数控机床调试与维修讲义3

《数控机床调试与维修》讲义64第5章数控机床的控制5.数控机床的控制5.1数控系统(机床)中的PLC/PMC及其工作原理5.1.1数控系统中的PLC/PMC形式数控系统中的PLC（可编程逻辑控制器）/PMC（可编程机床控制器）有两种存在形式：·独立型：硬件、软件与NC（数控装置）完全分离，独立存在于数控系统中·嵌入型：硬件上一般采用I/O板插件的方式，CPU及软件与NC融合5.1.2数控系统中PLC/PMC的工作原理数控系统中的PLC/PMC的工作原理与工业控制中独立型PLC的工作原理大同小异，都是采用循环扫描的工作方式，不同的是其用户程序结构稍有不同，如FANUC和MITSUBISHI数控系统中的PMC/PLC的用户程序采用分级与分割的形式，而SIEMENS数控系统中的PLC采用的是子程序结构形式。用户程序的分级根据处理对象的紧急情况划分，下面以FANUC-0系统为例进行介绍。5.1.3FANUC-0系统PMC-L/M型（1）PMC-L/M规格PMC型号PMC规格PMC-LPMC-M[PMC-M（MMC）]备注编程方式助记符号语言助记符号语言编程使用P-G程序级数23第一级执行周期16ms16ms/8ms[8ms固定]在PMC-M中可选基本指令的平均处理时间6μs/步2μs/步程序容量约3000步/5000步约3000步/约5000步/约8000步/约12000步PMC-L有2种容量，PMC-M和PMC-M（MMC）有4种容量基本指令数1212功能指令数3435内部继电器400字节，与保持型存储器共用696字节（400字节与保持型存储器共用）保持型存储器400字节，与内部继电器共用400字节，与内部继电器共用保持型继电器在保持型存储器区域内可任意使用同左可变定时器同上（5字节/个）同左计数器同上（5字节/个）同左数据表在保持型存储器区域内可任意使用同左固定定时器使用内部继电器区域400字节（3字节/个）同左一个固定定时器使用内部继电器的3个字节最大输入点数104208最大输出点数72144《数控机床调试与维修》讲义65（2）顺序程序（PMC用户程序）·顺序程序：顺序控制机床等机械的程序·执行程序：CPU每次高速读出存储器中的程序指令，并进行运算处理。·PMC执行顺序程序的过程·顺序程序的构成与执行过程PMC采用两级程序结构。第1级程序每8ms/16ms执行一次，第2级程序以8ms/16ms为周期自动进行分割，若被分割为n节时，则第二级程序每（8/16）×nms执行一次，即整个程序的运行时间为（8/16）×nms。采用计算机编程时，编程结束后画面上显示一个循环所用的时间，或者在P-G画面上显示。为了缩短整个程序的处理时间，第1级程序尽可能短，且用于处理紧急情况。程序结构如下图所示：CCPU顺序程序存储器RDX0.0ANDR250.0ORX6.1AND.NOTR260.0WRTY48.0┇┇输入回路X0.0X6.1输出回路Y48.0内部继电器(RAM)R250.0R260.0ABDWX6.1X0.0R250.0R260.0Y48.0使用SYSTEMP-G输入顺序程序机床等控制对象PMC(可编程机床控制器)《数控机床调试与维修》讲义66执行顺序：·顺序程序的处理时间顺序程序的处理时间为第2级程序的分割数n×（16/8）ms。分割数n的计算：1)()8000/16000()(sHTssLTn（n为整数，小数点以下舍去）（HT）为第1级程序的执行时间（HT）={（基本指令步数）+（功能指令等价的基本指令总步数）}×tt=30μs（PMC-L，K型）t=6μs（PMC-M型）（LT）为第2级程序的执行时间（LT={（基本指令步数）+（功能指令等价的基本指令总步数）}×tt同上。在第2级顺序程序部分的执行时间中，需要包括END1的执行时间常数（97）。（3）PMCI/O信号《数控机床调试与维修》讲义67·输入信号处理（1）来自CNC侧的输入信号存放于CNC的输入存储器，每隔16/8ms传送至PMC。第一级程序直接引用这些信号的状态，执行相应的处理。（2）来自机床的输入信号（DI/DO卡）传送至输入信号存储器（PMC）。第一级程序中处理的信号取自此存储器（3）每隔2ms（8ms情况）扫描和存储机床侧的输入信号，输入信号存储器的信号状态与第1级程序中的信号状态同步。（4）第2级程序处理第2级同步输入信号，此时第2级程序同步输入信号存储器中的信号状态保持不变。第1级程序引用输入信号存储器和CNC侧输入存储器中的信号；第2级程序引用第2级程序同步输入信号存储器的信号，这些处理由PMC系统软件实现。·输出信号处理（1）每隔16/8ms由PMC传送输出信号至CNC的输出存储器（2）PMC将输出信号通过DI/DO传送至机床侧（3）外置I/O卡的输出信号存储器由PMC程序设定，其信号每隔2ms传送至机床侧。注：可自诊断画面下显示CNC输入存储器中的信号、机床侧的输入信号、CNC输出存储器中的信号及输出到机床的信号状态。诊断号就是顺序程序中的地址号。·CNC侧输入/输出信号来自CNC侧的输入信号每16/8ms传送到PMC中，同样输出到CNC侧的输出信号每16/8ms自PMC中送出。PMCI/O信号每16/8ms传送一次。注意：来自CNC侧的输入信号在第1级程序和第2级程序中并不是同步信号。如果在执行第1级程序时，来自CNC侧的输入信号有可能变化时，避免出错，在第1级程序的开头将信号的状态写入到一内部继电器，程序引用该继电器的信号。如下图所示：·第1级和第2级程序中信号状态的区别由于在第一级程序中使用输入信号存储器，在第二级程序中使用同步输入信号存储器，因此即使是同一个输入信号，在第1级和第2级程序中其状态也有可能不同，第二级程序中的输入信号要比第一级的输入信号滞后，最大滞后可达一个二级程序的执行周期。如下图所示：第1级程序使用END1TFW1TFW2如果TF=0后，又立即变为TF=1，则有可能使W1、W2同时为1，即W1=1，W2=1。END1TFMW1TFMW2TFTFM信号TF被同步化处理后，同时使W1=1，W2=1的状态不会发生。《数控机床调试与维修》讲义68·互锁：除了程序中必须考虑互锁外，还必须同时实施硬件互锁（继电器、接触器等）（4）地址分配·与PMC相关的四种类型地址：(a)图中实线表示的是与PMC有关的输入/输出信号(与I/O板连接)(b)图中虚线表示的是与PMC有关的输入/输出信号仅在存储器(RAM)中传送。所有这些信号的状态可显示在CRT上。·地址的规定地址由地址号和位号组成：A．M为短脉冲信号W1=1时W2有可能不为1W1=1时W2=1内部继电器PMCCNC侧信号机床侧信号非易失性存储器(1)计数器(2)保持型继电器(3)数据表(4)可变定时器X12.7位号(0～7)地址号(字母后3位数以内)《数控机床调试与维修》讲义69地址号的开头必须要有一个字母，用于表示信号的类型，如下表所示：记号信号的种类X由机床向PMC的输入信号（MT→PMC）Y由PMC向机床的输出信号（PMC→MT）F由NC向PMC的输入信号（NC→PMC）G由PMC向NC的输出信号（PMC→NC）R内部继电器D保持型存储器的数据·PMC与CNC之间的地址（PMC←→CNC）PMC←CNC的有关信号：地址为F148～199（0系列还附加有F250～299），0TT及带有扩展PMC轴控制功能的0系统，还可使用：F1348～1399和F1450～1499。当系统为PowerMate-A时，地址是F192～319。信号的详细说明参见FANUC系统连接说明书。PMC→CNC的有关信号：地址为G100～G147和G200～249，0TT及有扩展PMC轴控制功能的0系统，还可使用G1300～1347和G1400～1449。当系统为PowerMate-A时，地址为G64～191。信号的详细说明参见FANUC系统的连接说明书。·PMC和机床之间的地址（PMC←→MT）PMC←MT：地址号为X0～22。PMC-M还可使用X1000～1020；0TT系统还可使用X40；0-B/C系统且PMC为-M时，可使用X1100～1193（使用I/O模块时用）。X0～22的23个字节并不是全都使用，其中X1、X5、X7、X9、X13、X15等奇数地址不能使用；偶数地址的0～7位也不是全都能用。系统为PowerMate-A时地址为X0～31，同样，这32个字的地址也不是全都可用。详见FANUC系统连接说明书。PMC→MT：地址号为Y48～53及Y80～95。PMC-M还可用Y1020～Y1028；0-B/C系统且用PMC-M时，可用Y1200～1261（用于I/O模块）。Y80～95的奇数地址不能使用，即使可用，0～7位内也有不能用的位。PowerMate-A系统的地址为Y32～Y63，Y32～Y63并非全都能用。详见FANUC系统连接说明书的地址表。·地址固定的机床输入信号信号名符号地址1T-A1M-A0T-A00T-A0M-A00M-A0T-Mate-A0MMate-A忽略第4轴4NGX4.7○X轴测定位置到达信号XAEX8.0○○Z轴测定位置到达信号ZAEX8.1○○X轴向手动进给互锁信号+MiT1X8.2○-X轴向手动进给互锁信号-MiT1X8.3○Z轴向手动进给互锁信号+MiT2X8.4○-Z轴向手动进给互锁信号-MiT2X8.5○高速互锁信号*RILKX8.6○○跳步信号SKIPX8.7○○○○X轴回参考点减速信号*DECXX16.5○○○○○○《数控机床调试与维修》讲义70Y轴回参考点减速信号*DECYX17.5○○○Z轴回参考点减速信号*DECZX18.5○○○Z轴回参考点减速信号*DECZX17.5○○○第4轴回参考点减速速信号*DEC4X19.5○+Z轴超程信号*+LZX18.5○○○急停信号*ESPX21.4○○○○○○注:※表中带“*”号的信号为低电平有效。※上述信号中除了“急停信号”需要在顺序程序中编程传送到地址G121.4之外，其它信号CNC直接对其进行处理，不需要编程。※0TT系统有两个急停信号：刀架1用（*ESPM）；刀架2用（*ESPS）。刀架1用的急停信号与通常的急停信号相同；刀架2的急停信号需要从地址X18.7传送到地址G1321.4。·PMC-L型的内部继电器地址（R）共有400字节的存储器用于内部继电器和保持型存储器。保持型存储器应置于400字节存储器区域的前头（开始地址为D300），内部继电器区域是400字节减去保持型存储器区域的剩余部分。如下图所示：·保持型存储器的地址保持型存储器用电池保护，断电后其数据不会丢失。可由CRT/MDI的DGN画面，以字节为单位设定和显示。可用顺序程序的基本指令、功能指令写入和读出。用户可以用保持型存储器作为可变定时器、计数器、保持型继电器及数据表的数据区。D300+0D300+1D300+2┇┇┇D300+(n-1)D300+nD300+(n+!)┇┇┇R699保持型存储器内部继电器区域（接通电源时清零）400字节的存储区域地址号《数控机床调试与维修》讲义71※可变定时器：1个可变定时器需要连续5个字节的保持型存储器。除了可变定时器，PMC-L/M/P中还有固定定时器。详见功能指令的固定定时器（TMRB）说明部分。※计数器：1个计数器要求连续5个字节的保持型存储器。计数器预置值以BCD码设定在上部2个字节里，计数器的累计值用计数器功能以BCD形式的数据设在下面的二个字节中，详见功能指令“计数器”部分说明。使用多个计数器时，为便于维修与管理，集中使用地址区域。※保持型继电器：用于顺序程序的参数、保持继电器及其它。※数据表：可选在保持型存储器区域任何地方，用于存放顺序控制需要集中的数值数据，如ATC的刀套号与刀具号的对应表。（5）PMC编程流程□□□□+0□□□□+1□□□□+2┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇□□□□+n定时器区域内部继电器区域（接通电源时清零）保持型存储器的数据区域地址号计数器区域保持型继电器区