3 数控机床的抗干扰与PLC

数控机床的干扰主要是电源干扰和电磁干扰两个方面90％来自电源噪声和电源本身的故障。机床数控系统中既包含高电压、大电流的强电设备，又包含低电压、小电流的控制与信号处理设备和传感器，即弱电设备。强电设备产生的强烈电磁骚扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。此外，系统所在的生产现场的电磁环境较恶劣，系统外各种动力负载的骚扰、供电系统的骚扰和大气中的骚扰等都会对系统内的弱电设备产生严重影响由于弱电设备是控制强电设备的，所以，一旦弱电设备受到干扰，加工精度就会降低或引起误动作，进而可能导致事故发生或整个系统的瘫痪（1）外界电磁干扰电火花、高频电源、高频感应加热及高频焊接等设备会产生强烈的电磁波干扰（2）供电线路干扰数控设备对输入电压范围有严格的要求，如果过压和欠压都有可能引起停机如果供电线路受到干扰，产生高频谐波失真，使50Hz基波的频率和相位产生漂移，将引起数控系统不稳定工作。供电线路中干扰是大电感量负载引起的。电感是储能元件，在断电时要把存储的能量释放出来，会在电网中形成高峰尖脉冲，一旦进入到数控系统，会导致CPU停止运行，甚至参数丢失，系统瘫痪。（3）传输线路干扰1）通过泄漏电阻的干扰。最常见的现象是元件支架、检测元件、接线柱、印制线路以及电容绝缘不良，使噪声源得以通过这些漏电阻作用于有关电路而造成干扰。2）通过共阻抗耦合的干扰。最常见的例子是通过接地线阻抗的共阻耦合干扰。3）经电源配电回路引入的干扰。当干扰电压对两根信号线的干扰大小相等、相位相同时属于共模干扰，由于接收装置的共模抑制比一般均较高，所以对系统的影响不大。但当接收装置的两个输入端出现很难避免的不平衡时，共模干扰的一部分将转换为串模干扰。抑制干扰可采取的措施消除或抑制干扰源破坏干扰途径削弱接收电路（1）减少供电线路干扰远离中频、高频或焊接设备避免和启动频繁的大功率设备共用一条线有必要时可采取稳压器动力线和线号线分开走线（2）减少机床电气控制系统中的干扰压敏电阻保护阻容吸收保护续流二极管保护（3）屏蔽技术利用金属材料制成屏蔽罩，将要防护的线路包在其中可分为静电屏蔽，电磁屏蔽，低频屏蔽（4）接地良好数控系统中的地线：信号地：0VDC框架地：外壳系统地：PE一点接地与两点接地（5）滤波常用的滤波技术有如下两种。1）低通滤波器。这是一种广泛被采用的技术。由LC组成的低通滤波器能把50Hz的电源高频噪声滤掉，对共模和常模噪声都能很好的抑制，对50Hz电源则无衰减。2）直流滤波器。直流稳压电源用大容量电解电容进行平滑滤波也是常用技术。在电源中除功率器件外，滤波电容是关键元件，应谨慎选择数控机床的两大功能1、坐标轴的位置控制（G）2、加工过程中的顺序控制（M、S、T）PMC程序是用来控制数控机床的顺序动作的，常见的顺序程序的形式有：语句表、梯形图、流程图三类传统的继电器逻辑电路(RelayLogicCircuit，简称RLC)可编程控制器（ProgrammableLogicController,简称PLC）可编程机床控制器（ProgrammableMachineController）数控机床PLC分为两大类:◦内装型(Built-inType)PLC，◦称独立型(Stand-aloneType)PLC。PLC处于CNC和MT（MachineTool，机床）之间，与数控系统及机床的信息交换包括如下四部分。NC侧：CNC系统的硬件和软件以及与CNC系统连接的外围设备。MT侧：包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板，继电器线路，机床强电线路等。CNCMDI/CRT输入输出电路PLC机床操作面板强电电路主轴驱动单元速度驱动单元辅助功能主轴电机进给电机1、MT至PLC信息：MCP上各种开关、按钮等信息可以通过PLC状态诊断来进行分%%ONOFF2、PLC至MT信号：PLC至机床的信号是控制机床的执行元件，如电磁阀、继电器、接触器以及确保机床各运动部件状态的信号和故障指示。与输入信号相同，可通过PLC状态来观察3、CNC至PLC信息：主要是M，S，T，F等功能代码，来控制辅助功能。4、PLC至CNC信息：主要是S，M，T，F功能应答信号等，机床运动部件的状态和故障等信息。(1)机床操作面板控制(2)机床外部开关输入信号控制:控制开关,行程开关,接近开关等.(3)输出信号控制:控制继电器,接触器,电磁阀,刀库,机械手,回转工作台,润滑泵等.(4)伺服使能控制(5)报警处理控制PLC输入端子板将机床外部开关的端子连接转换成I/O模块所需的针形插座连接,从而使外部控制信号输入至PLC中,同样也用针形插座将输出接口连接出来.1.控制按钮注意颜色：红、绿、黑白、白色、黑色、蓝色启动停止复位点动常见故障：机械动作不灵活，触点接触不良2、行程开关作用：检测机械位置常见故障：固定安装松动，操作杆失灵，触头接触不良等3、接近开关用于近距离（几毫米到几十毫米）内检测物体有无的传感器，用于检测数控机床位置或刀具的机械位置。主要分类：电感式，电容式，磁感应式，光电式，霍耳式等。1、电感式◦主要用于刀库，机械手及工作台的检测，◦测试其好坏时，可用金属片接近开关。2、电容式◦除了可以对金属材料的无接触式检测外，还可以对非导电性材料进行检测。◦在使用过程中应该注意间隙调整。3、磁感应式◦也称磁敏开关◦主要对气缸内活塞位置进行非接触式检测。4、光电式接近开关◦有反射型和遮断型两种◦常用于刀架刀位检测和柔性制造系统中物料传送位置的检测。5、霍耳式接近开关◦常用于电动刀架上◦用于检测磁信号注意：◦接线时输出信号有NPN和PNP两种类型4、压力开关在数控机床中多用于检测液压，气压系统的压力通过被控介质压力的变化，控制机械机构带动触点动作的一种开关。注意微动开关的安装与顶杆间的位置间隙。5、温控开关利用温度敏感元件的电阻值随温度变化的原理制成的一种开关。常用于伺服驱动器或电机中，当超温后切断电源实现过热保护。1、接触器可以频繁地接通和分断交流、直流电路。注意1）控制交流选交流，控制直流选直流接触器2）主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路电压3）主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路电流4）线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，当接触器线圈电压达到额定电压的85%或更高时，触点机构动作可靠。2、继电器是一种根据输入信号来控制电路中电流“通”与“断”的自动切换电器，通过继电器可以实现弱电控制强电。与接触器动作原理相同，但其结构简单，体积小，没有灭弧装置，触点的种类和数量也较多。线圈电压常为24V或12V直流。FANUC系统PMC的分类:PMC—L/M：用于FANUC—OC/OD系统PMC—SA1：用于FANUC—Oi系统（B功能包）/OiMate系统PMC—SA3：用于FANUC—OiA系统（A功能包）PMC—SB7：用于FANUC—16i/18i/21i及OiB/OiC系统（A包）PMC—RB5/RB6：用于FANUC—16/18系统CNC系统、系统PMC及机床的信号关系:FANUC系统常用的I/O装置内置I/O模块外置I/O单元分线盘I/O模块机床操作面板I/O卡系统I/O单元FANUC–OC/OD系统PMC的性能和规格FANUC–Oi系统PMC的性能和规格1．基本指令X0.0同一地址的触点使用数量无限制Y0.0Y2.0R0.0G0.0K0.0X0.0K0.1K0.0R0.0K0.3K0.0Y1.0R0.0G0.0G0.0Y0.0X、F不能作为线圈输出X0.0F0.0X0.0F0.0正确G0.0Y0.0（1）第1级程序结束指令END1◦每隔8ms读取的程序，主要处理系统急停、超程、进给暂停等紧急动作。因为第1级程序过长将会延长PMC整个扫描周期，所以第1级程序不宜过长。如果不使用第1级程序时，必须在PMC程序开头指定ENDl，否则PMC无法正常运行。（2）第2级程序结束指令END2◦第2级程序用来编写普通的顺序程序，如系统就绪、运行方式切换、手动进给、手轮进给、自动运行、辅助功能（M、S、T功能）控制、调用子程序及信息显示控制等顺序程序。通常第2级的步数较多，在一个8ms内不能全部处理完（每个8ms内都包括第1级程序），所以在每个8ms中顺序执行第2级的一部分，直至执行第2级的终了（读取END2）。在第2级程序中，因为有同步输入信号存储器，所以输入脉冲信号的信号宽度应大于PMC的扫描周期，否则顺序程序会出现误动作。（3）程序结束指令END◦将重复执行的处理和模块化的程序作为子程序登录，然后用CALL或CALLU命令由第2级程序调用。包含子程序PMC的梯形图的最后必须用END指令结束。1.顺序程序结束指令（END1、END2、END）2.定时器指令在数控机床梯形图编制中，定时器是不可缺少的指令，用于程序中需要与时间建立逻辑关系的场合。功能相当于一种通常的定时继电器(延时继电器)。FANUC系统PMC的定时器按时间设定形式不同可分为可变定时器(TMR)和固定定时器(TMRB)两种。1)可变定时器(TMR)TMR指令的定时时间可通过PMC参数进行更改，指令格式和工作原理如图机床报警灯闪烁示例2)固定定时器(TMRB)在梯形图中设定TMRB的时间，在指令和定时器号的后面加上一项预设定时间参数，与顺序程序一起被写入FROM中，因此定时器的时间不能用PMC参数改写。3.计数器指令计数器主要功能是进行计数，可以是加计数，也可以是减计数。计数器的预置值形式是BCD代码还是二进制代码形式由PMC的参数设定(一般为二进制代码)。4.译码指令数控机床在执行加工程序中规定的M、S、T功能时，CNC装置以BCD或二进制代码形式输出M、S、T代码信号。这些信号需要经过译码才能从BCD或二进制状态转换成具有特定功能含义的一位逻辑状态。根据译码形式不同，PMC译码指令分为BCD译码指令DEC和二进制译码指令DECB两种。1)DEC指令DEC指令的功能是，当两位BCD代码与给定值一致时，输出为“1”；不一致时输出为“0”，DEC指令主要用于数控机床的M、T码的译码。—条DEC译码指令只能译一个M代码。DEC指令格式如图中a）所示，包括以下几部分：译码信号地址：指定包含两位BCD代码信号的地址。译码方式：译码方式包括译码数值和译码位数两部分。译码数值为要译码的两位BCD代码；译码位数01为只译低4位数、10为只译高4位数、11为高低位均译。译码输出：当指定地址的译码数与要求的译码值相等时为1，否则为0。2）DECB指令DECB指令的功能是，可对1、2或4个字节的二进制代码数据译码，所指定的8位连续数据之一与代码数据相同时，对应的输出数据位为1。DECB指令主要用于M代码、T代码的译码，一条DECB代码可译8个连续M代码或8个连续T代码。图为DECB译码指令格式和应用举例。DECB指令格式如图2-18中a）所示，主要包括以下几项：译码格式指定：0001为1个字节的二进制代码数据，0002为2个字节的二进制代码数据，0004为4个字节的二进制代码数据。译码信号地址：给定一个存储代码数据的地址。译码信号地址：给定一个存储代码数据的地址。译码指定数：给定要译码的8个连续数字的第一位。5.比较指令比较指令用于比较基准值与比较值差值的大小。主要用于数控机床编程的T码与实际刀号的比较。PMC比较指令分为BCD比较指令COMP和二进制比较指令COMPB两种。1）COMP指令COMP指令的输入值和比较值为2位或4位BCD代码。其指令格式与应用例子如图2—19所示。COMP指令格式如图2-19中a）所示，包括以下几项：指定数据大小：BYT=0，处理数据(输入值和比较值)为2位BCD代码；BYT=1，处理数据为4位BCD代码。控制条件：ACT=0，不执行比较指令；A