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1、第三章 现代数控系统,3.1 一般概念,一、计算机数控系统概述,从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置(轨迹)、速度(还包括电流)控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。,3.1 一般概念,（一）、CNC系统的工作过程,从外部特征来看，CNC系统是由硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)两大部分组成的。它们二者是相互支持，不可分割的，CNC的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分数控功能1、输入2、译码3、数据处理：刀具半径补偿、速度计算、辅助功能计算4、插补5、位置控制6、I/O处
2、理7、显示控制8、诊断,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能基本功能数控系统基本配置的功能，即必备功能；选择功能用户可根据实际要求选择的功能。1、对轴数的控制功能控制功能 CNC能控制和能联动控制的进给轴数.CNC的进给轴分类：移动轴(X，Y，Z)和回转轴(A，B，C)；基本轴和附加轴(U，V，W).联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂，编程也越困难,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,2、准备功能(G功能)准备功能(G功能)指令机床动作方式的功能。如：基本移动，程序暂停，平面选择，
3、坐标设定，刀具补偿，基准点返回和固定循环等。3、插补功能插补功能 插补功能是数控系统实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功能。4、固定循环加工功能固定循环功能 固定循环功能是数控系统实现典型加工循环(如：钻孔，攻丝，镗孔，深孔钻削和切螺纹等)的功能。,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,5、进给功能(F功能)进给功能 进给速度的控制功能.进给速度 控制刀具相对工件的运动速度，单位为mm/min.同步进给速度 实现切削速度和进给速度的同步，单位为 mm/r.快速进给速度 一般为进给速度的最高速度，它通过参数设定，用G00指令执行快速.进给倍率(进给修调率)人工实时修调预先给定的进给速
4、度,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,6、主轴的转速功能主轴功能 数控系统的主轴的控制功能.主轴转速主轴转速的控制功能，单位为r/min.恒线速度控制刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能.主轴定向控制主轴周向定位于特定位置控制的功能C轴控制主轴周向任意位置控制的功能.主轴修调率人工实时修调预先设定的主轴转速.,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,7、刀具功能及工作台分度功能刀具管理功能实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能.刀具几何尺寸(半径和长度)，供刀具补偿功能使用；刀具寿命是指时间寿命，当刀具寿命到期时，CNC系统将提示用户更换刀具；CNC系统都具号(T)管理功能，用于标识
5、刀库中的刀具和自动选择加工刀具8、辅助功能(M功能)辅助功能(M功能)用于指令机床辅助操作的功能.如：主轴起停，主轴转向，切削液的开关或刀库的起停,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,9、补偿功能刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心轨迹的功能.传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能.非线性误差补偿功能：对诸如热变形，静态弹性变形，空间误差以及由刀具磨损所引起的加工误差等，采用AI，专家系统等新技术进行建模，利用模型实施在线补偿.,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,10、字符和图形显示功能人机对话功能在CNC装置中这类功能有：菜单结构操作界面
6、；零件加工程序的编辑环境；系统和机床参数，状态，故障信息的显示，查询或修改画面等.11、自诊断功能自诊断功能 CNC自动实现故障预报和故障定位的功能.开机自诊断；在线自诊断；离线自诊断；远程通讯诊断,3.1 一般概念,（二）、CNC系统的功能,12、输入、输出和通信功能通讯功能 CNC与外界进行信息和数据交换的功能.RS232C接口，可传送零件加工程序，DNC接口，可实现直接数控，MAP(制造自动化协议)模块，网卡：适应FMS，CIMS，IMS等制造系统集成的要求.13、程序编制功能手工编程背景(后台)编程 自动编程利用CAM系统，可以在线完成和修改零件的三维模型图设计，并可以通过网络直接传给
7、机床进行加工.,3.1 一般概念,（三）、CNC系统的组成,计算机数控系统（简称 CNC 系统）由输入/输出装置、CNC 装置、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。,3.1 一般概念,二、CNC装置的硬件,硬件由中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口、MDI/CRT接口、位置控制等部分组成。1、单微处理器结构在单微处理器结构中，只有一个微处理器，以集中控制、分时处理数控装置的各个任务。2、多微处理器结构在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理器，每个微处理器通过数据总线或通信方式进行连接，共享系统的公用存储器与I/O接口,每个微处理器分担系统的一部分工作，这就是多微
8、处理器系统。,3.1 一般概念,二、CNC装置的硬件,共享存储器结构在这种多微处理器结构，采用多端口存储器来实现各微处理器之间的互连和通信，每个端口都配有一套数据，地址，控制线，以供端口访问.由专门的多端口控制逻辑电路解决访问的冲突问题.当微处理器数量增多时，往往会由于争用共享而造成信息传输的阻塞，降低系统效率共享总线结构在共享总线结构中，将各功能模块插在配有总线插座的机框内，由系统总线把各个模块有效地连接在一起，按照要求交换各种控制指令和数据，实现各种预定的功能,3.1 一般概念,二、CNC装置的硬件,3.1 一般概念,三、CNC装置的软件,1、CNC装置的软件组成CNC装置的软件是为了实现
9、CNC系统的各项功能而编制的专用软件，称为系统软件。系统软件主要由管理软件和控制软件两部分组成。管理软件：管理零件程序的输入、输出及I/O接口信息处理，管理各类通信外设的连接与信息传递，显示零件程序、刀具位置、系统参数、机床状态及报警，诊断CNC装置是否正常并检查出现故障的原因。控制软件：预处理、插补计算、位置控制等组成。,3.1 一般概念,三、CNC装置的软件,2、结构形式数控装置为了在同一时刻或同一时间间隔内完成两种以上性质相同或不同的工作，需要对系统软件的各功能模块实现多任务并行处理。常采用资源分时共享和资源重叠流水技术。（1）前后台型软件结构（2）中断型软件结构,3.1 一般概念,四、
10、CNC系统的特点,1、高效 要求数控系统有较高的工作速度，能迅速进行复杂信息、数据的处理与计算，以适应数控加工高效要求。2、稳定性 数控系统应有稳定的工作过程，使数据处理、运算正确无误，从而保证数控加工正常而高精度。3、可靠性 数控系统的工作应有高的可靠性，使其长时期连续工作而不出现故障。4、开放性 数控系统应具有良好开放性，使其功能的修改、扩充、适应性，即功能的开发与升级能方便地实现。,3.2 软件插补方法,一、概述,插补工作可由硬件逻辑电路或执行软件程序来完成，在CNC系统中，插补工作一般由软件完成，软件插补结构简单、灵活易变、可靠性好。目前普遍应用的两类插补方法为基准脉冲插补和数据采样插
11、补。（一）基准脉冲插补基准脉冲插补又称脉冲增量插补，这类插补算法是以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出到伺服系统，以驱动工作台运动，每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，也叫脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。,3.2 软件插补方法,一、概述,（二）数据采样插补数据采样插补又称时间增量插补，这类算法插补结果输出的不是脉冲，而是标准二进制数。根据程编进给速度，把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据进行输出，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项工作，
12、为了提高计算速度，缩短计算时间，按以下三种结构方式进行改进。采用软/硬件结合的两级插补方案。采用多CPU的分布式处理方案。采用单台高性能微型计算机方案。,3.2 软件插补方法,数据采样插补是根据程编进给速度F，补进将给定轮廓曲线按插补周期T（某一单位时间间隔）分割为插给段（轮廓步长 L），L=FT，即用一系列首尾相连的微小线段来逼近给定曲线。每经过一个插补周期就进行一次插补计算，算出下一个插补点，即算出插补周期内各坐标轴的进给量，如等，得出下一个插补点的指令位置。插补周期越长，插补计算误差越大，插补周期应尽量选得小一些。CNC系统在进行轮廓插补控制时，除完成插补计算外，数控装置还必须处理一些其
13、它任务，如显示、监控、位置采样及控制等。,二、数据采样插补法,3.2 软件插补方法,因此，插补周期应大于插补运算时间和其它实时任务所需时间之和。插补周期大约在4ms20ms左右。采样是指由时间上连续信号取出不连续信号，对时间上连续的信号进行采样，就是通过一个采样开关K（这个开关K每隔一定的周期TC闭合一次）后，在采样开关的输出端形成一连串的脉冲信号。这种把时间上连续的信号转变成时间上离散的脉冲系列的过程称为采样过程，周期TC叫采样周期。计算机定时对坐标的实际位置进行采样，采样数据与指令位置进行比较，得出位置误差用来控制电动机，使实际位置跟随指令位置。对于给定的某个数控系统，插补周期T和采样周期
14、TC是固定的，通常TTC，一般要求T是TC的整数倍。,二、数据采样插补法,3.2 软件插补方法,1、数据采样直线插补法加工直线OE，起点为原点，终点为E（xe，ye），动点坐标为Pi（xi，yi），合成进给速度为F，插补周期为T在一个插补周期内，进给步长 L=FT，根据几何关系，求的插补周期内各坐标的位置增量为：,二、数据采样插补法,3.2 软件插补方法,1、数据采样直线插补法从而可以求出下一个动点Pi+1的坐标值：,二、数据采样插补法,3.2 软件插补方法,2、数据采样圆弧插补法数据采样圆弧插补方法的基本方法是在满足精度要求的前提下，用直线进给代替圆弧进给，即用直线逼近圆弧。圆弧SE为第一象
15、限逆时针圆弧，设Pi（xi，yi），Pi+1（xi+1，yi+1），是圆弧上相邻的两个插补点,二、数据采样插补法,其弦长为L，所对应的圆心角（插补的步距角）为，若要求的进给速度为F，插补周期为T，圆弧半径为R，则,3.2 软件插补方法,设插补点Pi（xi，yi）对应的极角为i，Pi+1（xi+1，yi+1），对应的极角为i+1=i+，则Pi，Pi+1的坐标为,二、数据采样插补法,很小时，,3.2 软件插补方法,（1）一阶逼近插补,二、数据采样插补法,取一阶泰勒级数，,带入前式得：,3.2 软件插补方法,（2）二阶逼近插补,二、数据采样插补法,取二阶泰勒级数，,带入前式得：,3.2 软件插补方法
16、,3、终点判断利用动点（xi，yi）与该零件轮廓段终点（xe，ye）之间的距离Si进行判断是否到达终点。,二、数据采样插补法,3.2 软件插补方法,1、粗插补：指的是数据采样插补。2、精插补：指的是对于经过粗插补获得的微小直线段进行细化，即在粗插补的相邻两个插补点之间再插入一些中间点，使轮廓误差减少。,三、粗插补与精插补,3.3 刀具补偿原理,刀具,轮廓,刀具中心,r,r,3.3 刀具补偿原理,刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。刀具补偿的有关参数，如刀具半径、刀具长度、刀具中心的偏移量等是首先经过测量，然后将测量结果存入CNC系统参数项中的刀具补偿表中。编程人员在进行编制零件的加工程
17、序时，根据需要调用不同的刀具号和补偿号来满足不同的刀具补偿要求。,3.3 刀具补偿原理,使用圆弧刀具或铣刀加工零件时，按刀具中心轨迹编程，需大量的数学换算，工作量大且困难。并且在加工过程中刀具的磨损及更换、零件的粗精加工均会改变刀具中心轨迹，故数控系统应具备刀具半径补偿功能（即使用具有一定刀具半径的刀具加工零件的过程中，使刀具中心偏移零件轮廓一个刀具半径）。刀具半径补偿的补偿值，一般是由数控机床调整人员，根据加工需要，选择或刃磨好所需刀具，测量出每一把刀具的半径值，通过数控机床的操作面板，在MDI方式下，把半径值输入刀具参数中，编程人员在编制程序时，调用对应的参数即可获得刀具补偿。编制程序过程
18、中，使用规定的指令来调用补偿值。,一、刀具半径补偿的基本概念,3.3 刀具补偿原理,根据ISO标准，当刀具中心轨迹在程序加工前进方向的右侧时，称右刀具半径补偿，用G42表示；反之称为左刀具半径补偿，用G41表示。G40表示取消刀具半径补偿。,一、刀具半径补偿的基本概念,刀补撤销,刀补撤销,刀补建立,刀补进行,刀补进行,刀补建立,3.3 刀具补偿原理,在刀具半径补偿过程中，分三个步骤：（1）刀具半径补偿的建立（2）刀具半径补偿的进行（3）刀具半径补偿的撤销,一、刀具半径补偿的基本概念,3.3 刀具补偿原理,在刀具半径补偿过程中，分三个步骤：（1）刀具半径补偿的建立：刀具从起刀点接近工件，在原来的
19、程序轨迹基础上伸长或缩短一个刀具半径值，即刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹距离一个刀具半径值。在该段中，动作指令只能用G00或G01。（2）刀具半径补偿的进行：刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径的距离。在此状态下，G00、G01、G02、G03都可使用。（3）刀具半径补偿的撤销：刀具撤离工件，返回原点。即刀具中心轨迹从与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。此时也只能用G00、G01。,一、刀具半径补偿的基本概念,3.3 刀具补偿原理,刀具半径补偿有B功能刀具半径补偿和C功能刀具半径补偿。1、B功能刀具半径补偿B功能刀具半径补偿为基本的刀具半径补偿，它
20、仅根据本程序段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，计算刀具中心的运动轨迹。而程序段之间的连接处理则需要编程人员在编制程序时进行处理，即在零件的外拐角处必须人为地编制出附加圆弧加工程序段，才能实现尖角过渡，这种方法会使刀具在拐角处停顿，工艺性差。,二、刀具半径补偿,3.3 刀具补偿原理,二、刀具半径补偿,3.3 刀具补偿原理,2、C功能刀具半径补偿B刀补采用了读一段，算一段，再走一段的控制方法，这样，无法预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本程序段加工轨迹的影响。为解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算本程序段轨迹后，提前将下一段程序读入，然后根据它们之间转接的具体情况，再对本段的轨迹
21、作适当修正，得到本段正确加工轨迹，这就是C功能刀具补偿。C功能刀补更为完善，这种方法能根据相邻轮廓段的信息自动处理两个程序段刀具中心轨迹的转换，并自动在转接点处插入过渡圆弧或直线从而避免刀具干涉和断点情况。,二、刀具半径补偿,3.3 刀具补偿原理,二、刀具半径补偿,3.3 刀具补偿原理,当系统启动后，第一个程序段先被读入BS，在BS中算得第一段刀具中心轨迹，被送到CS中暂存后，又将第二个程序段读入BS，算出第二个程序段的刀具中心轨迹。接着对第一、第二两段刀具中心轨迹的连接方式进行判别，根据判别结果，再对第一段刀具中心轨迹进行修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段刀具中心轨迹由CS送入AS中，
22、第二段刀具中心轨迹由BS送入CS中。然后，由CPU将AS中的内容送到OS中进行插补运算，运算结果送到伺服系统中予以执行。当修正了的第一段刀具中心轨迹开始被执行后，利用插补间隙，CPU又命令第三段程序读入BS，随后，又根据BS和CS中的第三、第二段轨迹的连接情况，对CS中的第二程序段的刀具中心轨迹进行修正。依此下去，可见在刀补工作状态，CNC内部总是同时存在三个程序段的信息。,二、刀具半径补偿,3.3 刀具补偿原理,在CNC装置中，处理的基本廓形是直线和圆弧，它们之间的相互连接方式有，直线与直线相接、直线与圆弧相接、圆弧与直线相接、圆弧与圆弧相接。在刀具补偿执行的三个步骤中，都会有转接过渡根据两
23、段程序编制轨迹交接处在零件侧的角度（转接角）的不同，直线过渡的刀具半径补偿分为以下三类转接过渡方式：（1）180360，缩短型（2）90180，伸长型（3）090，插入型对于轮廓段为圆弧时，只要用其在交点处的切线作为角度定义的对应直线即可。,二、刀具半径补偿,3.3 刀具补偿原理,二、刀具半径补偿,（1）刀具半径补偿的建立,（2）刀具半径补偿的进行,（3）刀具半径补偿的撤销,3.3 刀具补偿原理,以数控车床为例进行说明，数控装置控制的是刀架参考点的位置，实际切削时是利用刀尖来完成，刀具长度补偿是用来实现刀尖轨迹与刀架参考点之间的转换。P为刀尖，F为刀架参考点，假设刀尖圆弧半径为零。,三、刀具长
24、度补偿,利用刀具长度测量装置测出刀尖点相对于刀架参考点的坐标XPF，ZPF，存入刀补内存表中。,3.3 刀具补偿原理,零件轮廓轨迹是由刀尖切出的，编程时以刀尖点P来编程，设刀尖P点坐标为（XP，ZP），刀架参考点坐标F（X，Z）可由下式求出：XPF=XP-X ZPF=ZP-Z从而：X=XP-XPF Z=ZP-ZPF,三、刀具长度补偿,3.4 控制软件,控制软件功能主要包括译码、刀具补偿、速度计算以及坐标转换、不同编程方法的处理及一些辅助功能的处理,一、数控加工程序的译码,译码是把数控加工程序缓冲器中的字符逐个读入，先识别出其中的文字和数字码，然后根据文字码所代表的功能，将后续数字码送到相应译码
25、结果缓冲器单元中。译码工作主要包括代码识别和功能码的解释两大部分。1、代码识别在CNC系统中，代码识别由软件完成。译码程序按顺序将一个个字符与内码数字相比较，若相等则说明输入了该字符，并设置相应标志或转相应处理。,3.4 控制软件,3.4 控制软件,2、功能码的解释经代码识别设立了各功能码的标志后，然后分别对各功能码进行处理。首先建立一个与数控加工程序缓冲器相对应的译码结果缓冲器，对于一个具体的CNC系统，译码结果缓冲器的格式和规模是固定不变的。采用的方法是在CNC装置的存储器中划出一块区域，并为数控加工程序中可能出现的各个功能代码均对应设置一个存储单元，用于存放对应的数值或特征字，后续处理软
26、件根据需要到相应的存储单元取出数控加工程序信息，并予以执行。,一、数控加工程序的译码,3.4 控制软件,2、功能码的解释（1）解决存储容量问题：1）各系统的功能要求只是需要其中的一部分，这样就可根据各个CNC系统来设置译码结果缓冲区，从而可大大减少其存储区域。2）由于工艺上的要求，某些G、M代码是不可能出现在一个数控加工程序段中的。这样对于不可能出现在同一程序段中的G、M代码没有必要设置单独的存储空间，可将它们进行合并，然后以不同的特征字加以区分。GA：进给类；GB：暂停；GC：平面选择；GD：刀补类；GE：固定循环类；GF：坐标类型；MA:程序控制；MB:主轴控制；MC：换刀；MD：工具夹紧
27、与松开,一、数控加工程序的译码,3.4 控制软件,2、功能码的解释（2）数控加工程序诊断程序数控加工诊断程序主要完成对加工程序的诊断和报警任务。诊断程序一般能够对数控加工程序中的语法错误和逻辑错误进行检查。语法错误：某个功能码的错误，如系统不能识别的功能代码、坐标值代码后的数据超越机床的行程、S、F代码后的数值超出规定范围、T代码后的刀具号不合法等逻辑错误：同一数控加工程序出现功能代码之间的相互排斥、互相矛盾的错误，如一个程序段出现同组的G、M代码、尺寸互相矛盾等。,一、数控加工程序的译码,3.4 控制软件,3.4 控制软件,对于任何一个数控机床来说，都要求能够对进给速度进行控制，它不仅直接影
28、响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。按照加工工艺的需要，进给速度的给定一般是将所需的进给速度用F代码编入程序。对于不同材料的零件，需根据切削速度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求，选择合适的进给速度。在进给过程中，还可能发生各种不能确定或没有意料到的情况，需要随时改变进给速度，因此还应有操作者可以手动调节进给速度的功能。数控系统能提供足够的速度范围和灵活的指定方法。另外，在机床加工过程中，由于进给状态的变化，如起动、升速、降速和停止，为了防止产生冲击、失步、超程或振荡等，保证运动平稳和准确定位，必须按一定规律完成升速和降速的过程。,二、加减速控制,3.4
29、控制软件,1、稳态速度和瞬时速度稳态速度fs，就是系统处于稳定进给状态时，每插补一次（一个插补周期）的进给量（mm）。,二、加减速控制,K速度系数；T插补周期（ms）；F编程进给速度，即指令速度（mm/min）瞬时速度fi，即系统在每个插补周期的进给量。当系统处于稳定进给状态时，瞬时速度fi=fs，当系统处于加速（或减速）状态时，fifs（或fifs）。,3.4 控制软件,2、前加减速控制在插补前进行加减速控制，其优点是只对编程进给速度F进行控制，不影响实际插补输出的位置精度，但需要预测加减速点。现以直线加减速说明其计算方法。线性加减速的加速度可按下式计算：,二、加减速控制,式中 F进给速度（
30、mm/min）；t加速时间（ms）；加速度（um/(ms)2）,每加/减速一次，瞬时速度为：,3.4 控制软件,当上一个插补周期瞬时进给速度fi大于当前稳定速度fs时，则要减速。减速时，首先计算出减速区域长度S，当稳定速度fs和设定的加速度确定后，S可由下式求得：,二、加减速控制,3.4 控制软件,3、后加减速控制在插补后进行加减速控制，其优点是对各坐标轴的速度分别进行控制，不需要预测减速点，但各坐标轴实际的合成位置不准确。（1）指数加减速控制算法指数加减速控制的目的是将起动或停止时的速度突变变成随时间按指数规律加速或减速,二、加减速控制,加速,匀速,减速,3.4 控制软件,（2）直线加减速控
31、制算法,二、加减速控制,3.4 控制软件,G92设定工件零点，但数控系统内部仍按照机床零点进行位置计算。G92后面的坐标值为零：表示对应坐标轴的当前位置为工件零点；G92后面的坐标值非零时：其值为坐标轴的当前位置离所设置的工件零点的实际距离。G99撤销G92设置的零点。,三、工件零点的设定与撤销处理,3.4 控制软件,G90：绝对值编程方式G91：增量值编程方法，但CNC内部都以绝对值方式进行处理。,四、编程方式的转换,3.5 可编程序控制器,可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）”的产生是为了适应汽车制造业加工流水线，而出现的控制装置，当时只
32、是用来取代继电接触器控制，功能只限于逻辑运算、计时、计数功能。随着计算机的发展，1980年正式命名为可编程序控制器。定义为：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。,3.5 可编程序控制器,1、可编程序控制器的组成,一、可编程序控制器的工作原理,3.5 可编程序控制器,2、可编程序控制器的特点（1）可靠性高（2）编程简单（3）灵
33、活性好（4）直接驱动负载能力强（5）便于实现机电一体化,一、可编程序控制器的工作原理,3.5 可编程序控制器,3、可编程序控制器的工作过程PLC的工作过程一般采用循环扫描顺序执行的工作方式。其工作过程主要包括自诊断程序、编程器处理、网络处理、用户程序处理、超时检查和出错处理六个模块。,一、可编程序控制器的工作原理,3.5 可编程序控制器,用户程序处理是PLC的基本功能，可分为输入采样、程序执行、输出刷新。,一、可编程序控制器的工作原理,3.5 可编程序控制器,1、PLC常用的编程语言的类型PLC常见的编程语言有梯形图、指令语言、系统流程图三种。（1）梯形图语言梯形图是各种PLC通用的一种图形编
34、程语言，在形式上类似于继电器控制电路。它直观、易懂，是目前应用最多的一种编程语言。1）梯形图中的符号触点符号输出符号数据处理符号逻辑电源符号,二、PLC用户程序编制的方法,3.5 可编程序控制器,2）逻辑运算的梯形图表示“与”运算：触点间的串联“或”运算：触点间的并联“非”运算：常闭触点即是常开触点的非运算,二、PLC用户程序编制的方法,3.5 可编程序控制器,（2）指令语言指令语言在形式上类似于计算机汇编语言。它是用指令的助记符来编程，通常一条指令操作码和操作数组成。操作码用来指定所完成的功能，操作数用于指定取什么地址或数据进行指令操作。（3）系统流程图它是描述控制系统的控制过程、功能和特性
35、的表图，是一种通用的技术语言。三种编程语言中的部分指令可以相互转换。,二、PLC用户程序编制的方法,3.5 可编程序控制器,2、PLC的基本指令以立石公司的梯形图为例，说明PLC的基本逻辑指令功能。（1）取指令（LOAD）LD：逻辑操作开始指令。用于常开接点与母线连接，每一个以常开接点开始的逻辑行都使用这条指令。LDNOT：负逻辑操作开始指令。用于常闭接点与母线连接，每一个以常闭接点开始的逻辑行都使用这条指令。（2）输出指令（OUT）用于输出逻辑运算的结果，即用逻辑运算的结果去驱动一个指定继电器的线圈，该继电器可以是输出继电器Y，也可以是辅助继电器M。,二、PLC用户程序编制的方法,3.5 可
36、编程序控制器,0000LD X0000001OUTY0000002LD-NOTX0010003OUTY001,二、PLC用户程序编制的方法,3.5 可编程序控制器,（3）“与”指令（AND）AND用于常开接点的串联，完成逻辑“与”运算。AND NOT用于常闭接点的串联，完成逻辑“与非”运算。,二、PLC用户程序编制的方法,0000LD-NOTX0000001ANDX0010002OUTX0010003LDX1020004AND-NOTY0000005OUTY001,3.5 可编程序控制器,（4）“或”指令（OR）OR用于常开接点的并联，完成逻辑“或”运算。OR NOT用于常闭接点的并联，完成逻
37、辑“或非”运算。,二、PLC用户程序编制的方法,0000LD-NOTX0000001ORX0010002OR-NOTX0020003OUTY000,3.5 可编程序控制器,（5）“与括号”指令（AND-LD）用于接点组（接点块）的串联，每一接点块都从LD或LD-NOT指令开始操作。AND-LD指令独立使用，后面没有任何数据。,二、PLC用户程序编制的方法,0000LDX1000001ORX1020002LDX1010003OR-NOTX1030004AND-LD0005OUTY000,3.5 可编程序控制器,（6）“或括号”指令（OR-LD）用于接点组（接点块）的并联，每一接点块都从LD或LD
38、-NOT指令开始操作。OR-LD指令独立使用，后面没有任何数据。,二、PLC用户程序编制的方法,0000LDX0000001ANDX0010002LDX0020003ANDX1030004OR-LD0005OUTY050,3.5 可编程序控制器,（7）定时器指令PLC要求实现与时间相关量的控制所设定的功能，相当于时间继电器，也有线圈、常开触点和常闭触点。,二、PLC用户程序编制的方法,0000LDX0000001ANDX0010002TIM010003#01500004LDTIM010005OUTY050,3.5 可编程序控制器,（8）计数器指令,二、PLC用户程序编制的方法,0000LDX0
39、000001LDX0010002CNT010003#00030004LDCNT010005OUTY050,3.5 可编程序控制器,（9）移位寄存器指令在每个移位脉冲信号的控制下，指定通道内的数据由低位向高位移动一位。,二、PLC用户程序编制的方法,指令语句：SFT,3.5 可编程序控制器,（10）主控指令在控制过程中，遇到几个线圈同时受一个接点或者一组接点的控制，即受到公共逻辑条件的控制，叫着主控。IL主控开始指令。用于公共逻辑条件控制多个线圈ILC主控结束指令。用于主控结束时返回母线,二、PLC用户程序编制的方法,0000LDX0000001IL0002LDX0010003OUTY00000
40、04LDX0020005IL,0006LDX0030007OUTY0010008LD-NOTX0040009OUTY0020010ILC0011ILC,3.5 可编程序控制器,M03 S1000G00 X100 Y100坐标轴运动的位置控制 由伺服驱动系统完成。加工过程的顺序控制 由可编程控制器完成。,三、PLC在数控机床中应用,3.5 可编程序控制器,1、数控机床使用的PLC类型分内装型PLC和独立型PLC两类,三、PLC在数控机床中应用,3.5 可编程序控制器,1、数控机床使用的PLC类型分内装型PLC和独立型PLC两类,三、PLC在数控机床中应用,3.5 可编程序控制器,2、PLC和CN
41、C、MT（机床）之间的信息交换PLC处于CNC和机床之间，利用逻辑运算实现各种开关量的控制。PLC与CNC侧：CNC PLC：M、S、T功能PLC CNC：M、S、T功能应答及各坐标的机床基准点信息PLC与MT侧（机床侧）PLC MT：控制执行元件的信息、运动部件状态的信号、故障信号MT PLC：操作面板及床身上各开关、按钮的信息,三、PLC在数控机床中应用,3.5 可编程序控制器,3、主轴定向控制梯形图举例说明（1）初始状态,三、PLC在数控机床中应用,AUTO,M19,M06,RST,ORCM,ORCM,ORAR,TMR 203,T1,T1,R1,4.5s,ORCM:主轴定向继电器ORAR
42、:定向到位信号R1：定向超时报警线圈,3.5 可编程序控制器,3、主轴定向控制梯形图举例说明（2）开始执行M19定向指令,三、PLC在数控机床中应用,ORCM:主轴定向继电器ORAR:定向到位信号R1：定向超时报警线圈,AUTO,M19,M06,RST,ORCM,ORCM,ORAR,TMR 203,T1,T1,R1,4.5s,3.5 可编程序控制器,3、主轴定向控制梯形图举例说明（3）定向正常完成,三、PLC在数控机床中应用,ORCM:主轴定向继电器ORAR:定向到位信号R1：定向超时报警线圈,AUTO,M19,M06,RST,ORCM,ORCM,ORAR,TMR 203,T1,T1,R1,4.5s,3.5 可编程序控制器,3、主轴定向控制梯形图举例说明（4）定向超时,三、PLC在数控机床中应用,ORCM:主轴定向继电器ORAR:定向到位信号R1：定向超时报警线圈,AUTO,M19,M06,RST,ORCM,ORCM,ORAR,TMR 203,T1,T1,R1,4.5s,
