PLC顺序功能图绘制及数控机床中PLC信号叙述

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一、PLC顺序控制功能图绘制
% ^8 G- }, E# G) g& a' a　　顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下，根据内部状态和时间顺序，使生产过程中各个执行机构自动而有序地进行工作。用PLC进行生产过程的顺序控制时，首先要根据系统工艺过程画出顺序功能图，然后将顺序功能图转换成梯形图或指令语句表。
* b2 s/ ^8 K- e3 W( k4 s4 Q2 N1.  顺序功能图组成要素
) |1 s" ?: C5 d  R- D　　顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）等要素组成。
　　1）步及其划分
6 Q, `* U2 a! Y8 T; S/ Q% x　　根据控制系统输出状态的变化将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step），可用编程元件（例如辅助继电器M）代表各步。步根据PLC输出量的状态变化划分，在第一步内，各输出量的状态（ON或OFF）均保持不变，相邻两步输出量的状态不同。只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。
　　初始步
　　与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少有一个初始步。
　　活动步
　　当系统处于步所在阶段时，该步处于活动状态，称该步为活动步。步处于活动状态时，相应的动作被执行；步处于不活动状态时，相应的非存储型命令被停止执行。
/ ^6 ]( e, g* F( I　　步划分示例
& X3 h8 p7 {+ q' a$ t( E- A　　以电动机全压起动PLC控制为例，电动机M开始时处于停止状态，按下起动按钮SB1，电动机M转动，一旦按下停止按钮SB2，电动机回到初始的停止状态。
" Z4 k# j. |8 c* E5 M根据电动机M的状态变化，显然一个周期由停止起始步及转动步组成，见图1。

* L/ `" c+ P2 ^6 J/ N1 m; `0 I; [图1 电动机全压起动过程功能图
　　2）动作与命令

& J1 k" U1 o% h/ x" T图2 几个动作的表示方法
a)动作横向连接表示法  b)动作纵向连接表示法
/ M1 M* p# i4 C  m8 q* @; h　 　“动作”是指某步处于活动状态时，PLC向被控对象发出的命令，或被控对象应执行的动作。动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如果一个步有几个动作，其表示方法见图2。
+ [3 E" ?8 v) `8 F! |1 G& o" q　　3）有向连线与转换
　　步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分开，步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时，其进展方向为从上到下或从左到右，否则按有向连线上箭头注明的方向进行。
　　步的活动状态进展由转换完成。转换用与有向连线垂直的短划线表示，步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须有步隔开。
　　4）转换条件
; A( c6 B  i6 _4 X　　转换条件是指与该转换相关的逻辑变量，可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号等标注在表示转换的短划线旁边。
- |! ^1 J! G0 N: x9 D" a　　转换条件X和 分别表示当二进制逻辑信号X为“1”和“0”状态时，条件成立；转换条件X­和X¯分别表示当X从“1”（接通）到“0”（断开）和从“0”到“1”状态时，条件成立。
4 t9 I. O* |. b7 h- f3 h9 Q1 y　　在顺序功能图中，步的活动状态的进展依靠转换实现。转换条件的实现必须同时满足两个条件：一是该转换的所有前级步都是活动步，二是相应的转换条件成立。转换完成后所有该转换的后级步均成为活动步，所有前级步成为不活动步。
2.  顺序功能图基本结构
; \* N/ h. N" R, K& F6 e5 Q# N　　根据步与步之间的转换形式，顺序功能图有单序列结构、选择序列结构和并行序列结构三种基本形式。
9 M4 ^1 Y3 O0 k. s1 M- U　　1）单序列
( ?/ o6 s( `6 I- X3 w　　单序列的每一步后面仅接一个转换，每一个转换之后也只有一个步，所有各步沿有向连线单列串联，见图3a）
　　2）选择序列

/ b# y1 `# r2 m图3 顺序功能图基本结构
a)单序列   b)选择序列   c)并行序列
　　若一个活动步之后有多个序列，顺序控制只能选择其中一个转换条件为真的序列执行，其余序列的转换条件均为假而不能执行。这种顺序控制过程的结构就称为选择序列，见图3b)。
4 M' B' x- u- S2 i$ V选择序列的开始称为分支，表示分支转换的短划线只能画在分支水平线之下的分序列有向连线上。选择序列的结束称为合并，各分支合并前的转换条件短划线只能画在合并水平单线之上的各序列有向边线上。
　　3）并行序列
　　若一个活动步之后有多个序列，处于该活动步之后的有向连线上的转换条件成立后，同时开始所有分支序列上的顺序动作，且全部分支序列上的顺序动作结束后同时汇合到同一状态，这种顺序控制过程的结构就是并行序列，见图3c)。
　　并行序列各分支序列水平双线之上的转换条件一旦成立，则各分支序列上的各活动步同时激活，且各序列中的进展相互独立进行。所有分支序列上的进展结束后汇总于合并水平双线之上，此时只有水平双线之下的转换条件成立，后级步才能激活。
3 g. Q( j( R# U  b: L二、数控机床PLC
* @0 X  r% E  g　　数控机床的控制分为坐标轴运动的位置控制和数控机床加工过程的顺序控制两个部分，控制过程中涉及到的逻辑控制和开关量控制均由数控机床中的PLC完成。
, X8 R5 ?2 k( `6 w* t" |3 Q1.  数控机床PLC型式
　　数控机床中使用的PLC分为内装型和独立型两类。
. x" C5 @8 h* Y3 H! t1 ^1 N　　1）内装型PLC
$ O  P, Z/ y. ^$ [/ Y0 G0 ]　　内装型PLC集成于CNC装置内，，可与CNC共用一个CPU，也可单独 单独一个CPU。内装型PLC一般不单独配置I/O接口，而是通过CNC装置本身的I/O电路完成输入与输出功能，内装型PLC与CNC系统之间的信号传送也在内部进行，见图4。
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图4 内装型PLC输入输出连接示意图
　　内装型PLC通过I/O与数控机床的CRT（Cathode Radiation Tube—阴极射线管显示器）、MDI（Manual Date Input—手动数据输入）面板、数控机床操作面板、强电控制电路、气动控制电路、液压传动控制电路、刀库伺服控制单元、主轴伺服单元、进给伺服单元等进行信号传送。
9 B' h7 t4 d, f1 [; }　　CNC装置内部内置了PLC后，可以使用梯形图方式对PLC进行程序编辑，传送复杂的数控机床控制功能。由于内装型PLC系统硬件和软件结构紧凑，提高了CNC的性价比。目前世界上著名的CNC系统制造企业大多开发了内装型PLC功能。
" U: {5 j- R6 q　　2）独立型PLC
  e) ~6 U: F# Z2 o: g+ S. K5 \5 z　　独立型PLC完全独立于CNC装置，具有完备的系统硬件和软件，能够独立完成CNC系统分配的控制任务，并配合数控机床的CNC系统完成刀具轨迹控制和机床的顺序控制。独立型PLC与数控机床、CNC系统之间的信号连接关系见图5。

图5 独立型PLC输入输出连接示意图
　　独立型PLC既要与机床侧的I/O进行信号交换，还要与CNC系统的I/O进行信号连接，所以CNC系统和PLC均具有I/O接口电路。独立型PLC采用模块化结构，安装在插板式机架上，其I/O点数和其它功能模块可根据具体数控机床功能要求灵活配置，插板式机架上安装的PLC各功能模块之间通过总线相互连接。
0 w- R7 n4 i2 ?% W, E+ B1 z2.  数控机床PLC信号
% \; L, z* \: p+ ^; M　　数控机床CNC侧主要包括CNC系统的硬件和软件、CNC系统连接的外围设备；而数控机床MT侧包括机械部分、辅助装置、机床操作面板、机床强电线路等。数控机床的PLC处于CNC和MT之间，对CNC侧和MT侧的输入输出信号进行处理。
4 ]4 f" W: Z5 u8 V/ O2 W/ G5 Y7 g" R　　1）CNC与PLC的传送信号
0 a0 h  W# m8 {3 i8 X　　CNC的输出数据经PLC逻辑处理后，再传送至MT侧。由CNC发给PLC的信号主要是M、S、T等功能代码、手动与自动方式信号、各种使能信号等。根据不同的M代码，PLC控制主轴的正反转和停止、主轴齿轮箱的换档变速、主轴准停、切削液开与关、卡盘的夹紧、松开、机械手的取刀，还刀等；数控机床还须通过PLC管理刀库，进行自动换刀完成T功能的处理；通过在PLC中用4位BCD码直接指定主轴转速完成S功能的处理等。
& H: u& F4 a0 ]# E7 n　　由PLC发给CNC的信号主要包括M、S、T功能的应答信号和各坐标轴对应的机床参考点信号等。
% `  Z- R$ Y& h  n0 [/ c' H- C　　2） PLC与MT的传送信号
  e! ?' r8 Q& C: p8 `9 ]　　由PLC向机床发送的信号主要是机床各执行元件（如电磁阀、接触器、继电器、状态指示灯、报警灯）的控制信号。
　　数控机床发给PLC的信号主要是数控机床操作面板输入信号、各种开关或按钮的状态信号，如机床起动与停止信号、冷却液的开关信号、倍率选择信号、各坐标轴点动信号、刀架卡盘的夹紧或松开信号、各运动部件限位开关的信号、主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等。
3 z+ W/ N- z7 `% w9 a7 H三、工作任务
　　会正确绘制顺序功能图；叙述数控机床中PLC信号内容。
- J& B9 W% t- }' Z- n+ n　　资讯：整理归纳听课笔记，叙述数控机床PLC信号内容
& W# o( O4 P/ q: j　　决策：确定电动机星三角换接减压起动的控制线路
6 {' j0 x+ {: @- J) B　　计划：确定顺序功能图绘制步骤
* r; n4 g+ l- `9 t* T) S　　实施：课余完成电动机星三角换接减压起动过程的顺序功能图
　　检查：小组互查
- q3 o) \3 u& I# y0 B5 o　　评估：小组评估
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