数控机床电气控制系统.docx
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数控机床电气控制系统
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第四章数控机床电气控制系统
概括
说明：
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某型号机床电路图
数控机床的高度自动化，是由其高度发展的电气控制系统实现的。
假如要全面剖析认识数控机床，就一定
要剖析认识数控机床的电气控制系统。
数控机床的电器控制系统主要由3个部分构成：
1、机床用PLC;
2、外头电压电气控制系统；
3、履行机构；
只需理清三者之间的关系，才能够全面的认识数控机床的电气控制系统。
在工厂使用的数控机床，都带有
一种资料特意论述这三者之间的关系。
往常状况下，这一份资料叫做机床电气手册或许电气说明书。
在本
书中，将会经过解说电气手册，来论述数控机床的电气控制系统。
PLC与数控机床的关系
一、PLC和NC的关系
PLC用于通用设备的自动控制，称为可编程控制器。
PLC用于数控机床的外头协助电气的控制，称为可编程
序机床控制器。
所以，在好多半控系统中将其称之为PMC（programmablemachinetoolcontroller）。
数控系统有两大多半，一是NC、二是PLC，这二者在数控机床所起的作用范围是不同样的。
能够这样来区分NC和PLC的作用范围：
1、实现刀拥有关于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。
这个任务是由NC来达成；
2、机床协助设备的控制是由PLC来达成。
它是在数控机床运转过程中，依据CNC内部标记以及机床的各
控制开关、检测元件、运转零件的状态，依照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等
的运前进行控制。
在数控机床中这两种控制任务，是密不行分的，它们依照上边的原则进行了分工，同时也依照必定的方式
进行连结。
NC和PLC的接口方式依照国际标准“ISSO4336-1981（E）机床数字控制－数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为四种种类：
1、与驱动命令有关的连结电路；
2、数控装置与丈量系统和丈量传感器间的连结电路；
3、电源及保护电路；
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4、通断信号及代码信号连结电路；
从接口分类的标准来看，第一类、第二类连结电路传递的是数控装置与伺服单元、伺服电机、地点检测以
及数据检测装置之间控制信息。
第三类是由数控机床强电电路中的电源控制控制电路构成。
往常由电源变
压器、控制变压器、各样断路器、保护开关、继电器、接触器等等构成。
为其余电机、电磁阀、电磁铁等
履行元件供电。
这些有关于数控系统来讲，属于强电回路。
这些强电回路是不可以够和控制系统的弱电回路，
直接相连结的，只好够经过中间继电器等电子元器件变换成直流低压下工作的开关信号，才能够成为PLC
或继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。
反之，PLC或继电器逻辑控制来的控制信号，也一定经过中间
继电器或变换电路变为能连结到强电线路的信号，再由强电回路驱动履行元件工作。
第四类信号是数控装
置向外面传递的输入输出控制信号。
二、PLC在数控机床中的应用
1、PLC在数控机床中的应用形式
PLC在数控机床中应用，往常有两种形式：
一种称为内装式；一种称为独立式。
内装式PLC也称集成式PLC，采纳这类方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC联合起来考虑，NC和
PLC之间的信号传达是在内部总线的基础长进行的，因此有较高的较高互换速度和较宽的信息通道。
它们
能够共用一个CPU也能够是独自的CPU这类结构从软硬件整体上考虑,PLC和NC之间没有剩余的导线连
接,增添了系统的靠谱性,并且NC和PLC之间易实现很多高级功能。
PLC中的信息也能经过CNC的显示
器显示,这类方式关于系统的使用拥有较大的优势。
高品位的数控系一致般都采纳这类形式的PLC。
独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，拥有独立达成控制功能的PLC。
在采纳这类应用方式式，
可依据用户自己的的特色，采纳不同专业PLC厂商的产品，并且能够更加方便的对控制规模进行调整。
2、PLC与数控系统及数控机床间的信息互换
有关于PLC，机床和NC就是外面。
PLC与机床以及NC之间的信息互换，关于PLC的功能发挥，是特别重要的。
PLC与外面的信息互换，往常有四个部分：
1）、机床侧至PLC：
机床侧的开关量信号经过I/O单元接口输入到PLC中，除很少量信号外，绝大多半
信号的含义及所配置的输入地点，均可由PLC程序编制者或许是程序使用者自行定义。
数控机床生产厂家
能够方便的依据机床的功能和配置，对PLC程序和地点分派进行改正。
2）、PLC至机床：
PLC的控制信号经过PLC的输出接口送到机床侧，全部输出信号的含义和输出地点也是由PLC程序编制者或许是使用者自行定义。
3）、NC至PLC：
CNC至PLC:
CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的存放器中,全部CNC送至PLC
的信号含义和地点（开关量地点或存放器地点）均由CNC厂家确立,PLC编程者只可使用不行改变和增删。
如数控指令的M、S、T功能,经过CNC译码后直接送入PLC相应的存放
器中。
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（4）：
（4）PLC至CNC:
PLC送至CNC的信息也由开关量信号或存放器达成,全部PLC送至CNC的信号地点
与含义由CNC厂家确立,PLC编程者只可使用,不行改变和增删。
3、PLC在数控机床中的工作流程
PLC在数控机床中的工作流程，和往常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤：
1）、输入采样：
输入采样，就是PLC以次序扫描的方式读入全部输入端口的信号状态，并将此状态，读入到输入映象存放器中。
自然，在程序运转周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的
到来，并且本来端口信号状态已经改变，读到输入映象存放器的信号状态才会发生变化。
2）、程序履行：
程序履行阶段系统会对程序进行特定次序的扫描，并且同时读入输入映像存放区、输出
映像存放区的读取有关数据，在进行有关运算后，将运算结果存入输出映像存放区供输出和下次运履行用。
（3）、出刷新阶段：
在所指令履行达成后，输出映像存放区的全部输出继电器的状态（接通/断开）在输
出刷新阶段转存到输出锁存器中，经过特定方式输出，驱动外面负载。
4、PLC在数控机床中的控制功能
（1）、操作面板的控制。
操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。
系统操作面板的控制信号先是进入
NC，而后由NC送到PLC，控制数控机床的运转。
机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运转。
（2）、机床外面开关输入信号。
将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。
这些开关信号，包
括好多检测元件信号（如：
行程开关、靠近开关、模式选择开关等等）
（3）、输出信号控制：
PLC输出信号经外头控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。
（4）、功能实现。
系统送出T指令给PLC，经过译码，在数据表内检索，找到T代码指定的刀号，并与主
轴刀号进行比较。
假如不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀达成后，系统发出达成信号。
（5）、M功能实现。
系统送出M指令给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。
M指令达成，系统发出达成信号。
三、PLC与数控机床外头电路的关系
如前所述，PLC在数控机床顶用来控制机床的强电回路（经过一些电器元件）。
为了更好认识数控机床的PLC的控制功能，就有必需对PLC和外头电路的关系进行剖析。
1、PLC对外头电路的控制
数控机床经过PLC对机床的协助设备进行控制，PLC对对外头电路的控制来实现对协助设备的控制的。
PLC接受NC的控制信号以及外面反应信号，经过逻辑运算、办理将结果以信号的形式输出。
输出信号从PLC的输出模块输出，有些信号经过中间继电器控制接触器而后控制详细的履行机构动作，进而实现对外头协助机构的控制。
有些信号不需要经过中间环节的办理直接用于控制外面设备，比方说，有些直接用低压电源
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驱动的设备（如：
面板上的指示灯）。
也就是说每一个外面设备（使用PLC控制的）都是由PLC的一路控
制信号来控制的，也就是说每一个外面设备（使用PLC控制的）都在PLC中和一个PLC输出地点相对应。
PLC对外头设备的控制，不只是是要输出信号控制设备、设备的动作，还要接受外面反应信号，以监控这些设备设备的状态。
在数控机床顶用于检测机床状态的设备或元件主要有，温度传感器、震动传感器、行
程开关、靠近开关等等。
这些检测信号有些是能够直接输入到PLC的端口，有些一定要经过一些中间环节才能够输入到PLC的输入端口。
不论是输入仍是输出，PLC都一定要经过外头电路才能够控制机床的协助设备的动作。
在PLC和外头电路
的关系中，最重要的一点就是外面信号和PLC内部信号办理的对应。
这类对应关系就是前方所说的地点分
配，就是将每一个PLC中地点和外头电路每一路信号相对应。
这个工作是在机床生产过程中，编制和该机
床相对应的PLC程序时，由PLC程序编制工程师定义。
自然做这样的定义一定依照必需的规则，以使PLC
程序切合系统的要求。
（1）PLC与信号输入回路
如图2-1所示为一种数控机床的电气手册的输入单元电器图的一部分，从图上能够看到这是一个插座或许
是某一个输入接口的针脚，对应与外外头电路的某一个元件、开关、旋钮同时有对应与PLC内部的输入地点。
从第一行开始，一个按钮开关或许是摇头开关接入线号为191号的回路中.191号线接到C71号插座的16
号脚，16号脚对应于PLC的输入地点为，该地点被定义为Manualabsolute（手动绝对值）。
从图上所描绘的，能够知道S27号按钮合用于控制手动绝对值能否有效的开关。
这个开关的通断状态，通
过191号线接入到插座C71上的16号脚，16号脚再将这个信号输入到PLC中,这个信号在PLC中的地点为
。
经过这类定义方式，就将PLC中的信号和外头电路相对应起来。
就能够经过查察PLC中的的状态，来确立外面按钮开关的状态。
我们从图上能够看到在图上右边文字表达是该信号的意义，随后在其左侧的是输入信号地点，更左侧的是插座上的针脚号，再左侧的是外头电路的线号和开关器件号。
这一幅图是某机床电路图，该图是依照通用
标准来绘制，所以经过该图我们能够看到一些拥有广泛意义的原则。
比方说，编制
PLC程序时可能会把相
近的开关（从用途和散布地点上）检测元件等等的地点设定在一同。
从这一幅图我们能够看到，
C71上的
输入信号基本上都是面板上的按钮开关或摇头开关。
它们的信号种类和地点散布上是特别靠近的，所以它
们的输入地点（在
PLC输入端）也是次序散布。
在这一幅图所属的电气手册上能够查到，
C71一共有50个
针脚，除掉用于公共端、
24V电源的脚之外，其余针脚的输入地点是从
到
次序散布。
往常状况下PLC的地点由
3部分构成：
1：
地点种类；2：
地点号；3：
位号。
每一个地点号下有8个地点位，
每一个地点表示不同的信号。
下表是中有文字描绘的部分是，图
4－1所示的I/O地点。
表4-1输入信号列表
ADDRE
6
5
4
3
2
1
0
7
SS
X1000
Spindle
Spindle
Spindle
Optional
Manual
abs
X1001
ccw
cw
stop
olute
Off
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X1002
Buzzer
resExternal
rSpindle
NeSpindleOrien
et
eset
utral
tation
X1003
从图4-1上能够看到几个因素：
1、元器件号；2、线号；3、插槽或插座号；
4、针脚号；
5、PLC输入地点号。
我们能够知道这几个号码，在控制逻辑上是有对应关系的。
所以不只是是在绘制此类
图形时，要考虑他们之间的关系，并且在设计外头电路，编制PLC程序时也要考虑它们之间的关系。
事实
上，不单是在设计制造机床时要考虑它们之间的对应关系，在使用机床、维修、保护机床时也要依照它们
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之间的对应关系和控制逻辑。
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图4-1上所示的外面按钮等元件地点可在图4-4中查找到。
2、PLC输出信号控制有关的履行元件
前方图例描绘了输入信号在PLC中的地点分派以及PLC输入地点与外面开关、旋钮和插座、电缆之间的对应关系。
我们知道在数控机床中，不只是是输入信号和外面电路波及到对应关系，输出信号和外头控制电路以及要
驱动的设备之间也存在作相应的对应关系。
在随后列出的两幅图例，都是PLC输出信号和外头电路的连结
图，可是这两幅图在所表达的控制关系上是不同样的。
第一幅图所表示的是PLC输出信号能够直接驱动外
部装置（这些装置往常是一些LED、灯），第二幅图表示的是PLC的输出信号一定经过中间继电器才能够
控制最后的设备。
这是由于第一幅图中所示的外面元件是一些小功率元件（主假如一些表示机床状态的指示灯），而第二幅图所示的外面设备是大功率元件。
从这两幅图我们能够看到PLC输出地点和外面电路之间的关系：
1：
外面履行元件或设备是受PLC控制的；
2：
PLC的每一个输出信号对应着一个输出地点；3：
每一个输出地点对应着一个插座或插头的针脚；4：
每
一个针脚对应着外头电路的一根线（用线号标示）；5：
每一个线号对应着一个设备、元件（或许经过一些中间元件）；
在设计PLC的程序时，一定要考虑数控机床会用到那些设备，那些设备是能够有PLC直接驱动的，那些设
备一定经过继电器、接触器等中间环节才能够驱动，以及这些设备的控制信号经过哪个地点号输出。
在使
用数控机床过程中，我们能够经过阅读电气手册,熟习机床设备的控制运转方式，方便的保护机床。
表4-2输出信号列表
Address
Y1000
Y1001
0
Doorstartopen
（H180）灯
Feedhold（H159）灯
1
MOO（H111）LED
ZP1X（H169）LED原点抵达
2
MO1（H112）LED
ZP1Y（H171）LED原点抵达
3
M02（H113）LED
ZP1Z（H173）LED原点抵达
4
M30（H114）LED
ZP14（H175）灯原点抵达
5
Manualabsolute（H137）LED
SpindleCW（H153）灯
6
Singleblock（H133）LED
7
Cyclestart（H158）
灯
表4-2第二列、第三列，列了然所要控制的外面元件，这些元件可在图2-4中找到。
经过这些图表，我们
能够清楚的看到PLC和外面元件之间的关系。
表4-3输出信号列表
Address
Y1004
0
Autopoweroff（k11）继电器
1
Buzzer（K28）继电器
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2
Zaxisbrake（k26）
继电器
3
Coolantpump（k2）
继电器
4
MagazineCW（k3）
继电器
5
MagazineCCW（k4）继电器
6
Toolunclamp（k15）
继电器
7
Cycleendlight（k20）
继电器
表4-3对图4-3进行了描绘，从图4-3和表4-3能够看出这些输出信号是对继电器进行控制，这些元件能够在图4-5中查到。
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图4-5所示为该机床的继电器板，PLC的一些输出信号经过继电器板输出，进一步控制其余元件。
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四、机床电气手册的辨别
数控机床作为一种自动化程度相当高的一种机电设备，电气控制部分在整个机床中据有特别重要的地位。
基于数控机床中电气系统据有重要的地位，所以电气手册在数控机床全部的资猜中也是十分重要的资料。
数控机床发生故障也有很大一部分是发生在电控部分，所以能够辨别、应用电气手册，是维修保护数控机
床的一项重要技术。
接下来的部分，笔者希望能够叙述一种使用机床电气手册的基本方法。
1、机床电气手册的基本构成
数控机床的电气手册，是用于描绘和说明机床电气系统的结构以及连结关系，以便于制造商和使用者保护和使用该机床。
为了清楚而详尽的说明数控机床电气系统，电气手册的编制采纳了清楚的层次结构。
电气手册一般有以下一些内容构成：
1）、目录
目录的主要内容是：
页码、图号、标题等。
本书引用的电气手册的目录格式是：
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图4-6电气手册目录
假如要查找某一个一个机型的某一个控制回路，能够先经过查找目录找到该回路所在的页码，而后再去查找所要的内容，这样做有事半功倍的成效。
所以拿到一本电气手册时，第一阅读它的目录，是一种惯例做法。
（2）、线号表
为了说明电气手册上各样线缆的走向，以及各线缆在电气图中所处地点，而开列的一种表格。
假如我们试图经过各样不同号码的线缆的走向和地点，认识机床的电气控制系统的控制逻辑，以及经过一个线缆来查找某一个回路的故障时，就一定有这样一种表格来说明各线缆的地点。
每一种电气手册都会有近似的线号表，下列图为一种线号表。
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从表上所列可知，线号表把每一个线号所出现的全部地点都详尽的列举出来。
这样我们就能够经过线号查找详细的控制回路，这类方式在现场维修、保护数控机床时特别实用，由于在现场我们常常会看到线缆上标了然不同的号码。
（3）、符号描绘表
这一部分内容不必定是每一本电气手册都会有，由于有的厂家会以为用户的有关人员已经认识所依照的制图标准。
可是好多厂家仍是会将其列出来，这样会使电气手册的合用人员更加宽泛。
这一部分内容主假如说明，该电气手册所使用的图形符号所要表达的元器件的内种类。
在阅读、使用电气手册时，尽可能阅读
这一节内容，免得由于参照的标准不一致，而错误理解该手册所要表达的内容。
图4-8所示为一个符号描绘表：
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我们能够看到，符号描绘表对电路图中所要用到的图形符号，均进行了说明。
在符号表后所绘制的电路图，
均是依照图上所描绘的符号构成。
（4）、电气柜部署图
数控机床电气系统的绝大多半元器件，均是搁置在机床的电气柜中。
电气柜框图主假如用来描绘个器件在电气柜中的地点，以及电气柜和外界相连通的线缆的地点。
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（5）、控制回路框图
控制回路框图，用于描绘整个数控机床控制系统控制流程和各部分之间的关系，分为两个部分。
一部分是
用于描绘数控机床电气控制系统各大多半之间的关系，包含伺服、NC单元、PLC、机床的操作界面、系统的操作界面等等。
另一部分由数控机床强电电路中的电源控制电路之间的关系构成。
往常是电源变压器、
控制变压器、各样断路器、保护开关、继电器、接触器之间的关系框图
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这两个控制回路框图中图4-10所表示的是，数控机床电气控制系统中，各电气单元之间的关系。
图4-11
所表示的是由电源的流向以及电源控制关系所构成的控制框图。
从图2-11所描绘的关系，我们能够知道数
控机床的电气控制系统很大程度上能够归纳为，对机床各履行元件的电源控制。
（6）各控制单元图
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前方几节是电气手册中概括性的内容，关于数控机床的电气系统而言，更重要的是数控机床电气系统各单元、回路图。
这一部分详尽的叙述了机床电气系统的连结方式、连结内容、连结的元件种类和这些元件详细地点的描绘。
这些控制单元、回路图包含：
机床电源输入单元、NC电源单元、外头控制回路电源单元、控制回路（往常
状况下是24V回路，）、协助电机控制回路、伺服控制系统单元、NC控制单元、PLC输入单元各模块、PLC
输出单元各模块、各插头插座接线详图、各重要元件接线图、电磁线圈控制回路（110V回路）、各功能模
块回路等等。
数控机床的电气控制系统正是由这些不同的控制回路、控制单元所构成，要熟习、掌握数控机床的电气控制系统就一定要认识这些控制回路单元。
五、查找回路的方法
学习查找回路有两个目的：
1、认识数控机床电气控制系统的工作原理；2、能够经过使用机床电气手册维修保护数控机床电气系统。
使用电气手册的方法很简单，能够说就是按图索骥。
比较电气图上所列的元器件和机床上元器件的编号，依照电气图所绘制的控制回路逻辑，一步一步的找到某一个回路的全部线缆和元件。
解说辨别电路图的书本、文件好多，它们都是从理论长进行解说，拥有很高的指导意义。
本文希望能够从此外一个角度（即用例子说明的方式）进行说明，以期能够以实践的方式进行论述。
（1）、查找电路图例
本节将会使用一本机床的电气手册，查找此中的某一个协助设备的控制、工作流程。
经过查找过程和步骤的解说，叙述使用机床电气手册的方法。
1）、冷却液电机的控制系统。
数控机床冷却液电机的控制有两种方式：
1、程序自动控制（用M指令）；2、手动控制（控制面板上的开
关）。
第一种方式是NC将M指令送至PLC，经过PLC的办理后送出控制信号。
第二种方式是操作人员在机
床操作面板上操作开关，开关的状态信号经过线缆输入到PLC，经过PLC的办理此后送出控制信号。
可见
两种方式在前方的不同就是，送入PLC的信号是不同样的，可是最后都将从PLC送出控制信号。
这两种方
式，在PLC输出控制信号此后，的回路就是同一个回路。
下边详尽表达查找冷却液电机控制回路的整个过程（手动方式）：
1、在电气手册目录中，查找电机控制回路所在的页码；
电气手册往常会将同一类控制回路搁置在一同，以便于查找。
在电气手册目录中，查找到电机控制回路。
如图4－12所示,目录表示电机控制回路在电气手册
25－29页。
2、查找到电机控制回路，并在此中查找冷却液电机控制回路；
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依据第一步查找到的页码，查找到电机控制回路。
在电机控制回路中，有好多个电机的控制回路图搁置在
一同，能够经过文字描绘和编号查找到冷却液电机控制回路。
如图4－13所示。
3、查找控制冷却液电机的接触器；
在冷却液电机控制回路中，我们能够看到控制冷却液电机的接触器是K2M。
接下来就是查找到K2M。
K2M是
接触器，在该机床中接触器是在
110v控制回路中。
（有的厂家的接触器直接受
24V控制回路的控制）如图
4－14所示，从图中可知K2M受继电器K2控制。
4、查找控制K2M的继电器K2；
在数控机床的电气系统中，控制接触器的继电器是由
PLC输出信号控制。
所以我们从
I/O输出模块中去查
找继电器K2,同时查找PLC的输出信号。
由目录查找
I/O模块，再从I/O模块查找到
K2的控制回路。
如图
4－15所示，继电器K2受PLC输出信号
控制。
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