数控机床逻辑控制程序设计与调试.docx

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数控机床逻辑控制程序设计与调试

数控机床逻辑控制程序（PLC）设计与调试

目的：

熟悉并掌握K1000MPLC的基本编程方法和传输调试过程

设备：

GCY数控机床电气接线实训考核装置

1.PLC的介绍

1.1概述

1.2PLC的特点

1.3PLC的分类

1.4PLC的硬件组成

1.5PLC的工作方式

2.数控系统K1000M系列PLC的基本编程方法和传输调试

2.1明确机床的控制要求和机床的工作流程

2.2PLC基本逻辑指令和功能指令

2.3K1000系列PLC的内部软元件

2.4数控机床PLC程序编写与调试

2.4.1数控机床梯形图的绘制

2.4.2数控机床PLC程序的传输调试

1.PLC的介绍

1.1概述

可编程控制器简称PLC，它是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。

1.2PLC特点

PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点，能较好地解决工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。

其主要优点有:

1.可靠性高、抗干扰能力强

可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。

PLC的平均无故障时间可达几十万小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。

（1）硬件方面I/O通道才用光电隔离，有效的抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。

（2）软件方面PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界干扰导致的故障;在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断：

当外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。

2.编程简单、使用方便

日前，大多数PLC采用的编程语言时梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。

梯形图语言的电路符号和表达式与电气线路图相近，形象、直观，很容易让广大工程技术人员掌握。

当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。

同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。

这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。

3.功能完善，通用性强

现代PLC不仅具有逻辑运算功、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等许多功能。

4.设计安装简单、维护方便

由于PLC软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大大减少。

PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。

在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上的指示灯或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。

5.体积小、质量轻、能耗低

由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。

1.3PLC的分类

PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同，通常根据其结构形式不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行分类。

1.按结构的形式分类

根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小，价格低等特点O微型PLC一般采用这种整体式结构。

（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别制作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。

模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。

这种PLC的最大特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。

大、中型PLC一般采用模块式结构。

2.按功能分类

根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。

3.按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。

（1）小型PLCI/O点数为256点以下的为小型PLC。

其中，I/O点数小于645点的为超小型或微型PLC.

（2）中型PLCI/O点数为256点以上，2048点以下的为中型PLC。

（3）大型PLCI/O点数为2048点以上的为大型PLC。

数控机床中的PLC通常有两种形式:

内装式和独立式。

内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。

NC和PLC可以共用一个CPU，好可以是单独的CPU。

这种结构从软件硬件整体上考虑，PLC和NC之间没有多余的导线连接，增加了系统的可靠性，而且NC和PLC之间J易实现许多高级功能，PLC中的信息也能通过CNC的显示器显示，这种方式对于系统的使用具有较大的优势。

高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。

独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制的功能。

在采用这种应用方式时，用户可根据自己的特点，选用不同的PLC专业厂商的产品，并且可以更为方便地对控制规模进行调整。

1.4PLC的硬件组成

PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。

其中,CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入输出设备与CPU之间的借口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。

下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。

1.中央处理单元（CPU）

在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面:

（1）接收从编程器输入的用户程序和数据。

（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

（3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。

（4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。

（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。

2.存储器

存储器主要有两种，一种是可读/可操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。

在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

3.输入/输出单元

输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。

PLC通过输入接口可以检测到被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。

PLC的I/O接口所能接受的输入输出信号个数称为PLC输入/输出口（I/0）点数。

当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。

4.通信接口

5.智能接口模块

6.编程装置

1.5PLC的工作方式

PLC是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每次执行一个操作，按顺序逐个执行。

由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。

这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

用扫描方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的先后顺序，从上至下、从左至右，逐条执行，直到程序结束。

然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。

整个扫描工作过程执行一遍所需的时间称为扫描周期。

扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1～lOOms。

PLC在行程序的过程分为三个阶段：

即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。

2.数控系统K1000M系列PLC的基本编程方法和传输调试

2.1明确机床的控制要求和机床的工作流程

机床的控制要求和机床的工作流程（表8-1）。

2.2PLC基本逻辑指令和功能指令

PLC指令分为基本指令和功能指令两种类型。

基本指令:

基本指令在设计顺序程序过程中是最常用到的指令。

它们执行一位总算，如AND、OR等共有14种类型。

功能指令:

在用基本指令难以编制某些机床动作时，可以使用功能指令来简化编程。

一、基本指令

基本指令的类型和含义见表格9.1.1基本指令和操作。

指令格式1:

在代码表中书写指令，穿孔到纸带时使用这种格式。

指令格式2:

通过编程器输入指令时使用这种格式，这种格式简化了输入操作。

举个例子，RN即表示RD.NOT，使用"R"和"N"2个键来输入。

各基本指令详细内容列表如下：

（STO就是所示的栈顶）

表格9.1.1基本指令和操作

编号

指令

指令含义

格式一

格式二

读指定信号的状态，并且设置在STO中。

RD.NOT

将读入的指定信号的逻辑状态取非后置入STO中。

WRT

写逻辑运算的结果（STO的状态〉输出到给定的地址。

WRTNOT

对逻辑运算的结果（STO的状态）取非后输出到给定的地址。

AND

信号状态和STO逻辑与，并写回STO。

AND.NOT

信号状态取非后和STO逻辑与，并写回STO。

信号状态和STO逻辑或，并写回STO。

OR.NOT

信号状态取非后和STO逻辑或，并写回STO。

RD.STK

将寄存器内容左移一位，把指定地址的信号状态设到STO。

RD.NOT.STK

RNS

将寄存器内容左移一位，把指定地址的信号状态取非后设到STO。

AND.STK

将STO和STI逻辑与后，堆栈寄存器右移一位，结果写入STO。

OR.STK

将STO和STI逻辑或后，堆栈寄存器右移一位，结果写入STO。

SET

将STO和指定地址中的信号逻辑或后，将结果返回到指定地址中。

RST

将STO的状态取反后，和指定地址中的信号逻辑与，将结果返回到指定地址中。

二、功能指令

在编制顺序程序时，一些功能，如控制沿更短路径方向的旋转，很难用只执行位运算的基本指令来实现。

因此，用功能指令来编程会更方便。

见

表格9.2.1。

表格9.2.1功能指令的种类及处理过程

指令

处理过程

格式1

（梯形图）

格式2*

（SUB号）

END1

第一级梯图程序结束

END2

第二级梯图程序结束

TMR

S3或TMR

定时器

TMRB

S24

固定定时器

TMRC

S54

定时器

DEC

S4或DEC

译码

DECB

S25

二进制译码

DECC

位译码

CTR

计数器

CTRC

S55

计数器

ROT

旋转控制

ROTB

S26

二进制旋转控制

COD

代码转换

CODB

S27

二进制代码转换

MOVE

逻辑与后的数据传送

M0VOR

S28

逻辑或后的数据传送

MOVB

S43

一字节的传送

MOVW

S44

两字节的传送

MOVN

S45

N个字节的传送

COM

公共线控制

COME

S29

公共线控制的结果

JMP

S10

跳转

PARI

Sll

奇偶校验

DCNV

S14

数据转换

DCNVB

S31

扩展数据转换

COMP

S15

比较

COMPB

S32

二进制比较

COIN

S16

一致性检测

SFT

S33

寄存器移位

SFLN

寄存器左移位

SFRN

寄存器右移位

DSCH

S17

数据搜寻

DSCHB

S34

二进制数据搜寻

XM0V

S18

变址数据传送

XMOVB

S35

二进制变址数据传送

ADD

S19

加法

ADDB

S36

二进制加法

SUB

S20

减法

SUBB

S37

二进制减法

MUL

S21

乘法

MULB

S38

二进制乘法

DIV

S22

除法

DIVB

S39

二进制除法

NUME

S23

常数定义

NUMEB

S30

二进制常数定义

DISPB

S41

扩展信息显示

WINDW

S52

写窗口数据

PSGNL

S50

位置信号输出

PSGN2

S63

位置信号输出2

DIFU

S57

上升沿检测

DIFD

S58

下降沿检测

EORB

S59

异或

ANDB

S60

逻辑与

ORB

S61

逻辑或

NOTB

S62

逻辑非

CALL

S65

条件子程序调用

CALLU

S66

无条件子程序调用

S71

子程序

SPE

S72

子程序结束

SPCNT

主轴轴控制

*详细内容见资料K1000PLC用户手册PLC指令篇。

2.3K1000系列PLC的内部软元件

地址符

含义

寻址空间

备注

MC→PLC的DI输入

XO-X255

允许位寻址，只读

PLC→MC的DO输山

YO-Y255

允许位寻址

CNC→PLC输入

F0-Y255

允许位寻址，只读

PLC→CNC输出

G0-G511

允许位寻址

PLC内部控制继电器

RO-R999

允许位寻址

PLC内部特殊标志

SO-S19

允许位寻址

PLC内部掉电保持继电器

KO-K19

允许位寻址

数据表

DO-D4095

允许位寻址

计数器

CO-C79

0～9999（CTR）

0～32767（CTRC）

定时器

TO-T79

16～172800000s

（TMR,TMRB）

标号序号

LO-L9999

子程序序号

PO-P9999

1、输入继电器X

I：

输入继电器X与输入端相连，它是专门用来接受机床外部开关信号的元件。

PLC通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为1，断开时为0）读入并存储在映像寄存器中。

输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现其线圈，其触点的使用次数不限。

2、输出继电器Y

输出继电器Y用来将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备〉。

输出继电器线圈是由PLC内部的程序驱动的，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元驱动外部负载。

在输出单元中，每个硬件继电器都对应有唯一一对常开硬触点，但在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点可以多次使用。

3、CNC→PLC的输入继电器F→CNC→PLC的输入继电器F属于数控系统的内部信号，使用时不能更改。

4、PLC→CNC的输出继电器GPLC→CNC的输入继电器G属于数控系统的内部信号，使用时不能更改。

5、辅助继电器（R）

辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。

辅助继电器不能直接驱动负载，辅助继电器的常开与常闭触点在PLC内部编程时可无限次使用。

每个辅助功能M代码在PLC程序都有对应的R地址。

6、内部状态继电器S

内部状态继电器S也称PLC的内部特殊标志，共20点，主要用在主轴自动换挡的控制中。

7、定时器（T）

PLC中的定时器相当于继电器控制系统中的通电延时型时间继电器，它可以无限对常开、常闭延时触点。

定时器中有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器

8、计数器（C）

CTR用作计数器。

计数器可以用于NC机床的多种用途。

像预置值或计数值的数字数据可通过系统参数以BCD格式或二进制格式使用。

9、数据寄存器（D）

数据寄存器D又称为数据表，PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。

10、内部保持型继电器K

2.4数控机床PLC程序编写与调试

2.4.1数控机床梯形图的绘制

照明灯的控制：

要求用机床操作面板上的一个按钮控制照明灯的打开和熄灭，即按下面板上指定的照明按钮时照明灯亮，第二次按下该按钮时照明灯熄灭。

面板按钮地址为X46.1，输出地址为YO.2，梯形图如下：

KND系统急停梯图：

电动刀架梯形图:

加工记数梯图：

记数到达停止输出:

2.4.2数控机床PLC程序的传输调试

连接通讯线，设置参数，下载梯形图到系统。

下载步骤：

⑴选择CNC为录入方式：

⑵在CNC的设置画面，设置PLC调试=1；

⑶设置CNC的串口属性，和KNDPLC开发软件中的设置一致，注意数据位必须设定为8位；

⑷通过KNDPLC开发软件，把目标程序下传到系统；

⑸按系统MDI/CRT面板上的“诊断”软键，在诊断号N999里输入12345678，以保存PLC。

⑹完成调试过程以后，在CNC的设置画面，设置PLC调试=0并关断系统电源。

PC参数的传输

⑴选择CNC为录入方式；

⑵在CNC的设置画面，设置PLC调试=1；

⑶设置CNC的串口属性，和KNDPLC开发软件中设置一致，注意数据位必须设定为8位；

⑷通过KNDPLC开发软件，可以上传、下传PC参数；

⑸完成操作过程以后，在CNC的设置画面，设置PLC调试=0；

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