FANUC 0i数控车床PLC程序设计模块1.docx

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FANUC0i数控车床PLC程序设计模块1

摘要

本毕业设计——FANUC0i数控车床PLC程序设计，兼顾了数控机床系统及PLC的相关知识。

数控机床的PLC程序设计与调试，是数控机床设计与调试的重要环节，是CNC系统对机床及其外围部件进行逻辑控制的重要通道，同时也是外部逻辑信号对数控系统进行反馈的必由之路。

可编程控制器简称PLC,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

PLC的特点是可靠性高，抗干扰能力强。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

综合自己大学三年所学的知识，现将本设计共分为四大部分：

第一部分介绍了数控机床与数控系统的相关知识，着重讲解了数控系统的连接原理与分析；第二部分介绍了可编程控制器的相关知识，第三部分CNC-PLC-MT的接口信号分析与定义，应作为本设计了解的内容，第四部分编制程序框图及完整的PLC程序，体现了本人设计的主要内容。

另外本设计在内容上，注意了基础理论与实践相结合。

关键词可编程控制器，数控系统，PLC梯形图，接口信号处理

Abstract

Thisgraduationdesign-FANUC0inumbercontrolslatherPLCprogramdesignandgaveattentiontobothanumbertocontroltoolmachinesystemandPLCrelatedknowledge.ThenumbercontrolsthePLCprogramdesignoftoolmachinewithadjusttotry,isnumbercontrolatoolmachinedesignandadjusttotryoftheimportantlinkisaCNC'ssystemtocarryontheimportantpassageoflogiccontroltothetoolmachineanditsoutercircleparts,alsoisnecessarilyanexternallogicsignallogarithmstocontrolsystemtocarryonfeedbackinthemeantimefromofroad.

TheprogrammablecontrollercallsPLCandmeancalculatortechnique-basednewindustrialcontroldevice.In1987InternationalElectrotechnicalCommission）thePLCstandarddraftedplanofpromulgationindidtoPLCifgiveadefinition:

"PLCisexclusively1kindisapplicationbutdesignthenumberundertheindustrialenvironmentoperatesanoperationofelectronicsdevice.Itsadoptioncandrawupthesavingmachineofprocedureandusecomeatitsinternalsavingperformancelogicoperation,inproperorderoperation,account,counttooperatetheinstructionofetc.operationwitharithmetic,andcanpasstheinputandoutputofnumbertypeoremulationtype,controlthemachineorproductionlineofvarioustype.PLCanditrelevantoftheperipheralsshouldpresstobeeasytocontrolsystemwithindustrytoformonewhole,beeasytotheprincipleofexpandingitsfunctionbutdesign."

ThePLCcharacteristicsisdependablehighfunction,theanti-interferencecontainsstrongability.Thehighcredibilityisthekeyfunctionthattheelectricitycontrolsequipment.PLCbecauseofadoptingamodernlargescaleintegrationtechnique,theadoptionisstrictofproductioncraftmanufacturing,theinternalelectriccircuitadoptedtheforerunner'santi-interferencetechniqueandhadveryhighanddependable.ForexampletheMitsubishiCompanyproduceofFseriesPLChavenobreakdowntimetobeuptofor300,000hoursontheaverage.BreakdownworkingtimeofontheaveragehavingnoofsomeusageredundancyCPUPLCthenislonger.InviewofPLCmachineexternalcircuit,usePLCtoconstitutecontrolsystem,andequalscaleofafterelectricitycontactthemachinesystemcompare,theelectricityconnectslineandswitchpointofcontactalreadyandreducesseveralhundredevenseveralthousand,thebreakdownalsoconsumedlylowers.

Comprehensiveoneselfuniversitytheknowledgelearnedbythreeyears,designorigintototallyisdividedintofourgreatestpartsnow:

Thefirstpartintroducedanumbertocontroltherelatedknowledgethattoolmachineandnumbercontrolsystemandemphasizedtoexplainindetailanumbertocontrolconnectingprinciplewithofsystemanalysis;Thesecondpartintroducedtherelatedknowledgeofprogrammablecontroller,analysismessageanddefinitionofconnectingofthirdthepartCNC-PLC-MT,shouldbethecontentsthatthisdesignunderstands,four-partcentdrawsupPLCoftheprocedureframediagramandintegrityprocedureandembodiedthemaincontentsthatIdesign.

Moreoverthisdesignisonthecontentsandnoticedfoundationtheoriesandfulfillmenttocombinetogether.

KeyWordsProgrammablecontroller,Thenumbercontrolssystem,PLCladder-shapeddiagram,Connectmessagenumberprocessing

中文摘要……………….……………………………..……………………...……..…………….I

Abstract……………………………………………..……………………….……..………….….II

1引言……………………….…………………………………..……….……………………..1

2数控系统.………..….…………………………….….….……..……….…..…………………2

2.1数控系统概述..…………………………………………….……………………………2

2.1.1数字控制的基本概念…………………………....…...…………………………..….2

机床数控系统的组成..………….…..…..….…………………..………………...…2

2.1.3数控系统的分类..………………………………………..………………..…….….3

2.1.4数控系统的发展趋势..…………………………………...……………….……..…4

2.2数控系统连接原理分析………………….…………………..………...………...……..4

2.2.1FANUC系统0系列概述……………………………………………………...……….4

2.2.2数控系统连接原理………………………………………………..……….….……7

3可编程控制器……………………..……………………………………..……….….………..11

可编程控制器概述……………………..…………………...…………………..…..……11

3.可编程控制器的定义………………………………………..………………..…..…11

3.1.2可编程控制器的主要特点……………………..……………………..……..………11

3.1.3可编程控制器的分类及发展…………………..………..………………..………12

可编程控制器的工作原理…………………………..……..………………...……..…12

3.3数控机床PLC.………………………………………………..………………….….……13

3.3.1数控机床PLC的控制对象..…………………………..……………….……………13

3.3.2数控机床PLC的信息交换..................……………………………………………...13

3.3.3PLC在数控机床中的工作流程………………..…………..………………………...14

3.3.4数控机床PLC的输入/输出接口…………………………………………………14

数控系统中的PLC工作原理……………………………………………………………15

4NC-PLC-MT接口信号………………………………………………………..…………………19

5PLC程序…………………………………………………...….…………….………………….23

5.1PLC控制框架图……….….…..…………………………………………………………...23

程序梯形图………….….…..…………………………………………………………..24

5.3接口信号控制I/O地址..…………………………………......………..…………………25

5.4PLC控制子程序梯形图..………………………………….....…..…………………26

5.4.1工作方式子程序图………………………………..……..………………..………26

报警控制子程序图…………………………………………….………..………29

5.4.3M指令控制子程序图……………………………..…..……………………..………30

验证实验..…………………………………………..……..………..…………………..…34

5.5.1实验内容…………………………………………………………………..………35

5.5.2实验步骤………………………………………..……..…………………..………35

5.5.3实验结论…………………………………………………………………..………35

结论……………………………………………….…………..…….….…..……………….…36

致谢…………………..…………………………….…………..…….….………………….…37

参考文献……………………………………….………………….……….….………………...38

1引言

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

而PLC这种新型的控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快在工业领域推广应用。

到1971年己经成功应用于食品、饮料、冶金、造纸等工业。

这种新型工业控制装置的出现，也受到了世界其它国家的高度重视。

1971年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。

1973年西欧国家也研制出了他们的第一台PLC。

我国从1974年开始研制，于1977年应用于工业。

作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。

今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

可编程控制器简称PLC（ProgrammablelogicController）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

目前数控机床生产厂家和数控机床实验培训系统生产厂家能够完全掌握机床PLC的编程与调试技术，而国内各高校讲授数控技术课程时，仅停留在使用PLC程序处理数控机床的某一单元功能，如刀架回转的控制等。

本设计利用现有的数控机床综合实验系统所提供的平台，分析数控系统和机床与PLC接口信号的特点和控制方法，编制完整的PLC程序，最终掌握数控机床PLC编程与调试这一关键技术，实现专用数控系统与机床的完全对接。

2数控系统

数控系统概述

数字控制的基本概念

数字控制（NumericalControl,NC）,简称为数控[1],是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法,是近代发展起来的一种自动控制技术。

数字控制是相对与模拟控制而言的,数字控制系统中的控制信息是数字量,而模拟控制系统中的控制信息是模拟量。

机床数控系统的组成

数控机床一般由输入/输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元、位置检测装置、PLC及其接口电路和机床本体等几部分组成。

（1）输入输出设备数控机床加工前，必须读入操作员编好的零件加工程序。

在加工过程中，要把加工状态，包括刀具的位置、各种报警信息等，告诉操作人员，以便操作人员了解机床的工作情况，及时解决加工中出现的各种问题。

这就是输入/输出设备的作用。

（2）数控装置数控装置是数控系统的核心，数控装置由硬件和软件两大部分组成。

现代数控系统普遍采用通用计算机作为数控装置的主要硬件，包括了微型机系统的基本组成部分：

CPU、存储器、局部总线以及输入/输出接口等；软件部分就是我们所说的数控系统软件。

（3）伺服单元伺服单元包括主轴伺服单元和进给伺服单元两部分。

主轴伺服单元接收PLC的转向和转速指令，经过功率放大后驱动主轴电动机转动。

进给伺服单元在每个插补周期内接收数控装置的位移指令，经过功率放大后驱动进给电动机转动，同时完成速度控制和反馈控制功能。

（4）可编程控制器（PLC）PLC和数控装置配合共同完成数控机床的控制。

数控装置主要完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程序的编辑、译码、插补运算、位置控制等。

PLC主要完成与编辑运算有关的动作。

它将零件加工程序中的M代码、S代码、T代码等顺序动作信息，译码后转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床的相关动作，如工件的装卡、刀具的更换、切削液的开关等一些辅助功能。

PLC接受机床操作面板和来自数控装置的指令，一方面通过接口电路直接控制机床的动作，另一方面通过伺服单元控制主轴电动机的转动。

（5）位置检测装置位置检测装置也称反馈元件，通常安装在机床的工作台上或丝杠上，用来检测工作台的实际位移或丝杠的实际转角。

数控系统的分类

按控制轨迹的特点分类

（1）点位控制系统点位控制数控系统的数控装置只要求能够精确地控制一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管从一点到另一点是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。

为了精确定位和提高生产率，系统首先高速运行，然后按1～3级减速，使之慢速趋近定位点，减小定位误差。

（2）直线控制系统直线控制数控系统一般要在两点间移动的同时进行切削加工，所以不仅要求具有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。

对于不同的刀具和工件，可以选择不同的进给速度。

（3）轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统的数控装置能同时控制两个或两个以上坐标轴，具有直线和圆弧或高次曲线插补功能，对位移和速度进行严格地不间断地控制，具有轮廓加工功能，即可以加工曲线或者曲面形状的零件。

此类数控系统具有多轴联动的加工功能。

这类机床有两坐标及两坐标以上的数控铣床、可以加工回转曲面的数控车床、加工中心等。

按伺服系统的类型分类

（1）开环数控系统这类数控系统没有检测反馈装置。

数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电动机的性能。

开环数控系统所用的电动机主要是步进电动机。

（2）闭环数控系统这类系统的数控装置将插补器发出的指令信号与测得的工作台实际位置的反馈信号进行比较，根据其差值不断控制机床运动，进行误差修正，直至差值消除为止。

采用闭环控制的数控机床可以消除传动部件制造中存在的误差给工件加工带来的影响，从而得到很高的精度。

但是，由于很多机械传动环节包括在闭环控制的环路内，各部件的摩擦特性、刚性以及间隙等都是非线性量，直接影响伺服系统的调节参数。

（3）半闭环数控系统大多数数控机床采用半闭环数控系统，它的检测元件安装在电动机或丝杠的端部。

这种系统的闭环环路内不包括机械传动元件，因此可以获得稳定的控制特性。

如果采用高分辨率的检测元件，可以获得比较满意的精度与速度。

按功能水平分类

（1）高级型数控系统高级型数控系统一般采用32位或更高的CPU，联动轴数在5轴以上，分辨率≤ūm，进给速度一般≥24m/min（1ūm时），采用数字化交流伺服驱动，具有MAP等高性能通信接口，有联网功能，具有三维动态图形显示功能。

（2）普及型数控系统普及型数控系统一般采用16位或更高性能的CPU，联动轴数在5轴以下，分辨率为1ūm，进给速度24≤m/min，采用交直流伺服驱动，具有RS-232或DNC通信接口，有CRT字符显示和图形显示功能。

（3）经济型数控系统经济型数控系统一般采用8位CPU单片机，联动轴数在3轴以下，分辨率0.01㎜，进给速度在6～8m/min，采用步进电动机，具有RSR-232通信功能，采用数码管或简单CRT显示字符。

2.1.4数控系统的发展趋势

（1）现代CNC系统多采用32位CPU和多微处理器并行技术，使运算速度得到了很大提高。

与高性能CNC系统相配合，现代数控机床采用了交流数字伺服系统。

伺服电动机的位置、速度及电流环都实现了数字化，并采用了现代控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应伺服驱动。

由于新型CNC系统及伺服系统的采用，使数控机床的进给速度和分辨率的到了很大的提高。

现代数控机床充分利用CNC系统的补偿功能来提高其加工精度和动态性能。

数控系统的补偿功能包括反向间隙补偿功能、螺距误差补偿功能及热补偿功能等。

（2）由于现代CNC系统的模块化、通用化和标准化，便于组织批量生产，故可保证产品质量。

现代CNC系统大量采用大规模或超大规模集成电路，采用专用芯片及混合式集成电路，提高了集成度，减少了元器件数量，降低了功耗，提高了可靠性。

（3）在现代CNC系统中，装有各种类型的监控、检测装置，实现了工件的自动检测和刀具的监控，从而提高了数控机床的自动化程度，保证了数控机床长时间工作时的产品质量。

（4）现代CNC系统利用其自身很强的存储及运算能力，把很多自动编程功能植入CNC系统。

在一些新型的CNC系统中，还装入了小型工艺数据库，使得CNC系统不仅具有在线零件程序编制功能，而且可以在零件程序编制过程中，根据机床性能、工件材料及零件加工要求，自动选择最佳刀具及切削用量。

有的CNC系统还具有自适应控制功能。

（5）为了适应自动化技术的进一步发展，适应工厂自动化规模越来越大的要求，为了满足不同厂家不同类型数控机床的联网需要，现代CNC系统的通信功能不断加强。

不少CNC系统采用了MAP工业控制网络或类似网络，现已实现MAP3.0版本，可以很方便地进入柔性制造系统和计算机集成制