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F0.5

Y0.1

Y1000～

1008

图

（一）内装式

输入/输出信息

1．PLC

的信息交换。

这组输入/输出信号仅在寄存器

中传送，其信号含义和地址均由

厂家指定，我们只可使用，

不可改变和增删。

1.1CNC

传送至

的信息，在一般数控机床中，CNC

传递给

的信息主要有

M、S、T

等功能代码等。

这些信息经过

的

处理作为

的输出信号向机床侧输出如：

刀架旋转、主轴停止等

信号。

M00～M31

辅助功能代码，信号地址是

F010～F013。

这些从计算机向

发出的信号是二进制的代码如:

76543210

F010M07M06M05M04M03M02M01M00

MF辅助功能选通，信号地址是

F007#0。

MA准备结束信号，信号地址是

F001#7。

T00～T31

刀具功能代码信号信号地址是

F026～F029

TF刀具功能选通信号信号地址是

F007#3

数控机床的辅助功能代码近百个。

数控系统的不同，辅助功能

代码的含义也会不同，差别很大。

一般只有

M0～M5

及

M30

的含

义是一致的。

随着数控技术的发展，两位数的辅助功能代码已不够

用，所以现代数控已有不少使用三位数的

代码。

在

FANUC0i

系统中，把

M200～M215

和

M300～M315

定义为第

功能代码

和第

功能代码。

1.2

至

的信息，这包括

给

的关于机床的运

动状态、主轴的连锁等信息。

MFIN辅助功能结束信号地址是

G005#0

TFIN刀具功能结束信号地址是

G005#3

2、PLC

之间的信息传递。

这组输入/输出信息是由机床

厂家指定与地址对应的信号。

需要注意的是，该组信号是通过

模块进行交换的。

机床厂

家不同，设备不同，控制对象的不同都会使地址对应的信号不同。

因此设备厂家会随机床资料提供输入输出信号表或在电器原理图中

标注出

口地址的全部信号。

这个表或图是我们诊断

故障中

必不可少的条件。

需要妥善保管。

如某数控加工中心的输入输出的

部分地址信号图：

压力刀库正转

刀库反转刀夹放松

刀夹夹紧

夹紧到位

24VX022.7X016.0X016.1X016.2X020.0X020.1

PLCDI/DO

PLCD

I/DO

Y044.0Y044.1Y044.2Y044.3Y046.0Y046.1

KA4KA5KA6KA7HL1HL2

反转正转NC

给定手动电压报警速度变化

指示

一般内装式

采用直流+24V

电源,容量有一定限制,所以一般

对于象交流接触器,电磁阀,电磁离合器等交流负载和工作电压或工作

电流超过

输出信号最大允许容量时采用直流小型继电器作为中

间继电器过渡的方法。

每个输出点的容量约几百毫安，如果采用外

接

DI/DO

模快则使用外接电源，可以根据外接负载的大小，选择不

同容量的电源模块。

2.1、PLC

向机床传递信息。

主要是控制机床的执行元件（如

继电器、电磁阀），满足自动换刀装置、刀架与工作台夹紧、松开机

构的驱动控制要求、启动冷却、液压和润滑装置，确保各种状态及故

障的显示。

2.2

机床向

传递信息，MT

传送给

的信息主要有机床

操作面板上的操作元件信息，如各座标轴的定向起动、刀架回转方

向的选择、数控系统的起动、进给停止等按钮开关信息，各座标轴

的运动限位、刀库夹紧、放松、到位等限位开关信息。

此外，还有

一条高速处理信号。

它是作为顺序程序中第一级程序处理的。

仅处

理短脉冲信号。

这些信号包括急停，各轴超程，返回参考点减速，

外部减速，跳步，到达测量位置和进给暂停信号。

、PLC

的地址

地址是用来区分信号。

不同的地址分别对应机床侧和

侧

的输入、输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器和数据表。

每个地址由地址号和位号组成。

中地址主要有四个类型：

内部继电器

信号

机床侧信

号

字母

信号类型

FANUC

PMC－SA3

来自机床侧输入信号

X0－X127

外装

卡

X1000－X1019

内装

由

输出到机床侧的信号

Y0－Y127

Y1000－Y1014

来自

侧的输入信号

F0－F255

输出到

的信号

G0－G255

R0－R1499

R9000－R9117

信息显示请求信号

A0－A24

计数器

C0－C79

（计数器个数

20）

保持型继电器

K0－K19

可变定时器

T0－T79

（定时器个数

40）

数据表

D0－D1859

非易失性存储器

（1）计数器

（2）保持型继电器

也不会丢失。

（3）

（4）

图

（二）

1、机床侧输入的信号固定地址如：

*ESP:

X1008.4;

SKIP:

X1004.7

*DEC1:

X1009.0

等

运行时直接引用这些地址的信

号。

2、非易失性存储器的含义是：

即使系统断电，存储器中的内容

4、R9000

到

R90099

为

系统程序保留区域，这个区域中

的继电器不能用作顺序程序中的输出继电器。

5、K17～K19

系统程序保留区域，不能用于顺序程序

中的输出继电器。

4、I/O

硬件接口概况（FANUC

0iA

系统）

CNCI/O

I/Olink

DI/DO

二

顺序程序

1、顺序程序的概念

所谓顺序程序是指对机床及相关设备进行逻辑控制的程序。

顺

序程序的编制是由编制梯形图开始的，而梯形图可以理解为

CPU

中

算术运算的执行顺序。

编程软件的作用就是编制顺序程序。

顺序程序的执行过程

顺序控制是由软件实现的，它和一般的继电器电路的工作

原理不尽相同。

在一般继电器控制电路中，各继电器在时间上完全

可以同时动作，而

的工作过程是基于顺序扫描的工作方式；

每一时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作，CPU

按

程序规定的顺序依次执行各个操作。

在一般继电器电路中，当继电

器

ABD

ACE

图（三）

动作时，继电器

可同时动作（当然触点

都闭合时）。

顺序控制中，当继电器

动作时，（D、E

不是同时动作的）

继电器

首先动作，然后继电器

才动作（尽管先后动作的时间相

差微秒级，但这个概念不能错。

PMC-SA3

基本指令处理时间

0.15μs/步）。

顺序程序从梯形图的开头执行直到梯形图结束而且在程

序执行完后，再次从梯形图的开头执行，这被称作循环执行。

从梯

形图的开头到结束的执行时间称为循环处理周期。

3、PLC

程序执行的优先循序

循序程序由两部分组成：

第一级程序部分和第二级程序部

分。

第一级程序（高速顺序）SUB1

指定第一级程序结束分割

第二级程序（通常顺序）分割

SUB2分割

指定第二级程序结束图（四）

第一级程序的执行周期是

8ms，第二级程序执行时间是

8×

ms，（n

为第二级程序的分割数）这样第二级程序的执行周期是

。

中，8

当中的

1.25ms

用于第一

和第二级程序的执行，剩余的时间由

使用。

8ms周期时间

第一级

（1）

第二级

（2）－1

（2）－2

（2）－n

（2）－1

图（五）

三

的指令

1、基本指令

基本指令是设计顺序程序时最常用的指令，它们执行一位运算。

1.1

基本指令的格式

RD○

○

○·

○

序号

指令

NOT

STK

WRT

NOT

WRT

AND

SET

RST

指令地址号位号

2、功能指令：

在基本指令难于编制某些机床动作时，采用功能

指令来简化编程。

FANUC—0i

系统

SA3

中，功能指令有

种，PMC

SA1

中有

种.

2.1

功指令的格式：

控制条件参数

1.01.1

指W1

R2.4R3.1

RSTR10.1

令

（1）

（2）（3）（4）

R5.1

ACT

R7.1

R9000

R9001

R9002

R9003

R9004

R9005

功能指令操作结果寄存器

、控制条件：

控制条件的数目和意义根据功能指令而变化。

b、控制条件中的

RST

的功能指令有最高优先权。

c、参数：

与基本指令不同，功能指令可处理数字值。

包含在

数据中的参考数据和地址可通过参数来输入，数目和意义随功能指

令变化。

d、W1：

当功能指令的操作结果为

位二进制时（1

或

0），将其

输出至

W1，其地址由编程者自由决定。

其意义根据功能指令的不

同而有所变动。

（有些功能指令没有

W1）

e、要处理的数据：

功能指令处理的数据为二——十进制

（BCD）数或二进制代码。

2．2

常用功能指令

a、END1（第一级顺序程序结束）

格式

代码：

END1

（SUB1

）

一般用在一级程序的最后，在没有一级程序时也要写在整个顺序

程序的句首。

b、END2（第二级顺序程序结束）

END2

（SUB2

c、TMR（定时器）

TMR

SUB3

TM00

000．0000.0

控制条件指令定时器号定时继电器

T代表定时器指令中设定的时间

（1）

功能:

延时导通定时器

（2）

控制条件:

ACT=0

关闭定时继电器（TM00）

ACT=1

将定时器初始化

设定定时器:

CRT/MDI

单元进行设置。

d、DEC（译码）

功能：

当两位

BCD

码与给定数值一致时输出为

1，不一

致为

0。

（2）格式：

译码结果

DEC

OOOO

OOO.OOOO.O

译码指令

控制条件指令译码信号地址OOOO

译码位数

译码值

（3）控制条件：

关闭译码输出结果（W1）

执行译码

给定数值与代码信号相同时

W1=1

不同时

W1=0。

（4）译码信号地址：

指定包含两位

代码信号的地址。

（5）译码方式：

（i）译码值：

指定译出的译码值。

要求为两

位。

（ii）译码位数：

01：

只译低位；

高位为

10：

只译高位；

低位为

11：

高低位均译。

（6）W1：

当指定地址的被译码数与要求的译码值相等时

1，否则为

e、DCNV（数据转换）

（1）功能：

将二进制代码转换为

码或将

码转换为

二进制码。

（2）控制条件：

（i）指定数据大小:

BYT=0

处理数据长度为一字节

BYT=1:

处理数据长度为二字节.

（ii）指定数据转换类型：

CNV=0：

二进制码转换为

码，

CNV=1：

码转换为二进制码

（iii）复位

RST=0

解除复位，RST=1

复位错误输出线圈

（iv）执行指令：

数据不转换，W1

不变，

（3）格式：

BYT

进行数据转换。

DCNV

OOO.O

CNV

SUB14

（F010）

（R028）

指令转换结果输出地址

输入数据地址

这样我们能够将

F010

地址中的二进制码转换成

码,从而可以对

其进行译码了。

f、COMP（数值大小判别）

输入值和比较值进行比较来判别大小。

BYT=0：

处理数据为

位

码基准数据＞比较值

W1=0

比较

BYT=1：

码基准数据≤比较数据

W1=1结果输

出

COMP

OOOO.O

ACT=0：

不执行

不变指令比较值（数据地址）

ACT=1执行

结果送

W1输入数据格式常数

0：

常数输入值

1：

地址地址

g、COIN（一致性检测）

检测输入值和比较值是否一致。

该指令适合

数据。

BYT=0:

两位输入值≠比较值

四位输入值=比较值

COIN

（1）

（2）

（3）

指令输入值比较数据

存放地址

输入数据指定格式常数指定

ACT=0:

不变0：

常数地址指定

ACT=1:

执行,结果送

W11：

地址

此外,还有

NUME（SUB23）常数定义;

ROT（SUB6）旋转控制;

MOVE（SUB8）逻辑乘后的数据传送

DISPB（SUB41）扩展信息显示等等功能代

码。

这些功能指令在实际编程过中大量采用，对于维修人员来说要

能够了解，这对于我们读懂

梯形图，掌握信息的流程，分析

故障是有益的。

对于我们维修来说，能够读懂程序也就够了，

但现在工厂有许多数控设备年代已久，需要进行改造，如果我们自

己能够编制

程序，可以节省许多资金。

程序的编制的技巧是多

样化的，除了遵循一定的规律外，没有一个统一的标准。

同样一个

动作，可以有不同的程序表现，这其中原因之一是采用了不同的功

能指令。

四

的功能

在数控机床中

的功能主要是承接机床与计算机之间的信息

传递并通过

的输入/输出口，协调计算机实现刀具轨迹及机床

顺序的控制。

其具体的功能主要有七个方面。

功能

图（七

功能的多少，视数控机床的控制要求设置。

总之，PLC

在

数控系统中，除了完成可编程输入/输出接口任务外，充分利用它的

软件功能的特点，还可协调计算机实现刀具轨迹及机床的顺序控制。

五

控制的故障诊断

1、PLC

故障的表现形式

出现故障时，常表现有出三种形式：

（1）障通过

报警直接显示故障原因。

数控机床特别是现

代数控机床，检测、诊断机床故障的功能非常强大，CNC

产生的报

警信息也越来越细化，利用这些信息能够快速查找出故障原因并予

以排除。

（2）故障虽有

故障显示，但不能反映故障的真正原因。

这类故障常常只显示出一个报警号，没有具体的报警信息内容或者

报警内容牵涉到很大的一个范围。

（3）故障没有任何显示提示。

故障诊断的方法

对于第一种故障表达形式，我们可利用

详细的报警信息

直接查找排除故障。

对于第二、第三种故障表现形式，我们必须借

助一定的手段进行分析判断故障的原因。

（1）根据厂家提供的

梯形图和通过操作面板上的

DIAGNOSIS

软键功能，在

CRT

上

STATUS

菜单中观察输入/

输出状态信息进行分析判断故障的原因。

（2）有些厂家不提供梯形图，这时我们需要借助机外编程器以

及装有专用软件的通用微机实时观察

梯形图或流程图。

如西门

子数控系统可以采用

系列的编程器以及

S5、S7

专用软件包。

（3）直接利用

系统上的梯形图跟踪功能跟踪梯形图的运

行。

如

系统和三菱系统可采用这种方法进行梯形图跟踪。

控制发生故障，首先应判断故障是出现在

系统内部，还是在

或机床侧。

这就要求熟悉

CNC—PLC

之间

信息交换的内容，熟悉各测量反馈元件的位置、作用及发生故障时

的现象与后果。

搞清楚某动作不执行是由于

没有给

发出

指令，还是由于

给出了指令而

未执行，或是由于

无准备好应答信号，CNC

不可能提供该指令。

因此要在熟悉机床的

各部分工作原理和动作顺序，熟悉各个信号的流程，认真阅读

梯形图的前提下再利用上述手段对各信号状态进行跟踪分析判断出

故障点来。

一般数控机床的动作受

控制的部分按复杂程度分，

可分为刀库换刀部分，主轴转向、停止、变速部分，坐标轴回零及

回零减速部分等。

我们只要抓住这几个关键部分，充分熟悉其动作

顺序，熟读这些部分的梯形图就能够利用

的诊断功能迅速查找

出故障。

3、故障举例

例

（1）某数车主轴采用变频调速进行驱动。

数控系统通过

向变频器提供电极正反向信号和正负电压。

主轴正转时，PLC

输出点

Y048.0

为“1”来驱动继电器

KA4

接通,提供给变频器正向

同时

Y048.7

也为“1”驱动继电器

KA5

接通,向变频器提供

一正电压。

从而满足电机正向运行的条件。

设备在使用当中，出现

主轴正向不运转故障，包括正向手动，点动，自动均不能运转。

首

先，我们必须判断故障是在数控系统侧还是机床侧，采用

输入

输出点诊断方法检查，发现启动主轴正转时，PLC

Y048.0

为“0”。

RTS

机床

（PLC）

Y048.1

KA4正向信号

KA4

变频器

KA5负向信号

KA5

KA6正向电压

KA10

因此，可以判断故障出现在数控系统侧，为此我们调出

梯形图如下：

R400.3

手动

R410.3自动KA4

正转控制

R400.5

点动Y048.0

（M03）（AUTO）

（M05）

（互锁）

（M30,M02）

R402.5

R400.1

R402.7

R410.4

G121.7R410.3

自动

R410.3

MFR402.5译码

DECR0280311

M03

DCVN

R028

RSTR×

分析:

手动,自动,点动触点同时损坏的可能性很小,因此有可能

输出点损坏。

经接通手动按钮，跟踪查看梯形图动态运行状

况，R400.3

能够接通,只是

仍为“0”.确定

损坏,更换

模块,故障排除.如果我们有编辑卡的话,不需要更换

模块,

只要将

点改写成富裕的空点地址，注意将所有

改为

新地址。

例

（2）直线光栅损坏的应急修理

某加工中心

轴每次行走至中段就会出现很大的震动,加工零件

出现几十丝的误差。

经查证是

1400㎜长的直线光栅玻璃刻度尺出现

裂纹破损所至。

一时无法得到备件，为了不影响生产，可采取应急

的办法。

暂时不用直线光栅，利用

轴电机自带的光电编码器作为

位置反馈元件进行控制，暂时应急之用。

进行替换需要改动系统的

参数。

和进行简单的计算。

（注意，不同系统修改的参数号会不同，

参数界面也不同，需要认真阅读有关手册，并且最好通过厂家指导）

（FANUC

3、

诊断画面操作举例（FANUC—0i

（1）PMC

画面的显示方法

（A）按SYSTE

键

（B）按【PMC】软键，显示

主画面，并显示如下软键。

CONTROL

SYSTEM

MENUM

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