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基于三菱数控系统立式加工中心PLC控制程序设计

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基于三菱数控系统立式加工中心PLC控制程序设计基于三菱数控系统立式加工中心PLC控制程序设计 题目: 基于三菱数控系统立式加工 中心PLC控制程序设计 摘 要 在当今机械制造业的发展过程中,数控技术是其核心技术之一。数控加工中心已经成为现代化控制中不可缺少的加工设备,为了满足加工精度的需要无论是对机械结构还是控制系统都提出了相当高的要求,CNC数控系统以其高可靠性和精确受到广大用户的青睐。本文针对三菱M64S数控系统用于加工中心做相应的介绍,包括加工中心的结构、数控系统的规格、接线方式等,本文最重要的是对M64S数控系统的软件PLC控制程序的编写。 本文根据设计的...
基于三菱数控系统立式加工中心PLC控制程序设计
基于三菱数控系统立式加工中心PLC控制程序 题目: 基于三菱数控系统立式加工 中心PLC控制程序设计 摘 要 在当今机械制造业的发展过程中,数控技术是其核心技术之一。数控加工中心已经成为现代化控制中不可缺少的加工设备,为了满足加工精度的需要无论是对机械结构还是控制系统都提出了相当高的要求,CNC数控系统以其高可靠性和精确受到广大用户的青睐。本文针对三菱M64S数控系统用于加工中心做相应的介绍,包括加工中心的结构、数控系统的规格、接线方式等,本文最重要的是对M64S数控系统的软件PLC控制程序的编写。 本文根据设计的要求,主要包括如下几个方面:硬件系统的连接、加工中心电气控制电路设计、PLC控制程序的编写与调试等。第一章介绍了数控技术的概念、构成、分类和发展趋势,并简要介绍了三菱数控系统。第二章具体介绍了数控系统硬件的安装,包括各个设备之间的连接、基本I/O单元之间的连接。第三章介绍了数控加工中心电气控制电路的设计,包括主电路的设计、控制电路的设计和伺服电路的设计。第四章介绍PLC控制程序的编写步骤及关键部分的解释,第五章介绍编程软件和计算机与数控系统进行通信,将程序传入M64S数控系统,进行简单的调试。第六章总结了本次毕业设计的过程和心得。 关键词:M64S数控系统;加工中心; PLC控制程序 I Abstract In today's machinery manufacturing developing process, the CNC technology is one of the core technologies. CNC Machining Center has become a modern control indispensable processing equipment, To meet the needs of machining accuracy regardless of the structure or mechanical control system is a very high demand CNC systems with high reliability and precision by a wide range of users of all ages. Based on Mitsubishi M64S NC system for the processing center, I introduced processing center structure, NC system specifications, and wiring etc. The most important content is about the PLC control programming for Mitsubishi M64S NC system. According to the design requirements, this paper includes the following parts: hardware systems, the Machining Center electrical control circuit design, PLC control procedures for the preparation and debugging. The first chapter is about the NC concept, structure, classification and the development trend and Mitsubishi briefed the NC system. Chapter two is about the NC system hardware installation, including all the equipment connected basic I / O modules betIen connections. The third chapter describes the CNC Machining Center electrical control circuit design, including the design of the main circuit, Control circuit design and servo circuit design. Chapter four presents the PLC control procedures for the preparation steps and key part of the explanation. Chapter five is about the software and computer programming and NC systems, and procedures into M64S NC system simple debugging. In chapter six I summarized the design process and experience of the graduated project. Keywords: M64S NC; Machining center; PLC control procedures II 目 录 第一章 绪论 ........................................................................................... 1 1.1 概述 .............................................................................................................. 1 1.1.1 CNC数控基本概念 .............................................................................. 1 1.1.2 数控加工中心的组成 .......................................................................... 1 1.1.3 数控系统的分类 .................................................................................. 3 1.1.4 数控加工中心的优缺点 ...................................................................... 6 1.1.5 数控技术发展回顾及未来发展趋势 ................................................... 6 1.2数控系统介绍 ............................................................................................... 7 1.2.1 三菱数控产品简介 .............................................................................. 7 1.2.2 三菱M64S数控系统简介................................................................... 7 第二章 三菱M64S数控系统硬件组成 .............................................. 11 2.1三菱M64S 数控系统NC单元 .................................................................. 11 2.1.1 控制及显示单元 ................................................................................ 11 2.1.2开关电源及急停按钮配线 ................................................................. 13 2.2三菱M64S数控系统基本I/O单元 ....................................................... 14 第三章 数控加工中心电气原理图设计 .............................................. 21 3.1 数控加工中心设计概述 ............................................................................. 21 3.2 数控加工中心主回路/电气控制回路......................................................... 23 3.2.1 主回路/电器控制回路简述 ............................................................. 23 3.2.2 主回路/电器控制回路图 ................................................................. 23 3.3 数控加工中心伺服电路设计 ..................................................................... 28 3.4 数控加工中心电气接口图 ......................................................................... 29 第四章 数控加工中心PLC控制程序设计 .......................................... 30 4.1 三菱数控系统软将配置 ............................................................................. 30 4.1.1 信号流程简述 .................................................................................. 30 4.1.2 信号流程图 ..................................................................................... 30 4.2 数控加工中心输入输出信号地址 ............................................................. 31 4.3 数控加工中心PLC控制程序设计步骤 .................................................... 37 4.4 数控加工中心PLC控制程序说明 ............................................................ 37 4.4.1 加工中心方式选择 .......................................................................... 37 4.4.2 加工中心定时器程序 ...................................................................... 40 III 4.4.3 进给轴工作状态选择 ...................................................................... 41 4.4.4 加工中心进给轴运动方向指示灯程序 ........................................... 42 4.4.5 加工中心手轮选择及其倍率的设定 ............................................... 43 4.4.6 加工中心主轴倍率选定程序........................................................... 45 4.4.7 M功能指令的实现 ......................................................................... 47 4.5 数控加工中心PLC控制程序 .................................................................. 48 第五章 M64S数控系统联机调试 ....................................................... 49 5.1 GX Developer软件使用说明 ...................................................................... 49 5.1.1 GX Developer软件的安装 .............................................................. 49 5.1.2 GX Developer软件的开启步骤及设定 ........................................... 49 5.1.3 GX Developer软件的编程操作说明 ............................................... 50 5.2 PC机与CNC之间的连接 .......................................................................... 52 5.3联机通讯 ..................................................................................................... 52 5.3.1 NC相关参数设定 ........................................................................... 52 5.3.2 PLC控制程序的传输 ...................................................................... 53 第六章 结论 ......................................................................................... 54 6.1 总结 .................................................................................................... 54 6.2 感想 ............................................................................................................ 55 致谢 ........................................................................................................ 56 参考文献 ................................................................................................. 57 附录A:英文资料 ................................................................................................. 58 附录B:英文资料翻译 .......................................................................................... 63 附录C:电气接口图 ............................................................................................. 68 附录D:PLC梯形图 ............................................................................................. 72 附件: 毕业论文光盘资料 IV 第一章 绪 论 数控系统是现代机械制造系统的重要支柱之一,数控机床是现代制造技术不可缺少的设备,它的核心是数控系统。本章针对数控技术、数控机床、数控系统的概念及发展情况做简要的介绍。 1.1 概述 1.1.1 CNC数控基本概念 1、数控技术 数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。 2、数控系统 数控是数字控制(Numerical Control NC)的简称。从广义上讲,是指利用数字化信息实行控制,也是利用数字控制技术实现的自动控制系统,其被控对象可以是各种生产过程。从狭义上理解,就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制,例如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。 随着自动控制理论、电子技术、计算机技术、精密测量技术和机械制造技术的发展,数控技术正向着高速度、高精度、智能化、开放型以及高可靠性等方向迅速发展。 3、数控机床 数控系统与被控机床本体的结合体称为数控机床。国际信息处理联盟(International Federation Of Information Processing)第五技术委员会对数控机床作出如下定义:数控机床是一个装有程序控制系统的机床,该系统能够逻辑的处理具有使用代码,或其他符号编码指令规定的程序。也就是说,数控机床是一种采用计算机,利用数字信息进行控制的高效、能够进行自动化加工的机床,它能够按照机床规定的数字化代码,把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能表示出来,经过数控系统的逻辑处理和运算,发出各种控制指令,实现要求的机械动作,自动完成零件加工任务。所以,数控机床是一种灵活性很强、技术密集型及自动化程度很高的机电一体化加工设备。 1.1.2 数控系统的组成 数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、伺服系统(驱动控制装 1 置)、机床电器逻辑控制装置所组成,机床本体为被控对象,它的结构框图如图1.1所示: 1、输入装置 机伺服系统 输入床数 控 装 置 输出本(CNC) 装 置 体 机床电器控制装置 图1.1 数控系统结构框图 输入装置将数控加序等各种信息输入数控装置,输入的内容及数 控系统的工作状况可以通过输出装置装置进行观察。现在数控系统主流的输入/输出装置有磁盘驱动器、通讯网络接口、LCD及各种显示器件等。 2、数控装置 数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是:正确识别和解释数控加工程序,对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理,完成各种输入、输出任务。其形式可以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或计算机数控装置。前者称为硬件数控装置,或NC装置,其数控功能有硬件逻辑电路实现;后者称为CNC装置,其数控功能有硬件和软件共同实现。数控装置将数控加工程序安两类控制信息分别输出:一类是连续控制量,送往驱动控制装置;另一类是离散的开关控制量,送往机床电器逻辑控制装置。 3、伺服系统 伺服系统(驱动控制单元)位于数控装置和机床本体之间,包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成,它按照数控装置发出的位置命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件的移动。主轴驱动装置主要由速度控制单元组成。 4、机床电器控制装置 机床电器控制装置位于数控装置和机床之间,接受数控装置发出的开关命令,主要完成机床主轴选速、起停和方向控制信号,换刀功能,工件装夹功能冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。其形式可以是继电器控制线路或可编程逻辑控制器(PLC)。 根据不同的加工方式,机床本体可以是车床、铣床、钻床、磨床、镗 2 床、加工中心及电加工机床等。与传统的普通机床相比,数控机床本体的外部造型、整体布局、传动系统、刀具系统及操作机构等方面都应该符合数控的要求。 数控机床还配有各种辅助装置,其作用是配合机床完成对工件的加工。如切削液或油液系统中的冷却或过滤装置,油液分离装置,吸尘吸雾装置、润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气动、液动装置等。除上述通用辅助设备外,从目前数控机床技术现状看,至少还有五类辅助装置是数控机床应该配备的:对刀仪、自动编程机、自动排屑机、物料储运及上下料装置和交流稳压电源。 现代数控系统采用可编程逻辑控制器(PLC)取代了传统的机床电器逻辑控制装置,即继电器控制线路。用PLC控制程序实现数控机床的各种继电器控制逻辑。PLC可位于数控装置之外,称为独立型PLC;也可以与数控装置合为一体,称为内装型PLC。 1.1.3 数控系统的分类 1、 按数控机床运动轨迹分类 (1)点位数控系统 这类数控系统控制机床运动部件从一点准确移动到另一点,在移动过程中不进行加工,因此对两点间的移动速度和运动轨迹没有严格要求,可以先沿着一个坐标轴移动完毕,在沿着另一个坐标轴移动,也可以多个坐标轴同时移动。但是为了提高加工效率,一般要求运动时间最短;为了保证定位精度,常常要求运动部件的移动速度是“先快后慢”,即先以快速移动接近目标点,再以低速趋近并准确定位。 (2)直线数控系统 这类数控系统不仅要控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点,还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹。其轨迹一般为与某坐标轴平行的直线,也可以为与坐标轴成45?夹角的斜线。但不能为任意斜率的直线。由于这类数控系统可以一边移动一边切削加工,因此其辅助功能也比点位数控系统多一些。 (3)轮廓数控系统 这类数控系统能够同时对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制,使其合成的平面或空间的运动轨迹符合被加工工件图样的要求。这类数控系统的辅助功能比前两类都多。 2、 按数控机床伺服系统分类 (1)开环数控系统 3 这类数控系统不带检测装置,也没有反馈电路,一般以步进电机或电液脉冲马达作为执行元件。数控装置输出的指令脉冲经驱动电路功率放大后,转换为控制步进电动机各定子绕组依次通电/断电的电流脉冲信号,驱动步进电动机旋转,再经过机床传动机构带动工作台移动。这种方式只有前向通道,没有反馈通道,控制简单,调试维修方便,价格低廉,但精度和速度受到限制,如图1.2所示: 图1.2 开环数控系统原理图 (2)全闭环数控系统 这类数控系统带有位置检测反馈装置,把直流或者交流电动机作为执行元件。位置检测装置安装在机床工作台上,用以检测机床工作台的实际运行位置(直线运动),并将其与数控装置计算出的指令位置(或位移)相比较,用差值进行控制,驱动工作台朝着减小误差的方向运动。根据自动控制原理可知,凡是被反馈通道所包围的前向通道中所有误差都能被反馈所补偿,因此,这类数控系统可以获得很高的精度和速度。但是由于它将丝杠、螺母副、导轨以及机床工作台这些大惯量环节或齿隙非线性环节都包含在闭环内,给设计和调试造成困难,系统稳定性得不到保证。全闭环数控系统一般应用于高精度和超高精度数控机床中,如图1.3所示: 图1.3 全闭环数控系统原理图 (3)半闭环数控系统 这类数控系统也带有检测反馈装置,但检测元件被安装在电动机轴或丝杠轴端处,通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运动位置(直线位移),并将其与数控装置计算出的指令位置(或位移)相比较, 4 用差值进行控制。由于闭环的环路内不包含丝杠、螺母副、导轨及机床工作台这些大惯量环节,这些环节造成的误差不能被反馈信号所补偿,因而其综合精度不如全闭环数控系统。但半闭环数控系统环路短,刚性好,调试方便,容易获得比较稳定的控制特性,因此这种半闭环数控系统被实际生产所广泛使用,如图1.4所示: 图1.4 半闭环数控系统原理图 3、 按数控机床功能水平分类 (1)经济型数控系统 经济型数控系统又称简易数控系统。这类数控系统通常仅能满足一般精度的加工,能加工形状比较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件,采用的计算机系统为单板机或单片机系统,具有数码显示、CRT或LCD字符显示功能,机床进给由步进电机实行开环驱动,控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下,进给分辨率一般为10um,快速进给不超过 10m/min。这类机床一般结构比较简单,精度中等,价格也比较低廉。 (2)普及型数控系统 普及型数控系统又称全功能数控系统。这类数控系统功能比较多,但不追求过多,以实用为准,除了具有一般数控系统的功能以外,还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等,采用的计算机系统为16位或32位微处理器,具有RS-232通信接口,机床的进给多用交流或直流伺服驱动,一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制,进给分辨率一般为1um,快速进给速度最大为10,20m/min,其开关量输入输出控制一般由可编程控制器来完成,从而大大增强了系统的可靠性和控制的灵活性。 (3)高档型数控系统 高档型数控系统一般是指加工复杂形状的多轴联动数控机床,并且其工序集中、自动化程度高、功能强,具有高度柔性。采用的计算机系统为32位以上控制器,机床的进给大多采用交流伺服驱动,除了一般数控系统的功能外,应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制,最小进给分辨率为0.1um,最大快速移动速度可以达到100m/min或更高,具有三维动画图形功能和宜人的图形用户界面,同时具有丰富的刀具管理功能、宽调速主 5 轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能,还有很强的职能诊断和智能工艺数据库,能实现加工条件的自动设定,并能实现计算机的联网和通信。 1.1.4 数控加工中心的优缺点 数控技术的发展已经有50多年的历史了,经过多次修正,如今它已经很成熟了。在这50年里,它没有被社会发展所陶汰,证明着它有许多优点,而且它的优点是无可取代的。它的优点有高精度、定位准确性、对操作者的技术要求低、能增加生产力、减少人为错误、能适应中、小批量结构复杂、精度高的加工、对工时估算容易、生产精度掌握容易。 1.1.5 数控技术发展回顾及未来发展趋势 1、数控,NC,阶段,1952-1970年, 早期的计算机运算速度低,这对当时的科学计算和数据处理影响不大,但不能适应机床实时控制的要求。于是,人们不得不采用数字逻辑控制电路,组成机床专用计算机。这种数控装置称为硬件连接数控装置(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC)。随着电子元器件的发展,这个阶段又经历了三代:1952年的第一代 — 电子管计算机组成的数控装置;1959年的第二代 — 晶体管计算机组成的数控装置;1965年的第三代 — 小规模的集成电路计算机组成的数控装置。 2、计算机数控,CNC,阶段,1970年-至今, 1970 年研制成功了大规模集成电路,并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算机,其运算速度比以往的计算机有了大幅度的提高,比专用计算机成本低、可靠性提高。于是,小型计算机作为数控系统的核心部件,数控机床进入了计算机数控(CNC)阶段。1971年,美国INTEL公司在世界上的第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器,采用大规模的集成电路控制技术,将其集成在一块芯片上,称为微处理器(Microprocessor),又称中央处理单元CPU。1974年,微处理器应用于数控系统。 虽然早期的微处理器速度和功能对数控装置来说有局限性,但可以通过多处理器结构来解决相应的问题。由于微处理器是通过计算机的核心部件,故此时的数控系统仍然成为计算机数控。到了1990年,PC机的性能已发展到很高的水平,可满足数控系统核心部件的要求,而且PC机的生产批量很大,软件资源丰富,价格便宜,可靠性高,数控系统从此进入基于PC的阶段。 3、未来的发展 6 当今的计算机业的高速发展,并且计算机业已经基本成熟,所以数控系统还是以PC为基础,开发以PC为基础的控制器,这种控制器可以将数控系统与PC直接连接,这样可以直接实现数据的传输,大大提高了控制器的能力,还将降低控制器的成本。 控制器还将采用开放式的系统构架,这样数控机床也可以像今日的计算机业一样,用户可以根据需要自行对数控机床的软、硬件进行配置,这样数控机床的功能提升了,价格降低了。同时数控机床还向小型化发展。 总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代—小型计算机数控系统;1974年的第五代—微处理器组成的数控系统;1990年的第六代—基于PC的数控系统 。 数控系统半个世纪经历了两个阶段六代大发展,只是发展到了第五代以后,才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用很不方便等极为关键的问题。因此,即使在工业发达国家,数控机床大规模地得到应用和普及也是在20世纪的70年代末、80年代初的事情,也就是说,数控技术的发展和普及经过了近30年。 1.2 数控系统介绍 1.2.1 三菱数控产品简介 三菱公司是国际上有影响力的著名企业,其生产的产品以性能好、质量稳定可靠获得广大用户的一致好评,近几年来,三菱电机公司加大了在中国大陆推广CNC数控系统的力度。 数控机床的核心是控制器,三菱公司推出了高质量、高性价比的CNC系统,它提供了丰富而先进的功能。目前在中国市场推广使用的有普及型的E60系列,高性能的M60S系列数控系统,以及用于汽车生产线的高档C64 CNC数控系统,今年又推出了E68、M700等系列CNC数控系统。 1.2.2 三菱M64S数控系统简介 1、数控加工中心结构 数控加工中心的结构框图如图1.5所示: 7 数控装置(CNC) 机 床 控 制 电 器 Z切刀主刀主削 轴轴架轴排轴臂轴液X进进电进屑冷电电伺 给给机给电却机机服驱驱控驱机电控 控 动 动制动机器制 制 图1.5 数控加工中心电气组成结构框图 由图1.5结构框图可知,加工中心电气组成分别由CNC数控系统,进 给伺服轴,主轴及其他轴电力电器、电机等组成。 2、三菱M64S数控系统规格 三菱M64S数控系统主要规格参数见下表1.1: Y 表1.1 三菱M64S数控系统主要规格 车削系统 钻削系统、铣削系统 型号 M64SL M64SM 最大控制轴数 14 7 最大NC轴数 12 6 最大主轴数 4 最大PLC轴数 2 同时联动轴数 4 辅助轴数 4 PLC开发工具 GX Developer 程序存储容量(标准/最大) 40/5120 显示单元 单色CRT (9寸) 单色LCD(7.2寸 10.4寸) 彩色LCD(10.4寸) MELSEC网络 CC-LINK 3.三菱M64S数控系统结构 三菱M64S数控系统具有一般通用数控系统的结构,分别由控制单元/ 8 显示单元、基本I/O单元、伺服驱动单元、伺服电机、远程I/O单元、RS-232等设备组成,如图所示: 图1.6(a) 三菱M64S数控系统结构 三菱M64S数控数控系统的功能强大故当其用于加工中心时的各功能组件也很多,有些组件在本次设计中并未遇到,所以在此次设计中可将系统结构稍作简化,如图1.6(b)所示,每一个单元的安装与连接在下面章节均有介绍。 9 1.6(b) 三菱M64S数控系统结构 4、三菱M64S数控系统的特点 (1)所有M64S系列控制器都标准配备了RISC 64 位CPU,具备目前世界上最高水准的硬件性能。 (2)高速高精度即能对应,尤为适合模具加工。 (3)SSS(Super Smooth Surface)超高平滑表面控制,大幅改善模具加工精度及时间要求。 (4)标准内藏对应全世界主要通用的12种多国语言操作界面。 (5)可对应内含以太网络和IC卡界面,即使在程序运转中,所有内藏资料都可以传输对立。 (6)坐标显示转换可自由切换(程序值显示或手动插入量显示切换) (7)标准内藏波形显示功能,工件位置坐标及中心点测量功能。 (8)缓冲区修正机能扩展,可对应HPS/计算机链接B/DNC/记忆/MDI等模式。 (9)图形显示机能改进;可含有刀具路径资料,以充分显示工件坐标及刀具补偿的实际位置。 (10)简易式对话程序软件。 (11)可对应Windows操作环境的PLC开发软件GX Developer。 (12)特殊G代码和固定循环程序,如G12/13,G34/35/36,G37.1等。 (13)新机能扩展追加,根据市场,满足客户请求,详细给营业单位。 10 第二章 三菱M64S数控系统硬件组成 在本次毕业设计中所用的三菱M64S数控系统的配置是标准配置,包括插口与配线,这为我毕业设计的研究提供了方便。在本章中重点介绍了控制单元、基本I/O单元、伺服单元的安装与连接。 2.1 三菱M64S数控系统NC单元 2.1.1 控制及显示单元 1、控制单元 控制单元是数控系统的核心,负责与显示单元、键盘单元、基本I/O单元、手动脉冲发生器、RS-232仪器等设备的信息进行交换和处理。 (1)控制单元外型及接口 电气设备的接地是十分重要的,M64S数控系统也是不例外的,并且它的接地不同于其他,M64S 的HR171 通讯卡的FG 必需单独接地,不能与M64S 控制器进行串联接地,如图2.1(a)所示: 图2.1(a) 控制器外型图 我们对M64S控制器与各种设备间的连接作详细的说明。控制器图见图2.1(b)所示: 11 图2.1(b) 控制器外型图 注:?HR171卡FG端子 ?NCNO:通常设为0 ?SW2:通常为ON ?AUX2接头:通常不使用 ?AUX1接头:接显示器 ?DC1N 直流24V电源接口 ?EMG 急停信号输入接口 ?AUX1 显示屏幕连接接口,与显示屏幕的CR02连接 (2)控制单元开关设定 NC SYS设定见表2.1 表2.1 NC SYS设定 设定 操作模式 内容 0 正常系统执行 系统动作时 1 PLC停止 PLC程式的停止 7 SRAM全消除 B 系统版本更新 2、显示单元 显示单元可以是CRT显示也可以是LCD显示,该系统采用的显示单 元是10.4”color LCD显示器FCU6-DUN33+KB20/KB30,与CRT显示相比 较,画面更清晰,色彩更新,可视性更突出。并且不需要额外提供电源。 显示单元的电路如图2.2所示: 12 图2.2 显示单元的连接 2.1.2 开关电源及急停按钮配线 1、开关电源 电源模块主要是将三相交流电转换成直流电,为主轴模块和伺服模块提供直流电流。现在我们的电源单元通常使用通用稳压电源,电源的规格要求是输出电压DC 24V?5%,波纹200MV MAX,输出电源3A。电源单元连接图见图2.3 图2.3 电源单元连接图 2、急停按钮配线 急停铵钮的配线如图2.4所示: 13 行程接触开关 急停按钮 图2.4 急停按钮内部接线图 2.2 三菱M64S数控系统基本I/O单元 1、I/O单元种类 三菱CNC信号的传送,通过I/O接口进行,I/O种类有:基本I/O 、 DI/DO、伺服驱动单元、同期进给编码器、跳跃信号、远程I/O单元。每一台控制单元须有1台基本I/O单元相配套,远程I\O的使用视实际情况的需要进行取舍,连接基本I/O单元或控制单元除DI/DO功能,也可以进行模拟输入和模拟输出。 2、基本I/O单元结构及各部分名称 基本I\O单元板的结构如图2.5所示: 14 图2.5 基本I\O输入/输出结构示意图 图2.5各部分的功能说明如下: 1DI连接头(X0,X,F) ? 2DI连接头(X20,X3F) ? 3DO连接图(Y0,Y,F) ? 4DO连接图(Y20,Y3F) ? 5感应器连接头 ? 6同步进给编码器接头 ? 7I/O界面接头 ? 8旋转开关2:通常设为1 ? 9旋转开头1:通常设为0 ? 10伺服放大器第1Bus-Link接头 ? 11伺服放大器第2Bus-Link接头 ? 12DC +24V电源输入端 ? 13遥控I/O单元第1接头 ? 14遥控I/O单元第2接头 ? 15RS-232C ? 16手轮脉冲发生器 ? 15 3、控制面板与基本I/O单元的连接 基本I/O单元FCU6-DX451是三菱数控系统的最基本的配置之一输入插口为CF31、CF32,两个插口共有64点,输出插口CF33、CF34,CF33有32点,CF34有16点,共48点,根据系统的规定在机床侧接DC24V : 电源。 机械控制信号与基本I/O单元控制信号连接如图2.6所示 图2.6 控制信号连接 4、控制器与基本I/O单元的连接 控制器与基本I\O输入输出关系连接图如图2.7所示: 图2.7 控制器与基本I\O输入输出单元连接图 16 5、基本I/O单元伺服驱动单元的连接 基本I/O单元具有两个伺服驱动的接口SV1(1系统)、SV2(2系统), 在本次毕业设计中仅使用了SV1接口,伺服驱动单元串联连接于该插头。 连接示意图如图2.8所示: 进给轴伺服驱动? 基本I/O单元 SV1 CN1A CN2 Z轴伺服电机 CN1B UVW 进给轴伺服驱动? CN1A Y轴伺服电机 CN2 CN1B UVW 进给轴伺服驱动? CN1A X轴伺服电机 CN2 CN1B UVW 主轴伺服驱动 CN1A CN2 主轴伺服电机 终端电阻 UVW CN1B 图2.8 I/O单元伺服驱动单元的连接 17 6、基本I/O单元与手轮的连接 在三菱M64S数控系统中,将手动脉冲发生器连接到控制单元的HANDLE插口,本单元可以最多连接两个手动脉冲发生器,我们使用的手动脉冲发生器是HD-60,手轮每一格的移动量由手轮/增量倍率开关决定。手轮脉冲发生器可以选择一个脉冲的进给量,进给量为0.001毫米(*1),0.01毫米(*10),0.1毫米(*100)等基本进给单位。 通信端口是与基本I/O单元上的电板(HR211)连接RS232,示意图如图2.9所示: 图2.9 手轮、RS232与I/O单元的连接示意图 7、系统模块LED状态显示 M64S控制器的部分指示灯为下图2.10所示: 图2.10 M64S系统LED状态显示图 (1)控制单元的LED状态显示 控制单元的LED显示位于M64S控制单元的上方位置,其含义如表2.2所示: 18 表2.2 M64S控制单元LED显示含义 名称 含义 DC IN 24VDC电源输入 DC OUT 内部电源输出 PS EMG 急停状态 BAT ALM 电池电量低 WD ER 看门狗报警 NC LED 系统状态显示 (2)电源模块LED状态显示 当电源未通电时,电源LED模块显示为? 电源接通时,正在进行初始化的情况 正在等待NC电源上电或电源模块处于急停状态的情况 NC上电,准备完了后的情况 电源模块在政党工作状态下的情况 当电源模块出现异常时的显示情况 , (3)伺服模块LED状态显示 未通电的情况 ? 正在等待NC上电的情况 与NC单元进行通信,初使化数据的情况 当模块处于运转准备OFF、伺服OFF状态的显示 当模块处于运转准备ON、伺服OFF状态的显示 当模块处于正常运转状态时的显示 19 当模块报警时的显示 当模块出现问题,处于报警状态时的显示 当系统处于急停状时的显示 状态电源从ON变为OFF时显示 20 第三章 数控加工中心电气原理图设计 在加工中心的设计中掌握电气原理图的设计是必须的,本章着重介绍了加工中心机械部分包括电机等电气设备连接图的设计。 3.1 数控加工中心设计概述 数控加工中心拥有较为复杂的机械结构,它需要多个电机来完成其相应的功能,比如:刀臂电机、刀库电机、切削液电机、主轴冷却液电机、排屑电机以及主轴和进给轴的伺服电机等。这些电机的功率大小和速度都是根据数控加工中心的机械结构来选择的。在本次毕业设计中是基于数控加工中心510来进行的,所以进给轴驱动使用MDS-B-SPJ2-37,进给轴电机X、Y轴使用型号为HC152T-A47的伺服电机,Z轴使用型号为HC152BT-A47与其他两进给轴之间的区别在于有包闸功能,主轴驱动单元型号为MDS-B-SPJ2-37,主轴电机型号SJ-PF3.7-01。 数控加工中心的核心部分是控制单元,本毕业设计中选用三菱M64S数控系统,它包括控制单元FCA65S、监控单元FCU6-DUN33+KB20/KB30、基本I/O单元FCU6-DX451、手轮HD-60,它们之间的连接见第二章。通过他们之间的共同作用可以控制加工中心各个运动部件和加工部件。 加工中心的电气控制设计如图3.1所示,共有以下几个部分组成,包括CNC电路,电器主电路,PLC和 I\O接口电路等,三菱M64S控制单元,它是整个数控系统的核心,是对数据进行操作和运算,并输出相关命令等。显示单元主要是显示有关信息,以便人机交互。基本I\O单元主要是NC系统与操作面板机床纤维开关,指示灯等之间信号的传输。其内部软件设计主要是PLC程序和各个NC参数的设定。 加工中心电气总框图如下: 21 图3.1 加工中心电气总框图 22 3.2 数控加工中心主回路/电气控制回路 3.2.1 主回路/电气控制回路简述 作为通用数控加工中心,在主回路部分我设计了冷却电机和排屑电机,分别由相应的接触器控制其运转,同时电机要接地。 电气控制回路部分控制电压220V由电源直接供电。该部分我设计了伺服电源控制电路、24V电源控制电路、冷却控制电路、排屑控制电路、刀库、刀臂电路及照明电路。其中伺服电源控制回路与NC电源是分开控制。照明24V电源通过变压器提供。 3.2.2 主回路/电气控制回路图 1、主电路 如图3.2为数控加工中心主回路,图中的几个电机为三相交流异步电机额定电压是380V,是依照数控加工中心510的机械结构选择的,在伺服部分,由于在本次毕业设计中选用的驱动以及进给电机和主轴电机是日本三菱公司成产的,所以其额定电压为三相220V交流,估需要加变压器来获得相应的电压,变压器的功率最小值为伺服强电部分中各电器功率之和的1.2倍。如图3.2 所示: 23 图3.2 主电路 24 2、电气控制单元回路及交流控制回路 如图3.3所示,是电气控制电路,也就是说在加工中心要完成的各项中动作都是PLC的输出与这个电路相联系才能实现的,图中的PLC输出地址单元为Y28、Y12、YA、YB、Y2D、YF、Y2A、Y2C、Y27等,这些是在PLC程序中规定的相应的地址,通过控制面板上的输入触点的信号输入来控制对应的输出。例如:刀库正转信号Y2D,当其有信号输出时,其下面所连接的继电器线圈KA4通电且二极管作为指示灯发光,图3.3中继电器的常开触点闭合,接触器线圈KM4通电,所以主电路(图3.2)中接触器KM4主触点接通倒库电机正转。其他原理相同。 在数控加工中心中的三个进给轴由于机械结构的限制,一定要有相应的限位 、开关,每个轴在正负方向上都是需要的,所以在这里我有限位开关SQX-1SQX-2、SQY-1、SQY-2、SQZ-1、SQZ-2来表示,当加工中心运行范围超过这几个限位开关时,其常闭开关打开,继电器KA9线圈停止通电,其常开触点闭合,相应的伺服强电部分停止运作,在将加工中心做相应的调整之后要解除超程,按钮SB2可完成这一功能。 25 照明电路Drawn By:\MyDesign2.ddbKA11图\ 123456毕业设计\ 毕业设计\ 毕业设计 加工中心电气控制单元回路图DD SQX-1 SQX-2SB2 CCSQY-1 SQY-2超程解除 SQZ-1 SQZ-2 BB KA2刀臂正转刀臂反转刀库正转刀库反转切削液电机排屑电机主轴冷却KA3KA2KA5KA4KA1KA9KA3KA4KA5KA6KA7KA8 急停 AA Title伺服强电Y28Y12YAYBY2DYFY2AY2CY27 KA9SizeNumberRevisionB Date:13-Jun-2006Sheet of File:D:\My Documents\ 123456 图3.3 电气控制单元回路 KA10 26 图3.4 交流控制回路 27 3.3 数控加工中心伺服电路设计 在伺服电路中输入电压三相380V交流电压,通过变压器获得伺服驱动和伺服电机所需的三相220V,KM为伺服强电部分的交流接触器主触点,在驱动器中L1、L2、L3 为主回路电源,用于电路电源输入,L11、L12控制电路电源连接单项电源L11应与L1同相、L12与 L2同相,P、C、D接回生选件,在本次实际中使用的是标准内置回生电阻,估只需将P-D间短接即可。U、V、W伺服电机输出,连接到伺服电机电源端(U、V、W)。图中连接NC单元的SH21是与基本I\O单元中的SV1连接的通过这个线来完成NC指令到伺服驱动的传输,如图3.5所示: 28 图3.5 伺服电路 3.4 数控加工中心电气接口图 见附件C 29 第四章 数控加工中心PLC控制程序设计 本章重点研究数控加工中心软件编程、数控系统输入/输出信号,并对系统的软件资源配置作简单介绍。数控加工中心能够完成加工所需要的各项功能除了需要机床本体硬件外,还需要软件程序的支持,软件程序就是机床各部件运动指令,经过研究分析,我设计了数控加工中心PLC控制程序。 4.1 三菱数控系统软件配置 4.1.1 信号流程简述 为了更全面的了解三菱数控系统如何的运作,我们需要对其内部的信号流程有整体的认识。从信号流程图可以看出,一台数控加工中心内部信号的交换大体可以划分三部分,即控制器、机器/机器操作面板、可编程逻辑控制器(PLC)。其中控制器与 PLC之间信号使数控系统内部规定的,不提供开发,控制器向PLC输入X信号(X180之后的信号) , 用于系统向PLC输入执行命令,PLC向控制器输出Y信号(Y180之后的信号),要具体得应用通过查阅PLC借口手册;机器/机器操作面板与可编程逻辑控制器的信号只有X、Y信号,即一些开关量的输入输出信号,这些信号要通过工程人员的开发实现某种功能;控制器与机器/机器操作面板之间不存在直接的信号交换。 4.1.2 信号流程图 信号流程图是根据数控机床系统信息交换绘制而成,让我们更直观的了解数控机床内部信息流向,如图4.1所示: 30 图4.1 信号流程图 4.2 数控加工中心输入输出信号地址 三菱M64S数控系统的输入输出的硬件有基本I/O单元、远程I/O单元。 三菱M64S数控系统提供给工程技术人员开发的最大数字输入信号 31 256个,最大数字输出信号240个,包括基本I/O单元和远程I/O单元。要做说明的是PLC开关,我们在屏幕上可以设定32点PLC开关并执行开/关操作。这些开关可以作为机床操作开关的一部分,其用途可以由PLC程序自由定义,每个开关的名称可以随PLC确定并显示在屏幕画面上。 在设计中我所使用的控制面板如图4.2所示: 图4.2 控制面板 至于CNC到PLC的信号和PLC到CNC的信号,由于信号都是固定,工程人员一般是不可以开发的。在三菱数控系统PLC查阅便可。我将控制面板上的一些输入信号地址规定如下表。 32 表4.1 HR337 INPUT DI1 (操作面板信号) 元件 信号简称 信号名称 元件 信号简称 信号名称 X0 MODE SELECT(A) B20 X10 F5 F5功能 A20 X轴正方X1 MODE SELECT(F) B19 X11 +X A19 向 X2 MODE SELECT(B) B18 X12 保留 A18 X轴负方X3 RAPID TRAVERSE(A) B17 X13 -X A17 向 过行程解X4 RAPID TRAVERSE(F) B16 X14 O T Rel A16 除 SPINDL Y轴正方X5 B15 X15 +Y A15 OVERRIDE(A) 向 Z轴负方X6 SPINDL OVERRIDE(F) B14 X16 -Z A14 向 第四轴正X7 SPINDL OVERRIDE(B) B13 X17 +4 A13 方向 NCRESETX8 MST B12 X18 F6 F6功能 A12 系统使用 X9 FEEDRATEOVERRI(A) B11 X19 O R I 主轴定位 A11 XA FEEDRATEOVERRI(F) B10 X1A SP CCW 主轴反转 A10 XB FEEDRATEOVERRI(B) B09 X1B SP STOP 主轴停止 A09 XC FEEDRATEOVERRI(E) B08 X1C SP CW 主轴正转 A08 第四轴负单节程式XD -4 B07 X1D S B K A07 方向 执行 Z轴正方选择性停XE +Z B06 X1E M01 A06 向 止 Y轴负方 XF -Y B05 X1F D R N 试运转 A05 向 注:机床锁定通过接通“机床锁定”信号加到所有轴 33 表4.2 HR337 INPUT DI2 (机床输入信号) 元件 信号简称 信号名称 元件 信号简称 信号名称 X20 B D T 单节删除 B20 X30 F4 F4功能 A20 X21 M L K 机器锁固 B19 X31 保留 A19 X22 Z LOOK Z轴锁固 B18 X32 保留 A18 辅助机能锁 X23 A F L B17 X33 保留 A17 固 X24 F1 F1功能 B16 X34 保留 A16 FEED X25 暂停 B15 X35 保留 A15 HOID CYCLE X26 程式启动 B14 X36 保留 A14 START X27 保留 B13 X37 保留 A13 X28 OFF/ON EDIT钥匙 B12 X38 保留 A12 X29 AUTO 冷却水自动 B11 X39 保留 A11 X2A MAN 冷却水手动 B10 X3A 保留 A10 AIR X2B 气压 B09 X3B 保留 A09 BLOW X2C CHIP CVY 卷切削动作 B08 X3C 保留 A08 X2D MAG CW 刀库正转 B07 X3D 保留 A07 X2E F2 F2功能 B06 X3E 保留 A06 X2F F3 F3功能 B05 X3F 急停 急停 A05 注:行程极限的地址基本固定。 34 表4.3 OUTPUT HR3337(操作面板信号) 元件 信号简称 信号名称 元件 信号简称 信号名称 Y0 X轴归原点 B20 Y10 F5 F5功能 A20 Y1 Y轴归原点 B19 Y11 +X X轴正行程 A19 Y2 Z轴归原点 B18 Y12 超程 A18 第四轴归原 Y3 B17 Y13 -X X轴负行程 A17 点 CLAMP(夹松 Y4 B16 Y14 O T Rel 过行程解除 A16 刀) Y5 M02/M30 B15 Y15 +Y Y轴正行程 A15 Y6 NC? NC异警 B14 Y16 -Z Z轴负行程 A14 第四轴正方Y7 Mfail B13 Y17 +4 A13 向 润滑油异 Y8 LuBe? B12 Y18 F6 F6功能 A12 警 Y9 F4 F4功能 B11 Y19 O R I 主轴定位 A11 YA 刀臂正转 B10 Y1A SP CCW 主轴反转 A10 YB 刀臂反转 B09 Y1B SP STOP 主轴停止 A09 第四轴负 YC -4 B08 Y1C SP CW 主轴正转 A08 方向 单节程式执YD +Z Z轴正方向 B07 Y1D S B K A07 行 YE -Y Y轴负方向 B06 Y1E M01 选择性停止 A06 YF 刀库反转 B05 Y1F D R N 试运转 A05 35 表4.4 OUTPUT HR337(操作面板信号) 元件 信号简称 信号名称 元件 信号简称 信号名称 Y20 B D T 单节删除 B20 A20 Y21 M L K 机器锁固 B19 A19 Y22 Z LOOK Z轴锁固 B18 A18 辅助机能锁 Y23 A F L B17 A17 固 Y24 F1 F1功能 B16 A16 FEED Y25 暂停 B15 A15 HOID CYCLE Y26 程式启动 B14 A14 START Y27 Spindl cool B13 A13 Y28 伺服强电 B12 A12 Y29 AUTO 冷却水自动 B11 A11 Y2A MAN 冷却水手动 B10 A10 AIR Y2B 气压 B09 A09 BLOW Y2C CHIP CVY 卷切削动作 B08 A08 Y2D MAG CW 刀库正转 B07 A07 Y2E F2 F2功能 B06 A06 Y2F F3 F3功能 B05 A05 36 4.3 数控加工中心PLC控制程序设计步骤 梯形图程序的设计是本次设计的重点和难点在数控加工中心的程序。 整个开发工程中,我是按照以下步骤完成的: 表4.5 三菱数控编程步骤: 1 急停 2 常数及初始脉冲 3 方式:AUTO,MDI,ZRN,JOG,RAPID,INC,DNC 4 自动方式(AUTO,MDI,DNC) 手动方式(ZRN,JOG,INC) 5 方式指示灯 6 累积时间,互锁(Y234,Y235,Y21B,Y21C) 7 闪烁脉冲 8 轴有效(Y188,Y189) 9 +X,+Z,-X,-Z 10 参考点自保处理 11 回参考点指示灯(回时闪烁,到达时常亮) 12 +J,-J(Y1E0,Y1E1,Y1D8,Y1D9) 13 正向移动,反向移动指示灯 14 主轴倍率(Y28F,R28,R108) 15 切削倍率(Y2B7,Y136,Y2B8) 16 手轮倍率 17 手轮类别 18 手轮类别指示区别 19 快速移动倍率(R134) 20 Y29A,辅助功能锁定 21 机械锁定 22 ORT 空运行,(指示灯) 23 BDT Y23F 程序跳过 24 单段执行 Y21A 25 数据锁定(Y238,Y239,Y23A) 26 自动启动Y218 指示 27 暂停Y219 指示 28 主轴正转,反转(M03,M04,M05,Y2D0,Y2D1) 29 重置,复位,倒带(Y220,Y222) 30 辅助功能(R20,Y226,Y227) 4.4 数控加工中心PLC控制程序说明 4.4.1 加工中心方式选择 在操作面板上是又扭转开关来控制加工中心的工作方式的,来自控制 面板输入量MODE SELECT(A)、MODE SELECT(F)、MODE SELECT(B),在 控制面板内部规定与此对应的输入量地址为X0、X1、X2,PLC输出方式信号地 址由PLC接口书中查的,见表4.5 所示: 37 表4.6 方式选择列表 方式 X0 X1 X2 DNC方式(Y211) 0 0 0 手轮方式(Y209) 0 0 1 记忆方式MEM(Y210) 0 1 0 快速移动方式(Y22E) 0 1 1 增量方式(Y20A) 1 0 0 JOG方式(Y208) 1 0 1 MDI方式(Y213) 1 1 0 回原点ZRN(Y20C) 1 1 1 由于各个方式之间不能同时出现,估在编程时需要进行互锁,梯形图如图4.3所示: 38 39 图4.3 方式选择梯形图 4.4.2 加工中心中定时器程序 在数控加工中心中会需要很多指示灯的出现即完成指令时指示灯亮,但在有些指令执行中需要一定的时间才能完成,比如刀具在回原点过程当中,需要一定的移动时间,而在移动过程中则需要指示灯闪烁来告诉操作者加工中心的工作状态,在本次设计中我是采用定时器来完成这一功能的,共使用了六个定时器来满足加工中心的需要分别为T16、T17、T18、 40 T19、T20、T21,梯形图如图4.4所示: 图4.4 定时器梯形图 4.4.3 进给轴工作状态选择 在数控加工中心中进给轴有三个即X、Y、Z轴,在数控系统中地址Y188-Y18A分别代表第一、二、三轴有效,置“1”为伺服断开即伺服电机保持静止,在操作面板上分别由相应的按钮控制各轴的运动,其输入地址是自行编订的。见下表。 表4.7 X11 X轴正向移动 X13 X轴负向移动 X15 Y轴正向移动 X0F Y轴负向移动 X0E Z轴正向移动 X16 Z轴负向移动 由于各个进给轴的运动在很多时候都会用到,比如:回原点的(ZRN方式)或自动方式,所以在本次设计中采用中间继电器来表示进给轴的运动以便在各种需要的程序段中更方便的使用,梯形图如图4.5所示: 41 图4.5 进给轴运动梯形图 4.4.4 加工中心进给轴运动方向指示灯程序 42 在加工中心工作时,各个进给轴自然需要在正负方向移动,为了能够更明显的显示出各种状态,我在设计中引进了指示灯,当然为了区分指令执行过程中和指令执行结束,需要通过指示灯来区分。例如:在个轴回原点时到达终点之前要相应的指示灯闪烁,等达到终点之后指示灯常亮,程序如图4.6所示: 图4.6 回原点指示灯程序 4.4.5 加工中心手轮选择及其倍率设定 在此程序中,PLC地址主要来自控制面板提供的RAPID TRAVERSE(A)、RAPID TRAVERSE(F),预期对应的输入量地址为X3、X4。在三菱数控系统中,可使用两个手轮,在本设计中只采用一个即第一手轮有效,PLC输出地址为Y24F,而X1E1表示加工中心为JOG方式当其置“1”时,第一手轮(Y24F)有效。 手轮的倍率有两种选择方法,它们决定于元件Y2C7的状态,当其接入时 43 采用文件寄存器乘法,其断开时为代码进给相乘法,这种方法有一定的局限性,就是在MP1、MP2、MP4乘法起码中的倍率是固定的,但由于本次设计采用的控制面板是固定的,所以在此选择前一种方法,通过X3和X4通过二进制组合来选通倍率选择的中间寄存器,接着是所需的倍率基数传入文件寄存器R140中,梯形图如图4.7所示: 44 图4.7 手轮选通和倍率选择梯形图 4.4.6 加工中心主轴倍率选定程序 在这一部分程序中,我们的PLC地址主要来自于控制面板中的提供的输入量SPINDL OVERRIDE(A)、SPINDL OVERRIDE(F)、SPINDL OVERRIDE(B),与此对应的输入量地址为X5、X6、X7。在三菱PLC接口手册中规定主轴倍率选定方法信号为SPS,元件地址为Y28F。SPS信号有两种设定,一种是常开时,它是用代码法来实现调速的,当常闭时,它是用文件寄存器法来控制的。在这里我们是用的文件寄存器法。这种倍率选择法与代码法比起来主要的好处是倍率可以在0%,200%范围之间,增量为1%。它是将倍率值用二进位码存入文件寄存器R148中的。图4.4.6为主轴倍率选定方法PLC程序梯形图 在图中,可以看出数控系统中X5、X6、X7的通断组合的排列来实现主轴的调速控制,其中它的倍率是直接送到寄存器R148中的,实现的语句为mov k* R148 ,其中的*号为倍率,在语句的实现中只要将要输入的倍率直接代替*即可: 45 图4.8 主轴倍率选定方法PLC程序梯形图 46 4.4.7 M功能指令的实现 M代码是经由PLC及NC的处理,来决定机台的动作,现以M码功能表的举例如下: 表4.8 代码 功能 代码 功能 M00 程序暂停 M01 选择性程序暂停 M02 程序停止 M03 主轴正转 M04 主轴反转 M05 主轴停止 M06 自动换刀执行 M08 冷却液开 M09 冷却液关 在M代码需要PLC输入信号X230-X233来选通,它是由NC给与的输入信号,这个信号表示,第一组MD代码是随着自动操作(存储器、MDI、纸带)加工程序或手动数字命令输入起了接受命令。下面以主轴正、反转和主轴停来说明其相应的梯形图,如图4.9所示: 47 图4.9 M代码的实现 4.5 数控加工中心PLC控制程序 由于PLC梯形图程序较多,在此不一一做详细讲解,完整梯形图见附 件D。 48 第五章 M64S数控系统联机调试 5.1 GX Developer软件使用说明 三菱公司提供的编程软件——GX Developer(PLC设计维护工具)是三菱电机的MELDAS系列可编程逻辑控制器设计的编程软件包,通过执行与对MELDAS系列所执行的类似操作,它能够完成Q系列、A系列(包括运动控制CPU)、FX系列PLC梯形图、指令表、SFC等的编辑。能够灵活对应各种语言、大幅度提高了编程效率。 5.1.1 GX Developer软件的安装 在PC上安装此软件,建议使用Version 4(SW4D5C_GPPW)或更新的版本。这里以最新的GX Developer Version 8.0中文版安装步骤说明: (1)打开 \GXDeveloper8.0\EnvMEL 文件夹,双击 setup 图标,安装 GX Developer V8.03 运行环境。 (2)(当操作系统版本为Windows 98或以上时,需执行此步骤,否则直接执行第3步。)返回 \ GXDeveloper8.0 文件夹,打开 \Update 文件夹,双击 Axdist 图标,进行升级。 (3)返回 \ GXDeveloper8.0 文件夹,双击 setup 图标,按提示安装GX Developer Version 8.0。 (4)等待安装,结束后单击 finish 即可完成安装。 5.1.2 GX Developer软件的开启步骤与设定 (1)点击安装好的GX Developer软件应用程序图标 (2)打开一个新文档:Project—New Project PLC series中选择“QnACPU” PLC Type中选择“Q4A” 按下“OK”即可 (3)测试是否在通讯状态:Online--Transfer Setup Serials中选择“COM1(根据实际计算机中使用的为准)”,传输速度选择”19.2Kbps” PLC Module中确定为 “QnACPU” 类型 按下“Connection Test”。当测试成功会出现提示对话框;若不成功,请仔细检查PC机与NC的设定情况 49 5.1.3 GX Developer软件的编程操作说明 在新建一个GX Developer工程时,要选择“PLC系列”,“PLC类型”,“程序类型”后单击“确定”即可。如果选择“设置工程名”,即可将工程名输入后,就可将指定的文件保存在此工程中,如图5.1所示: 在此选择 PLC系列和 PLC类型 图5.1 新建工程界面 如图5.1.2所示为GX Developer编程软件的操作界面,该操作界面大致由下拉菜单、工具条、编程区、工程数据列表、状态条等。与FX-GP/WIN-C编程软件的操作界面相比,该软件取消了功能图、功能键、并将这两部分合并,作为梯形图标记工具条,新增加了工程参数列表、数据切换工具条、注释工具列表等,这样友好直观的操作界面使操作更加简便。 50 1 2 3 4 5 6 7 9 8 图5.2 GX Developer编程软件操作界面 图5.2 GX Developer编程软件操作界面中引出线所指示的名称、内容说明如表5.1所示: 表5.1 序号 名称 内容 1 下拉菜单 包含工程、编辑、查找/替换、交换、显示、在线、诊断等 2 标准工具条 由工程菜单、编辑菜单、查找/替换菜单、在线菜单、工具菜 单中的常用功能组成 3 数据切换工具条 可在程序、参数、注释、编程元件内存这四个项目中切换 4 梯形图标记工包含梯形图编辑所需的使用的常开常闭触点、常闭触点、应用 具条 指令等内容 5 程序工具条 可进行梯形图模式,指令表模式的转换;进行读出模式、写入 模式、监视模式、监视写入模式的转换 6 SFC工具条 可对SFC程序进行块变换、块信息设置、排序、块监视操作 7 工程参数列表 显示程序、编辑元件注释、参数、编程元件内存等内容, 可实现这些项目的数据设定 8 状态栏 提示当前的操作;显示PLC类型以及当前操作状态 9 操作编辑区 完成程序的编辑、修改、监控等的区域 51 5.2 PC机与CNC之间的连接 请使用以下RS-232C连接图中所示的串行电缆连接到PC机上“COM1”口。RS-232C的针脚定义如表5.2(此电缆从机床外侧引出插头) 表5.2 RS232C针脚定义 NC侧 PC机侧 (25针D-SUB) (9针 D-BUS) 信号名称 针脚号 电缆连接和 针脚号 信号名称 信号方向 CD 8 ------------------- 1 DC SD 2 2 RD RD 3 3 SD DR(DSR) 6 4 ER(DTR) SG 7 5 SG ER(DTR) 20 6 DR(DSR) CS(CTS) 5 7 RS(RTS) RS(RTS) 4 8 CS(CTS) 22 ------------------- 9 RI 注:1)以上所示为普通RS-CS方法连接方式 2)不使用标有虚线的针脚号 5.3 联机通讯 5.3.1 NC相关参数设定 在NC侧的参数中有与GX DEVELOPER相关的位选择参数,如果没有正确设定,则通讯时会出错。 7 6 5 4 3 2 1 0 # (6451) 数据 ( 0 0 1 1 0 0 0 0 ) Bit 4 设定“0”:使用PLC4B格式梯形图(从前用于PLC开发的格式) “1”:GX Developer 模式 Bit 5 设定“0”:禁用GPP通信 “1”:启用GPP通信 注:当参数设定从“0”到“1”,NC重启后方能生效。 52 M64S输入/输出参数设定如表5.3所示: 表5.3 #9101 FDD #9111 3 9102 1 9112 1 9103 3 9113 0 9104 0 9114 100 9105 0 9115 0 9106 3 9116 30 9107 3 9117 0 9108 3 9118 1 9109 1 9119 0 9110 9120 5.3.2 PLC控制程序的传输 1、读出NC中的梯形图步骤如下: 打开Online—Read from PLC 按下“Remote operation”打开对话框,选择PLC“Stop”,将PLC停止。然后按下“Execute”在需要读出的梯形图、注释等前面方框内打?,按下“Execute”即可读出NC中梯形图。保存梯形图:Project—Save as,选择保存文件名和路径,按下“Save”即可 2、将梯形图写入NC中步骤如下: 打开编译好的梯形图:Project—Open Project,浏览文件夹,选择文件后,按下”Open”,打开Online—Write to PLC,按下“Remote operation”打开对话框,选择PLC“Stop”,将PLC停止。然后按下“Execute”,按下“Format PLC memory”打开对话框,默认选项,然后按下“Execute”,将NC中原有的梯形图格式化。在需要写入的梯形图、注释等前面方框内打?,按下“Execute”即可读出NC中梯形图。 读取NC中的梯形图:将NC参数#6451 bit5设回”0”,这样就能够在NC屏幕上显示梯形图。 注:1)一个梯形图文件包括7个文件与4个文件夹,请完整保存 2)NC中只能存储一个PLC梯形图程序,若没有格式化,新写入的将覆盖原来的梯形图 53 第六章 结 论 6.1 论文总结 时间过得真快,在这大学最后一个学期中我有必要给自己总结一下我的毕业设计。 在毕业设计开始的那一周,我做的主要工作是熟悉了内容,我的课题是基于三菱数控系统立式数控加工中心PLC控制程序设计。经过查找资料,大概了解内容后,我知道我的毕业设计主要的任务,首先要了解数控加工中心机床的逻辑动作,了解加工中心电气、机械方面的构成,同时了解CNC的选型、根据任务需要设计机床操作面板,对电气各部分进行设计,完成整个加工中心的设计,这里我们最后对PLC进行编程、调试。在明确了我的毕业设计任务后,我开始了借阅资料,并于这一周开始写开题报告。 第二周,我的主要任务是做中英文翻译,同时我还在进一步熟悉我的课题所需要的理论知识。在这一周里在完成中英文翻译后,我主要看了三菱M64S系列维护手册。在这手册里我主要学到的是M60和M50系列数控系统的组成、连接、调试。从这本书中我开始对数控系统硬件构成有了一个全面的了解。 以后的日子里我在实验室看书、动手接线,从而加深对数控系统了解。并绘制各个电路的图纸和编写PLC程序。在这一段时间里,就知识方面来说我最大的收获就是系统的了解了数控系统的结构,以前所学的理论知识得以运用,这一次系统的运用中,让我知道了我们所学的理论知识毕竟是理论知识,我们从仅课堂上所学的那一点皮毛,自己一点也不钻研是不可能胜任任何工作的。课本里学习的是以方法为主,而以后的工作是以实践为主,要做出成果,所以我还必须进一步学习,完善我现在知识体系中不足的那部分,这段时间让我知道我自己理论知识也学得不扎实,在知识方面我以后还要多学点。 毕业设计是大学四年所学知识的综合运用,历时近半年的毕业设计接近尾声,通过这次毕业设计,让我对所学专业有了更深层面的认识,同时还培养了自己的学习能力和动手能力。 这次毕业设计过程中,我设计的是数控加工中心,选用的控制系统是三菱M64S数控系统这是对三菱数控系统的二次开发与应用,我完成的设计包括加工中心结构的设计、数控系统的安装、电气原理图的设计、软件(PLC控制程序)的设计。 在设计过程中,首先需要对数控系统各部件,包括伺服驱动单元、伺服电机、控制单元和操作面板等的选择。 54 数控系统的安装相对来说是比较简单的,我们只要熟悉各个插头的标准接线,就能完成这项工作,这也是三菱数控系统最大的优点。 电气原理图的设计是本次设计是相当重要的,它是我以后进行调试的前提条件,在伺服电路的设计过程中要注意电源接线L1、L2、L3和控制线路L11、L12的连接,空气开关和接触器的选择,并且电机与驱动单元接同一地,这一点至关重要。接口电路的设计过程中还要分清漏极和源极输入/输出电路的区别。 PLC控制程序的设计是我这次毕业设计的重点内容,这不仅仅要掌握开发软件GX Developer的使用熟悉一般性的编程指令,还要对数控系统的内部资源有一定了解,包括一些固定的单元地址。在设计PLC程序时最重要的是要掌握加工中心各个动作的逻辑关系各个动作信号之间要有相应的自锁和互锁,因此完成本次毕业设计可以对数控加工中心有一个相当全面的认识。 6.2 感想 对本人来说这是一个数控领域所不可缺少的一个过程,对于我们数控专业的学生来说能有这样的一个机会来接触并设计数控机床,在这个过程中拓宽了我的知识面,拓展了视野和思维。以前总以为软件和硬件有着天壤之别,经过这段时间我找到了两者的统一,其实做事的方法是一样的,认真、细心加大胆。……………. 55 参 考 文 献 1、郁汉琪主编. 电气控制与可编程序控制器应用技术. 南京:东南大学出版 社.2003 2、郁汉琪主编. 机床电气及PLC实验指导书. 南京工程学院.2005 3、扬公源主编. 可编程序控制器[PLC]. 北京:电子工业出版社.2004 4、汪木兰主编. 数控原理与系统. 北京:机械工业出版社.2004 、陈吉红. 数控机床电气控制. 上海:华东科技大学出版社 5 6、李 宁等编. 运动控制系统. 北京:高等教育出版社,2004 7、熊光华主编. 数控机床. 北京:机械工业出版社,2001 、于春生等编. 数控机床编程及应用. 北京:高等教育出版社,2001 8 9、刘启新主编. 电机与拖动基础. 北京:中国电力出版社 2005 10、朱晓春主编. 数控技术应用. 北京:机械工业出版社,2001 11、 三菱交流伺服MDS-B-SVJ2系列规格和操作 12、 三菱数控系统EZMOTION-NCM60S PLC 接口手册 13、 MITSUBISHI CNC M60S系列入门手册 台湾三菱电机股份有限公司 14、 图解NC数控系统——三M64维修技巧 叶晖 梁福玖 机械工业出版社 15、 GX Developer Ver7/Simulator Ver.6 操作手册 、三菱数控系统EZMOTION-NC E60 编程手册(M系) 16 56 附录A:英文资料 Selecting a PLC for the application Questions answered 1\ how do we understand and estimate the requirement for a PLC? 2\ how do we select the I\O hardware? 3\ how are I\O circuits configured? 4\ how do we size the processor and memory for our application? 5\ how do we select a supplier? The choice of a PLC for a particular application can be bewildering. The range of suppliers is vast, many offering a number alternative product ranges, with any number of modules to perform choice must meet the job and customers' requirements, provide extra capacity to enable future modifications and provide an acceptable cost solution. We have to make choices balancing the cost of extra, or more expensive hardware against the time required to program algorithms that allow us to use cheaper hardware to meet the system requirements, each case has to be considered on its merits. Beware of the common trap of underestimating the time taken to write such code! 9.1 estimating requirements The starting point in determining any solution must be to understand what is to be achieved. In an ideal world our customer (even if we are building a system for ourselves) will have produced a detailed specification of the requirements. If this is not the case, we must start by preparing one. 9.1.1 System definition In chapter 7 we discussed program design, breaking down the task into a number of simple understandable elements, each of which can be easily described. The same technique of functional decomposition is equally applicable to defining the whole system, both hardware and software, as it is defining the program alone. The most common mistake is to attempt to handle the entire system as one unit. When such an approach is made we will immediately select solutions for the parts of the system we „know‟ are going to be a problem, or the parts we immediately „know‟ how to solve. This approach diverts the design and equipment selection away from what is required to solve the real problems, and leaves us whit a solution that may be far from ideal. A worked example can be found in the appendix, which show a typical decomposition of fairly complex application and sample I\O diagrams 9.2 choosing the correct I\O hardware 57 With an understanding of the entire system we can start to estimate the PLC requirements. For each module the inputs and outputs can be categorized for type and speed of operation. Section 6.4 described the various types of input and output modules but here we will consider the selection criteria. By knowing the number of any type of I\O lines we need and the number of lines available on a given module, the final shopping list of modules and the size of the PLC system are determined. In addition, burring in at least 20 percent extra capacity to allow for future modifications or to solve problem identified during commissioning. 9.2.1 Simple I\O timing considerations For every element, we need to determine how fast the subsystem of input program and output must react to changing input condition. The speed of operation will be the sum of the input hardware delays plus the PLC scan time plus any output hardware delays. In the vast majority of cases a time delay of 100ms or greater is not significant. Typical instances in which this may not be the case are pulse counters, or where a movement has to be stopped in mid-stroke. To determine the required response speed, we need to consider each of our defined modules with its inputs and outputs. The effect of control decisions being taken at various rates can then be considered and the slowest rates determined. For example, figure 9.1 shows a simple tank level control application. if the flow rate is known to be 10 liter/s and we want to maintain the volume of liquid in the tank to ?1 liter we need to read the level input and make a decision to set or clear the flow valve output , at the very slowest , every 0.1s . This can be determined by calculating the time it takes for our minimum control quantity to flow into the tank, i.e. 1 liter/s . Fig.9.1 Tank level control In the second example (figure 9.2) we need to stop the cylinder mid-stroke to an accuracy of ?0.2mm .we know that is maximum speed is 100mm/s, so to achieve this we would need to be 58 able to make a decision to set or clear the control valve every 2ms, i.e.the time taken for it to move 0.2mm/100mm/s. Fig.9.2 Controlling pneumatic cylinder To achieve this we would require scan speed that would be difficult to guarantee except in the smallest programs using a fast PLC. An interrupting input is indicated .the switching speed involved will probably also cause a problem because of delays in the electronic and pneumatic hardware .This will require us to stop the movement a known distance before the target position .Figure 9.3 shows how these delays are introduced. This, of course, assumes that the cylinder is moving at constant speed as it trips the switch and that all the electronic and pneumatic delays are constant. If d.c. inputs and outputs are used, this is a reasonable assumption. When a.c. I/O lines are in use there is always an additional 10ms uncertainty, as described below. The more normal action would be to use a second switch to slow the cylinder down before it reaches its stop position and then use then use the final switch to stop it on station. Input selection For each input we need to determine the following points: 1 Voltage level: most systems in the UK use 24V d.c. or 110V a.c. for inputs and/or outputs .24V is rapidly becoming more favored , particularly for input circuits using solid-state proximity switches . 2 Response speed: d.c. input modules typically have a response speed in the range 25ms. Inputs a slow filter circuit (>10ms) has to be fitted within the input board to prevent an input which is ON appearing to go OFF every time the current reverses. This sets the response the response to 10-20ms (based on a mains frequency of 50 Hz). Outputs For each output we need to determine the following points: 1 Voltage level: the considerations are the same as for input circuits. 2 The power that PLC outputs need to switch varies greatly. A lamp may only require 5W while a hydraulic solenoid can draw up to 400W. 59 3 Output resistance and electrical noise can be issues in cases where low level signals are to be switched. For example, consider the case where a number of low level (<100 mV)analog voltages are to be switched into analog input (a multi-plexus).In such a case ,voltages drops or induced voltages across contacts designed to carry high current are not acceptable , and modules specified as using „signal‟ or „mercury wetted‟ relay are required. 4 The use of a.c. outputs can often be an advantage. In most cases the voltage is higher (commonly 110V a.c.),giving a fourfold reduction in current for any particular load, when compared to 24V outputs, the consequent reduction in the wire size required giving a reduction in wiring costs. A second and often more important advantage is the reduction of electromagnetic interference (EMI). When a contact opens or closes the current will attempt to flow across the momentary gap between contacts. The consequence is a spark of short duration which generates radio waves at very high frequencies. There are picked up in all the wires of the control panel. A PLC is designed to cope with such interference and should not misbehave. However, not all equipment is so robust, so a.c. solid-state outputs are designed to switch on and off in such a way as to generate an absolute minimum of EMI. 9.2.2 Analog I/O modules When we set out to select analog modules there is a need to understand a number of terms used to describe their performance; this allows us to match hardware performance to requirements. This section will describe those terms that are common to both input and output modules. Inputs As discussed in section 6.5.1, to select an analog input module the following points need to be considered: ?Voltage level The maximum voltage of the input to be measured must be determined. A module with a maximum range just greater than this level would normally be the best alternative. If, however, there are a number of analog inputs to be measured at differing maximum voltage, we must either use a module to cope with the highest of the voltages or use a lower voltage module and resistors as potential dividers to normalize all inputs to the same range. If any of the voltages to be measured can swing positive (+ve) and negative (-Ve) we will need to select a bipolar module. Figure 9.4 shows how a potential divider network is used. ?Current input By using a 4-20mA current loop module all the problems of voltage level selection are avoided but at the cost of using process transmitter units to convert the measured variable into current signals. If the transducers have not been purchased at the time of control system specification, devices with built-in current output can be purchased at very little extra cost. 60 The advantages are simpler wiring, better noise immunity (particularly over long distances) and avoidance of earth loop problems. The disadvantage is that most current loop systems have a slow response and are often only suitable for signals which change at a rate less than 10 Hz. ?Conversion speed There are two basic type of A/D converter. The first will perform a conversion every 20ms (the period of the a.c. mains voltage), which gives us a good clean reading free from worriers of line frequency interference. The second will convert in 2-20us, giving the possibility of measuring transient data. When a module has more than one input to measure it will do a conversion of each in turn, reducing the data rate for each individual channel. The choice comes down to the conversion time and the PLC code required to read and store the data. At very high rates the PLC may only have time to act as a data logger, storing the data as it is read, and analyzing it some time after the event to report on or display it. When a very high rate is-required we may need to fit an entire an external digital voltmeter it to read one channel only. If this is not fast enough an external digital voltmeter may be used to take readings in real time at up to 2000per second and then load them into the PLC using a serial link. Outputs The conversion speed of an analog output is generally <100us and rarely a problem. Once the resolution of the module is selected we have only to consider the following points: ?Voltage level Most modules provide +-10V outputs which can be scaled with a potential divider to the required level. Univocal devices of 0-10V are which effectively doubles the resolution when using the same D/A converter. ?Load resistance Voltage output modules are not designed to supply more than a few mill amperes. Typically the minimum load resistance is 300欧姆 ?current output As discussed in section 6.5.1, it is often an advantage to use current loop output (4-10mA). Such modules are available for most PLCs. 61 附录B:英文资料翻译 根据需要选择 PLC 疑问回答 1\ 我们如何了解和掌握PLC? 2\ 我们如何选择 I\O 设备 ? 3\ 如何配置 I\ O 线路 ? 4\ 根据需要如何选择处理器和内存型号 ? 5\ 如何选择一个供应者 ? 当选择一个有特殊功能的PLC时是令人困惑的。提供的产品种类是巨大的,多数通过提供产品型号代替选择产品范围,大多数单元模块一定要根据工程的需要和用户的需求来选择,为了以后能够有一个令人满意的解决方案,可以提供一些额外的功能。 我们不得不在平衡额外支出和程序运算所需相对时间内的更昂贵的硬件中做出选择,这一选择使我们使用系统所需的更廉价的硬件,每一个方案都不得不考虑其优处,注意低估编写代码所耗随时间而产生的普通陷阱。 9.1 预测需求 决定任何的解决方面的出发点是一定要了解要达到什么目的。较为理想的情况下是我们的客户(甚至是我们自己假象的这种理想状态)提供一个所需产品的详细的规格说明,即便不存在这种情况,我们也一定要从一开始做出准备。 9.1.1系统定义 在第7章我们讨论了计划制定,一些简单可以理解的因素会损坏我们的任务,每个这样的因素都是很容易描述的。当单独明确计划时对硬件和软件功能分解的技术与定义整个系统同样可用的。 最普通的错误是试图把整个系统当作一个组件来掌控。当这样的方法被我们掌握,我们将会‘知道‘问题出在什么地方并迅速选择解决方法来解决系统单元的问题,或者说我们会立刻‘知道‘问题该如何解决。这种转移并分离设计与选择设备的方法是解决真实问题所必须的,如果匆匆翻阅一些较为皮毛的解决方法的话会使我们与理想目的越来越远。 当我们看到附录中的一个例子时,我们会发现它复杂的运用与I/O实例图表分析的是十分公平而又典型的。 9.2 正确选择I/O硬件 随着对整个系统的了解,我们可以开始估算对PLC的需求。每个组件的输入输 62 出都要通过类型和运行速度进行分类。第6.4节介绍了多种类型的输入输出的组件,但是我们这里需要考虑选择的标准。 通过了解I/O线路类型的数量我们所需指定模块的可用线路数量,可以决定最终的模块和PLC系统大小的购货单。此外,至少20,额外功能可以用于解决以后修复或用于解决任务内的典型问题。 9.2.1简单I/O时间安排考量 对于每个元素,我们必须确定子系统的输入计划和输出反应输入条件的改变的响应时间有多长。运行速度是输入硬件延时、输出硬件延时和PLC扫描时间的综合。在绝大多数实例中一次延迟100ms或者更多都是不重要的。典型的实例可能不是脉动的计数器或者运行时不得不在中图停止。为了确定必须的响应速度,我们必须考虑每一个我们所定义的模块的输入和输出。各种不同的速率都会对控制结果产生影响,但由速率最慢的所决定。例如,图9.1所示的一个简单的池中水平面控制响应。如果我们已知液体的流速是10公升/s 并且我们需要维持容器中的液体在?1公升,我们需要读取输入的水平并且决定输出水阀的开和关,最后确认最慢需要每0.1s开关一次。这样我们可以通过计算知道控制液体流入水箱的最低限度,也就是1公升/s 。 在第二个例子(图9.2)中我们需要让活塞以?0.2mm的精确度停止。我们知道它的最大运行速度是100mm/s,所以为了达到目的,我们必须每2ms控制阀门开关一次,也就是说0.2mm/100mm/s。 63 为了达到这个目的除非在最小的程序使用一个较快的PLC,否则我们所需要的扫描速度是很难保证的。一个输入中断是可以被暗示的。由于电气开关和空气开关等硬件的延时以及较为复杂的开关速度也会引起一些问题。这就需要我们知道在目标位置前停止移动一个已知的距离。图9.3只显示了如何解释这些延时。 也就是说,假设当汽缸中活塞的运动速度固定时,那些开关的的过失和所有的电气和空气延时也是固定的。也就是说,当输入输出被使用是,这种假设是较为合理的。或者说用下面的描述,当I/O电缆处于使用状态的时候总是会有10ms的时间是不确定的。更标准的运动是用第二个限位开关来控制汽缸活塞在到达指定位置前的减速,然后再用前端的限位开关控制其停止在固定的位置。 输入选择 对于每个输入装置来说,我们必须确定一下几点: 1、电压标准:在大多数系统中使用直流24V或交流110V。对于输入或输出来说,特别是当输入线路使用电晶体管开关的时候,24V直流电压是十分受大家所接受的。 2、响应速度:直流输入模块的响应速度在25ms以内是较为典型的。输入一较慢的过滤线路(>10ms)时,为了避免开显示与关显示每次都相反我们不得不使这个输入在在合适的输入范围内.这个装置的响应时间在10-20ms(主频率为50Hz)。 输出选择 对于每个输出装置来时我们必须确定以下几点: 1、电压标准:所需要考虑的与输入装置相同。 2、PLC输出端口的能量需要进行极大的改变,若液压螺线管可以升至400W则一个指示等只需5W。 3、当开关量我较微小的信号输出时电阻和电噪音会对其产生影响。举例来说,输出较为微弱(<100mV)的电信号会改变输入量。有这样的情况发生,比如电压下降或者感应电压击穿触点从而高于现行的传输是不能被接受的,指定的单元组件需要使用‘信号’或‘水银变湿’来传达信号。 64 4、使用交流输出一般情况下是较为有利的。一般情况下电压是比较高的(常为交流110V),对于一些特殊的负载需要提供一个是平时四倍的电压,跟直流24V相比,可以通过减少电缆的尺寸来减少可以减少在电缆上的损耗。第二个比较重要的优点是减小电磁干扰。当接触开关开或关时电流会试图瞬间流过快关之间的间隙。原因是以很高的频率产生的无线点播所产生的电火花。这会在控制面板的控制下逐步转好。PLC就是为了防止这种冲突和动作失常而设计的。然而,没有任何设备是绝对完善的,也就是说,交流电晶体管输出的设计是为了使开关在开和关时产生尽可能小的电磁干扰。 9.2.2 特殊I/O模块 当我们决定选择一个相似的I/O模块时,必须了解一些限期内这些产品的运行情况,这些有助于我们根据需要比较硬件的性能。本章节我们将介绍对于输入输出模块都比较普通的要求。 输入 如第6.5.1章节所讨论的,择输入模块需要从以下几点进行考虑: ?电压标准 输入的最高电压是通过测量来确认的。模块的最大值的范围大于这个值是较为正常的选择也是最好的。然而,有很多输入单元的测量是在不同的最大电压下进行的,我们必须用一个拥有较高的电压的模块或者有一个较低的电压的模块串联一个分压电阻是所用输出处于一个正常的标准。如果所有的电压都是在最高或是在最低之间的话,我们需要选择一个具有两极的模块。如图9.4所示为分压电路。 ?电流输入 通过使用一个4-20mA的电流环可以忽略根据电压选择标准的所有问题,但是需要考虑在使用时发送单位的过程中将其精确的转化成可变的电流信号。如果转化器没有在掌握系统规格时购买的话,在建的装置会在电流输出方面花费一点额外的支出。还有的优点是较为简单的接线,更好的噪声免疫和忽略地域等问题。缺点是电流环系统响应的较慢,而且只适用于改变频率低于10Hz的信号。 ?转换速度 A/D转换器有两种较为基本的类型。第一种是每20ms执行一次转换(交流电压的周期)这给我们提供的阅读自由,不必担心在通信线路上各种噪声的频率的干扰。第二种是在2-20us内进行转换,使测量瞬时数据成为可能。当一个模块不止一个输入需要测量时,他会按顺序转换每一个输入信号,并减小每个单独通道的传输速度。选择这种转换器会降低转换时间和PLC载入和读取数据。当高速传输时PLC只起到一个中转的作用,载入数据时只是阅读,在此之后进行分析从而进行记录和显示。如果需要一个更高的传输速度时,我们需要只读取一个通道的信号来适应整个系统的外部电压表的显示。如果这不是足够快的话 65 会通过外部电压表来读取一个达到2000转/s是的真实时间并且将这个时间装入PLC用于连续通讯。 输出 一个特殊功能输出模块的转换速度是个问题,它一般低于100us。如果要选择一个这样的模块我们只需要考虑以下几点: ?电压标准 大多数模块根据提供输出?10V的电压进行分类,这些可以提供所需的标准。较为简单的提供0-10V的装置当使用同样的D/A转换器时会使其效率增倍。 ?负荷抵抗 电压输出模块不是为了提供多与几uA的电流而设计的,典型的最小的负荷抵抗是300欧。 ?电流输出 就想在第6.5.1章节提到的那样,使用电流环输出电路(4—10mA)是有优点的。像这样的模块在很多PLC上都是有应用。 66 附录C:电气接口图 67 68 69 70 附录D:PLC梯形图 71
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