1、YCF正版可修改PPT（中職）數(shù)控系統(tǒng)選用與維護第五章教學課件第5章 數(shù)控機床可編程控制器 5.1 概述 5.2 數(shù)控機床用PLC 5.3 FanucPLC指令系統(tǒng) 5.4 simatic系列可編程控制器簡介 5.5 典型PLC類型及選用 5.6 思考與練習 5.1 概述5.1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC,它是一類以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置。它一般以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能夠完成邏輯、順序、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等功能。即能控制開關(guān)量，也能控制模擬量。近年來PLC技術(shù)發(fā)展很快，每年都推出不少新產(chǎn)品。據(jù)

2、不完全統(tǒng)計，美國、日本、德國等生產(chǎn)PLC的廠家已達150多家，產(chǎn)品有數(shù)百種。PLC的功能也在不斷增長 。5.1 概述5.1.2 PLC的基本功能在數(shù)控機床出現(xiàn)以前，順序控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。許多機械設(shè)備的工作過程都需要遵循一定的步驟或順序。順序控制即是以機械設(shè)備的運行狀態(tài)和時間為依據(jù)，使其按預先規(guī)定好的動作次序順序地進行工作的一種控制方式。數(shù)控機床所用的順序控制裝置（或系統(tǒng)）主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的“繼電器邏輯電路”，簡稱RLC（Relay Logic Circuit）。另一種是“可編程序控制器”，即PLC。RLC是將繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等機電式控制器件用導線連接而成的以

3、實現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能的電路。在實際應(yīng)用中，RLC存在一些難以克服的缺點。如：只能解決開關(guān)量的簡單邏輯運算，以及定時、計數(shù)等有限幾種功能控制，難以實現(xiàn)復雜的邏輯運算、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)控機床所需要的許多特殊控制功能，修改控制邏輯需要增減控制元器件和重新布線，安裝和調(diào)整周期長，工作量大；繼電器、接觸器等器件體積較大，每個器件工作觸點有限。當機床受控對象較多，或控制動作順序較復雜時，需要采用大量的器件，因而整個RLC體積龐大，功耗高，可靠性差等。由于RLC存在上述缺點，因此只能用于一般的工業(yè)設(shè)備和數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床等控制邏輯較為簡單的數(shù)控機床。5.1 概述5.1.3 PLC的基本

4、結(jié)構(gòu)可編程序控制器實施控制，其實質(zhì)就是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實現(xiàn)可以說是PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現(xiàn)也是PLC與普通微機相區(qū)別之處，其需要考慮實際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示： 圖5-1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖 5.1 概述PLC常用的存儲器類型 ：（1）RAM （Random Assess Memory）

5、 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。 PLC存儲空間的分配 ： 雖然各種 PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個

6、區(qū)域： （1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象寄存區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）。（3）用戶程序存儲區(qū) 5.1 概述 輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實習室涉及到的信號當中，開關(guān)量最普遍，也是實驗條件所限，在次我們主要介紹開關(guān)量接口電路?？删幊绦蚩刂破鲀?yōu)點之一是抗干擾能力強。這也是其I/O設(shè)計的優(yōu)點之處，經(jīng)過了電氣隔離后，信號才送入CPU執(zhí)行的,防止現(xiàn)場的強電干擾進入。如下圖5-2就是采用光電耦合器(一般采用反光二極管和光電三極管組成)的開關(guān)量輸入接口電路： 圖5-2 光電耦合器的開關(guān)量輸入接口電路5.1 概述可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、

7、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式，如圖5-3所示。 圖5-3 可編程序控制器的輸出 5.1 概述5.1.4 PLC的規(guī)模和幾種常用名稱 在實際運用中，當需要對PLC的規(guī)模作出評價時，較為普遍的作法是根據(jù)輸入輸出點數(shù)的多少或者程序存儲器容量（字數(shù)）的大小作為評價的標準，將PLC分為小型、中型和大型（或小規(guī)模、中規(guī)模和大規(guī)模）三類。 評價指標PLC 規(guī)模輸入/輸出點數(shù)（二者總點數(shù)）程序存儲容量（KB千字）小型PLC小于128點1KB以下中型PLC128點至512點14KB大型PLC512點以上4KB以上。為了突出可編程序控制器作為工業(yè)控制裝置的特點，或者為了與個人計算機“PC”或脈沖編碼器“PLC

8、”等術(shù)語相區(qū)別，除通稱可編程控制器為“PLC”外，目前不少廠家，其中有些是世界著名的PLC廠家，還采用了與PLC不同的其他名稱?，F(xiàn)將幾種常見名稱列舉如下： 微機可編程控制器（Microprocessor Programmable Controller-MPC）； 可編程接口控制器（Programmable Interface Controller-PIC）； 可編程機器控制器（Programmable Machine Controller-PMC）； 可編程順序控制器（Programmable Seguence Controller-PSC）。 5.2 數(shù)控機床用PLC5.2.1數(shù)控機床用PL

9、C 數(shù)控機床用PLC可分為兩類。一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制而設(shè)計制造的“內(nèi)裝型”（Built-in Type）PLC。另一類是輸入輸出信號接口技術(shù)規(guī)范、輸入輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數(shù)控機床控制要求的“獨立型”（Stand-alone Type）PLC。 “內(nèi)裝型”PLC（或稱“內(nèi)含型”PLC、“集成式”PLC）從屬于CNC裝置，PLC與NC間的信號傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)。PLC與MT間則通過CNC輸入輸出接口電路實現(xiàn)信號傳送（如圖5-4所示）。圖5-4 具有內(nèi)裝型PLC的CNC機床系統(tǒng)框圖5.2 數(shù)控機床用PLC內(nèi)裝型PLC有如下特點：1）內(nèi)裝型PLC實際上

10、是CNC裝置帶有的PLC功能，一般是作為一種基本的或可選擇的功能提供給用戶。2）內(nèi)裝型PLC的性能指標（如：輸入輸出點數(shù)，程序最大步數(shù)，每步執(zhí)行時間、程序掃描周期、功能指令數(shù)目等）是根據(jù)所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機床的類型等確定的。其硬件和軟件部分是被作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附加功能與CNC系統(tǒng)其他功能一起統(tǒng)一設(shè)計、制造的。因此，系統(tǒng)硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊，且PLC所具有的功能針對性強，技術(shù)指標亦較合理、實用，尤其適用于單機數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場合。 3）在系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型PLC可與CNC共用CPU，也可以單獨使用一個CPU；硬件控制電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷板上

11、，也可以單獨制成一塊附加板，當CNC裝置需要附加PLC功能時，再將此附加板插裝到CNC裝置上，內(nèi)裝PLC一般不單獨配置輸入輸出接口電路，而是使用CNC系統(tǒng)本身的輸入輸出電路；PLC控制電路及部分輸入輸出電路（一般為輸入電路）所用電源由CNC裝置提供，不需另備電源。 4）采用內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)，CNC系統(tǒng)可以具有某些高級的控制功能。如：梯形圖編輯和傳送功能，在CNC內(nèi)部直接處理NC窗口的大量信息等。 5.2 數(shù)控機床用PLC“獨立型”PLC又稱“通用型”PLC。獨立型PLC是獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。采用獨立型PLC的數(shù)控機床系統(tǒng)框圖如圖 5-5所

12、示： 圖5-5 具有獨立型PLC的CNC機床系統(tǒng)框圖 5.2 數(shù)控機床用PLC5.2.2 PLC的工作過程 用戶程序通過編程器順序輸入到用戶存儲器，CPU對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行，這是PLC的基本工作過程。對用戶程序的循環(huán)掃描執(zhí)行過程，可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，如圖5-6所示。 圖5-6 PLC程序執(zhí)行的過程5.3 FanucPLC指令系統(tǒng) 5.3.1繼電器觸點 5.3.2繼電器線圈指令 5.3.3計時器 GE FANUC PLC計時器分為三種類型：延時計時器、保持延時計時器、斷電延時計時器。 5.3.4 計數(shù)器GE FANUC PLC的計數(shù)器有兩種：加計數(shù)器、減計數(shù)器。

13、5.3 FanucPLC指令系統(tǒng)5.3.5數(shù)學運算1）四則運算和求余2) 開方5.3.6 比較指令1)普通比較指令 2)CMP指令3)Range指令5.3 FanucPLC指令系統(tǒng)5.3.7 位操作指令1)與、或、非操作2)移位指令（左移、右移指令） 3)位測試指令4)位置位（BSET）與位清零（BCLR）指令：5)定位指令（BPOS）6)屏蔽比較指令（MSKCMP）：5.3 FanucPLC指令系統(tǒng)5.3.8 數(shù)據(jù)移動指令1)數(shù)據(jù)移動指令（MOVE）2)塊移動指令3)塊清零指令（BLKCLR）4)翻轉(zhuǎn)指令（SWAP）5)通訊指令（COMMREQ）6)數(shù)據(jù)初始化指令（DATA_INIT）5.3

14、 FanucPLC指令系統(tǒng)5.3.9數(shù)據(jù)表格指令1)表讀出指令（TBLRD）2)表寫入指令（TBLWRT）3)堆棧指令4)數(shù)組移動（ARRAY_MOVE）5.3.10 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令5.3 FanucPLC指令系統(tǒng)5.3.11 控制指令1)調(diào)用子程序（CALL，CALL EXTERNAL）2)分支指令（MCR、ENDMCR）3)跳轉(zhuǎn)指令（JUMP、LABLE） 4)PLC Service Request（SVCREQ）5.4simatic系列可編程控制器簡介 5.4.1SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制

15、等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。 S7-200的主機單元集成一定數(shù)字I/O點的CPU共有兩個系列：CPU21X（CPU212、214、215、216，為S7-200的第一代產(chǎn)品）及CPU22X（CPU221、222、224、226、226XM）。5.4simatic系列可編程控制器簡介5.4.2 SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨 的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比

16、較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高（0.60.1s）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術(shù)運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。 5.4simatic系列可編程控制器簡介5.4.3 SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（

17、功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。5.4simatic系列可編程控制器簡介5.4.4 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) 通訊網(wǎng)絡(luò)是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡(luò)平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標準的接口并且相互之間完全兼容。 5.4simatic系列可編程控制器簡介5.4.5人機界面（HMI）硬件 HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)

18、據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。5.4simatic系列可編程控制器簡介5.4.6 SIMATIC S7工業(yè)軟件 西門子的工業(yè)軟件分為三個不同的種類：1)編程和工程工具 2)基于PC的控制軟件3)人機界面軟件 5.5 典型PLC類型及選用 現(xiàn)在常用的西門子PLC有S7-200，S7-300，S7-

19、400三種。其主要的引用場合如下：S7-200：用于小型的電氣控制系統(tǒng)中，著重于邏輯控制；S7-300：用于稍大系統(tǒng)，可實現(xiàn)復雜的工藝控制，如PID、脈寬調(diào)制等；S7-400：用于大型控制系統(tǒng)，主要是實現(xiàn)冗余控制 5.5 典型PLC類型及選用三者主要的硬件區(qū)別如下：（1）最主要地區(qū)別就是S7-300/400更模塊化了，S7-200系列是整體式的，CPU模塊、I/O模塊和電源模塊都在一個模塊內(nèi)，稱為CPU模塊；而S7-300/400系列的，從電源，I/O，CPU都是單獨模塊的。但是這么說容易讓人誤解200系列不能擴展，實際上200系列也可以擴展，只不過買來的CPU模塊集成了部分功能，一些小型系統(tǒng)不需要另外定制模塊，200系列的模塊也有信號、通信、位控等模塊。（2）200系列的對機架沒有什么概念，稱之為導軌；為了便于分散控制，300/400系列的模塊裝在一根導軌上的，稱之為一個機架，與中央機架對應(yīng)的是擴展機架，機架還在軟件里反映出來。（3）200系列的同一機架上的模塊之間