系统的识别、处理,转换成与辅助动作对应的控制信号,使执行环节作相应的开关动作。
(1)PLC输入输出端与机床面板信号联接。CNC数控车床操作面板上有按钮、旋钮开关、波段开关和指示灯等,按钮、旋钮开关和波段开关,直接与可编程控制器的输入端接线柱相连,指示灯接线直接与PI£输出端接线柱相连,指示灯的亮暗取决于相应的PLC输入端的开关状态及固化在PCROM卡中的梯形图程序。
(2)PLC输出端与车床强电信号联接。PLC在CNC车床中的主要作用,是控制强电部分,如:主控电源、伺服电源、刀架电机正反转、主轴风扇、润滑电机等。由于流过强电电路的电流很大,在PLC输出端都接有保护用继电器。在每一个交流
线圈两侧并联阻容电路以吸收由于线圈通断时产生的浪涌电流。为了提高电机运行的可靠性。在接触器线圈电路中加有互锁保护触点。同理,每个电机的运行程序控制逻辑,都固化在PCROM卡中,受机床操作面板开关和数控系统软件的控制。
(3)PLC输入端与CNC机床数控装置I/O口的联接。可编程控制器输出端的通断,是由其输入端通断状态及梯形图程序决定的。CNC车床数控装置与可编程控制器的联接,是通过软开关直接控制PLC输入端的通断,以决定PLC输出端的状态。从数控装置I/O口的信息流向分析,可以分为两种情况:一是数控装置从I/O口输出指令,控制PLC完成相应的动作;另一种是检测PLC输入口的开关状态,数控装置的I/O口是输入信号,数控装置根据输入信号的性质做出相应的控制。
(4)CNC加工代码在PLC上的实现方法。目前,数控车床程序中,有关车床坐标系约定、准备功能、辅助功能、刀具功能及程序格式等方面已趋于统一,形成了统一的标准,即所谓的CNC车床ISO代码。在—个加工程序中,包含许多程序段,每个段又由若干字组成,每1个字表示一种功能,归纳起来有4种:
第一种是准备功能,即所谓的G代码;
第二种是辅助功能,即所谓的M代码;
第三种是刀具功能,即所谓的T代码;
第四种是转速功能,即所谓的S代码。
根据数控车床性能的不同,能执行这4种功能多少的程度也不同。在数控车床内部的4种功能中,G功能主要与联动坐标轴驱动有关,是通过CPU控制数控装置的I/O接口实现;M功能主要控制车床强电部分,包括主轴换向、冷却液开关等功能;T功能与刀具的选择和补偿有关。
(5)T功能代码的实现方法。T功能代码包含两部分:一是刀具选择;二是刀具位置补偿。在PLC上实现的是第1部分功能:刀具选择。换刀过程如下:运行数控程序,发出某个刀具号的换刀指令,对应的数控装置I/O口变为高电平,使PLC输入端的软开关接通,换刀电机正转,当在刀架上的干簧管触点开关接通后,换刀电机反转,使刀架下落压紧,当压紧力足够大时,微动开关接通,换刀电机停止运转啊。
(6)M功能代码实现方法。ISO数控加工代码标准中辅助功能很多,对于不同的数控车床,所能实现的辅助功能也不尽相同,但是各种数控车床都具有一些基本的辅助功能。如M00(程序停止),M03(主轴正转),M05(主轴停止)等,M功能的一部分是由数控系统本身的硬件和软件实现,还有一部分需要数控装置与Pig相结合来完成。如主轴的正转与停止功能,M功能的实现与T功能的实现方法类似,同样是数控装置FO接口发出指令,由PLC输入端状态和PLC内部ROM中的梯形图程序决定PLC输出端的状态,进而完成M功能。
3.4.2 PLC的分类
(1)CNC数控系统的两类控制信号。一类是高速信号,主要用于各个坐标轴的插补运动;另一类是低速信号,主要用于控制主轴电机的正、反运转、接触器、电磁阀的通断等开关量。低速信号的控制对象,主要一些高电压或大电流的强电设备,其控制采用可编程序控制器,具有可靠性高,柔性好等特点,而且随着可编程控制器本身性能价格比不断提高,在现代CNC、FMS系统中的应用有不断上升的趋势。
(2)数控车床PLC目前的两种形式。一种是采用单独的CPU完成PLC功能,即配有专门的PLC,PLC在CPU外部,称为外装型PLC;第二种是采用数控系统与PLC合用一个CPU的方法,PLC在CPU内部,称为内装型PLC。FANUC数控系统采用内装型PLC。
4 PLC系统构成、网络通讯
4.1 PLC的工作原理
4.1.1 PLC的等效工作电路
PLC是一种微机控制系统,其工作原理也与微机相同,但在应用时,可不必用计算机的概念去做深入的了解,只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置,从而把PLC等效成输入、输出或内部控制电路三部分。
1)输入部分
这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器等输入设备连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈,线圈号(输入触点号)。这个线圈由接到的输入端的外部信号来驱动,其驱动电源可由PLC的电源部件提供(如直流24V),也可由独立的交流电源(如交流110V)供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部的触点(常开、常闭形式均可),供设计PLC的内部控制电路(即编制PLC控制程序)时使用。
2)内部控制电路
这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息,判断应该产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PLC程序一般用梯形图形式表示。而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的,PLC程序中的常开触点、常闭触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。
在PLC内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等继电器控制系统没有的器件,它们的线圈及常开、常闭触点只能在PLC内部控制电路中使用,而不能与外部电路相连。
3)输出部分
这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部,有若干能与外部设备直接相连的输出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式),它也有无限多软件实现的常开、常闭触点,可在PLC内部控制电路中使用;但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连,用以驱动需要操作的外部负载。外部负载的驱动电源接在输出公共端(COM)上。
总之,在使用PLC时,可以把输入端等效为一个继电器线圈,其相应的继电器触点(常开或常闭)可在内部控制电路中使用,而输出端可以等效为内部输出继电器的一个常开触点,驱动外部设备。
4.1.2 PLC的工作过程
PLC一般采用循环扫描方式工作。当PLC加电后,首先进行初始化处理,包括检查I/O及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查I/O单元的连接等。开始运行之后,串行地执行存储器中的程序,这个过程可以分为如下四个阶段: