡單介紹。 1.中央處理單元（CPU) 在PLC中CPU按系統程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面: (1)接收從編程器輸入的用戶程序和數據。 (2)診斷電源、PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。 (3)通過輸入接口接收現場的狀態或數據，并存入輸入映像寄存器或數據寄存器中。 (4)從存儲器逐條讀取用戶程序，經過解釋后執行。 (5)根據執行的結果，更新有關標志位的狀態和輸出映像寄存器的內容，通過輸出單元實現輸出控制。2.存儲器 存儲器主要有兩種，一種是可讀/可操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM、EP

10、ROM和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序及工作數據。 3.輸入/輸出單元 輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業生產現場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測到被控對象的各種數據，以這些數據作為PLC對被控制對象進行控制的依據；同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象，以實現控制目的。 PLC的I/O接口所能接受的輸入輸出信號個數稱為PLC輸入/輸出口（I/0）點數。當系統的I/O點數不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統進行擴展。 4.通信接口5.智能接口模塊 6.編程裝置1.5 PLC的工作方式PLC是通過執行反映控制要求

11、的用戶程序來完成控制任務的，需要執行眾多的操作，但CPU不可能同時執行多個操作，它只能按分時操作(串行工作)方式，每次執行一個操作，按順序逐個執行。由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC外部出現的結果似乎是同時(并行)完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。 用掃描方式執行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲的先后順序，從上至下、從左至右，逐條執行，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執行，周而復始重復運行。 整個掃描工作過程執行一遍所需的時間稱為掃描周期。掃描周期與CPU運行速度、PLC硬件配置及用戶程序長短有關，典型值為1lOO

12、ms。 PLC在行程序的過程分為三個階段：即輸入采樣階段、程序執行階段、輸出刷新階段。2. 數控系統K1000M系列PLC的基本編程方法和傳輸調試2.1 明確機床的控制要求和機床的工作流程機床的控制要求和機床的工作流程（表8-1）。CNC信號PC機床信號內部信號控制繼電器保持繼電器參數定時器數據表表8-1工作流程表2.2 PLC基本邏輯指令和功能指令PLC指令分為基本指令和功能指令兩種類型。 基本指令:基本指令在設計順序程序過程中是最常用到的指令。它們執行一位總算，如AND、OR等共有14種類型。 功能指令:在用基本指令難以編制某些機床動作時，可以使用功能指令來簡化編程。 一、基本指令 基本指

13、令的類型和含義見表格9.1.1基本指令和操作。 指令格式1:在代碼表中書寫指令，穿孔到紙帶時使用這種格式。 指令格式2:通過編程器輸入指令時使用這種格式，這種格式簡化了輸入操作。舉個例子，RN即表示RD.NOT，使用"R"和"N" 2個鍵來輸入。 各基本指令詳細內容列表如下：（STO就是所示的棧頂） 表格9.1.1基本指令和操作編號 指令 指令含義 格式一 格式二 0l RD R 讀指定信號的狀態，并且設置在STO中。 02 RD.NOT RN 將讀入的指定信號的邏輯狀態取非后置入STO中。 03 WRT W寫邏輯運算的結果(STO的狀態輸出到給定的地址

14、。 04 WRTNOTWN對邏輯運算的結果(STO的狀態)取非后輸出到給定的地址。 05 AND A 信號狀態和STO邏輯與，并寫回STO。 06 AND.NOT AN 信號狀態取非后和STO邏輯與，并寫回STO。 07 OR O 信號狀態和STO邏輯或，并寫回 STO。 08 OR.NOT ON 信號狀態取非后和STO邏輯或，并寫回STO。09 RD.STK RS 將寄存器內容左移一位，把指定地址的信號狀態設到STO。 10 RD.NOT.STK RNS 將寄存器內容左移一位，把指定地址的信號狀態取非后設到STO。11 AND.STK AS 將STO和STI邏輯與后，堆棧寄存器右移一位，結果

15、寫入STO。 12 OR.STK OS 將STO和STI邏輯或后，堆棧寄存器右移一位，結果寫入STO。 13 SET SET 將STO和指定地址中的信號邏輯或后，將結果返回到指定地址中。 14RST RST將STO的狀態取反后，和指定地址中的信號邏輯與，將結果返回到指定地址中。二、功能指令 在編制順序程序時，一些功能，如控制沿更短路徑方向的旋轉，很難用只執行位運算的基本指令來實現。因此，用功能指令來編程會更方便。見表格9.2.1。表格9.2.1功能指令的種類及處理過程指令處理過程格式1(梯形圖)格式2*(SUB號)END 1S1第一級梯圖程序結束END2S2第二級梯圖程序結束TMRS3或TMR

16、定時器TMRBS24固定定時器TMRCS54定時器DECS4或DEC譯碼DECBS25二進制譯碼DECC位譯碼CTRS5計數器CTRCS55計數器ROTS6旋轉控制ROTBS26二進制旋轉控制CODS7代碼轉換CODBS27二進制代碼轉換MOVES8邏輯與后的數據傳送M0VORS28邏輯或后的數據傳送MOVBS43一字節的傳送MOVWS44兩字節的傳送MOVNS45N個字節的傳送COMS9公共線控制COMES29公共線控制的結果JMPS10跳轉PARISll奇偶校驗DCNVS14數據轉換DCNVBS31擴展數據轉換COMPS15比較COMPBS32二進制比較COINS16一致性檢測SFTS33

17、寄存器移位SFLN寄存器左移位SFRN寄存器右移位DSCHS17數據搜尋DSCHBS34二進制數據搜尋XM0VS18變址數據傳送XMOVBS35二進制變址數據傳送ADDS19加法ADDBS36二進制加法SUBS20減法SUBBS37二進制減法MULS21乘法MULBS38二進制乘法DIVS22除法DIVBS39二進制除法NUMES23常數定義NUMEBS30二進制常數定義DISPBS41擴展信息顯示WINDWS52寫窗口數據PSGNLS50位置信號輸出PSGN2S63位置信號輸出2DIFUS57上升沿檢測DIFDS58下降沿檢測EORBS59異或ANDBS60邏輯與ORBS61邏輯或NOTBS

18、62邏輯非CALLS65條件子程序調用CALLUS66無條件子程序調用SPS71子程序SPES72子程序結束SPCNT主軸軸控制* 詳細內容見資料K1000PLC用戶手冊PLC指令篇。2.3 K1000系列PLC的內部軟元件地址符含義尋址空間備注 XMCPLC的DI輸入XO-X255允許位尋址，只讀YPLCMC的DO輸山YO-Y255允許位尋址F CNCPLC輸入F0-Y255允許位尋址，只讀G PLCCNC輸出G0-G511允許位尋址RPLC內部控制繼電器RO-R999允許位尋址SPLC內部特殊標志SO-S19允許位尋址KPLC內部掉電保持繼電器KO-K19允許位尋址D數據表 DO-D409

19、5 允許位尋址C計數器 CO-C79 09999（CTR）032767（CTRC）T定時器TO-T7916172800000s(TMR,TMRB)L標號序號 LO-L9999 P子程序序號 PO-P9999 1、輸入繼電器X I：輸入繼電器X與輸入端相連，它是專門用來接受機床外部開關信號的元件。PLC通過輸入接口將外部輸入信號狀態(接通時為1，斷開時為0)讀入并存儲在映像寄存器中。 輸入繼電器必須由外部信號驅動，不能用程序驅動，所以在程序中不可能出現其線圈，其觸點的使用次數不限。 2、輸出繼電器Y 輸出繼電器Y用來將PLC內部信號輸出傳送給外部負載(用戶輸出設備。 輸出繼電器線圈是由PLC內部

20、的程序驅動的，其線圈狀態傳送給輸出單元，再由輸出單元驅動外部負載。在輸出單元中，每個硬件繼電器都對應有唯一一對常開硬觸點，但在梯形圖中，每一個輸出繼電器的常開觸點和常閉觸點可以多次使用。 3、CNCPLC的輸入繼電器F CNCPLC的輸入繼電器F屬于數控系統的內部信號，使用時不能更改。 4、PLCCNC的輸出繼電器G PLCCNC的輸入繼電器G屬于數控系統的內部信號，使用時不能更改。 5、輔助繼電器(R) 輔助繼電器是PLC中數量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅動負載，輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內部編程時可無限次使用。每個輔助功

21、能M代碼在PLC程序都有對應的R地址。 6、內部狀態繼電器S 內部狀態繼電器S也稱PLC的內部特殊標志，共20點，主要用在主軸自動換擋的控制中。 7、定時器(T) PLC中的定時器相當于繼電器控制系統中的通電延時型時間繼電器，它可以無限對常開、常閉延時觸點。定時器中有一個設定值寄存器，一個當前值寄存器8、計數器（C）CTR用作計數器。計數器可以用于NC機床的多種用途。像預置值或計數值的數字數據可通過系統參數以BCD格式或二進制格式使用。 9、數據寄存器（D）數據寄存器D又稱為數據表，PLC在進行輸入輸出處理、模擬量控制、位置控制時，需要許多數據寄存器存儲數據和參數。 10、內部保持型繼電器K

22、2.4 數控機床PLC程序編寫與調試2.4.1 數控機床梯形圖的繪制照明燈的控制 ：要求用機床操作面板上的一個按鈕控制照明燈的打開和熄滅，即按下面板上指定的照明按鈕時照明燈亮，第二次按下該按鈕時照明燈熄滅。面板按鈕地址為 X46.1，輸出地址為YO.2，梯形圖如下： WWWWW照明燈控制照明燈輸出R205.4R205.5R205.6Y0.2Y15.1X46.1R205.4R205.6X46.1R205.4R205.5R205.6X46.1R205.5R205.6R205.465666768SP系統急停END1ACKWWSG17.2G5.4G11.7G17.2X2.7X2.4X3.3X4.7K0.0K0.1K0.2K