数控机床IO控制讲义
数控机床的I/O控制数控机床的控制可以分成两部分：第一是刀具的轨迹控制也即位移控制；这就是所谓的插补与伺服系统，第二是顺序控制；主要接受S（主轴转速）、T（选刀、换刀）、M（辅助功能）代码等所表示的机械顺序动作信息，将其转换成与相应的辅助机械动作控制信号，控制各执行环节顺序动作。此外还要实现伺服驱动的使能控制和机床报警信号的处理等。这些功能的实现，现代数控机床均采用PLC（可编程逻辑控制器）简称PLC来完成。顺序控制的信息主要是I/O控制，其输入输出元件大多是开关量的元件，如输入采用控制开关、行程开关、压力开关和接近开关等元件，而输出多采用继电器、接触器和电磁阀等元件。数控机床PLC的配置形式有两种：一种是内置式，象FANUC公司的数控系统采用在主板上插上一块PMC板的形式。这种方式的PLC不能成为独立的PLC使用，优点是结构紧凑、较容易实现与CNC的 协调。第二种是外置式，如西门子3系统采用的外部独立的PLC。在数控机床的故障中，PLC的故障占了较大的比例。作为一名维修人员来说要做好PLC的维修工作至少要对以下几方面有所了解。 一 PLC的信息传递数控机床中PLC信息传递主要有两个方面，PLC与CNC侧的信息传递；以及PLC与机床侧(MT)的信号传递，我们称之为PLC与外部的信息传递。如图一：高速处理信号 ：ESP、SKIP、超程等MT DI/DOX10001011G00000255 PMC ST1 DOOR ST X0.1 X0.0 G000.7 ST2 X5.7 STL STL F0.5 Y0.1 CNCXGFYY10001008F00000255图（一）内装式PLC输入/输出信息1PLC与CNC的信息交换。这组输入/输出信号仅在寄存器中传送，其信号含义和地址均由CNC厂家指定，我们只可使用，不可改变和增删。1.1CNC传送至PLC的信息，在一般数控机床中，CNC传递给PLC的信息主要有M、S、T等功能代码等。这些信息经过PLC的处理作为PLC的输出信号向机床侧输出如：刀架旋转、主轴停止等信号。M00M31 辅助功能代码，信号地址是F010F013。这些从计算机向PLC发出的信号是二进制的代码如: 7 6 5 4 3 2 1 0 M07 M06 M05 M04 M03 M02 M01 M00F010MF 辅助功能选通，信号地址是F007#0。MA 准备结束信号，信号地址是F001#7。T00T31 刀具功能代码信号 信号地址是 F026F029TF 刀具功能选通信号 信号地址是 F007#3数控机床的辅助功能代码近百个。数控系统的不同，辅助功能代码的含义也会不同，差别很大。一般只有M0M5及M30的含义是一致的。随着数控技术的发展，两位数的辅助功能代码已不够用，所以现代数控已有不少使用三位数的M代码。在FANUC 0i 系统中，把M200M215和M300M315定义为第2M功能代码和第3M功能代码。1.2 PLC至CNC的信息，这包括PLC给CNC的关于机床的运动状态、主轴的连锁等信息。MFIN 辅助功能结束信号 地址是 G005#0TFIN 刀具功能结束信号 地址是G005#32、PLC与MT之间的信息传递。这组输入/输出信息是由机床厂家指定与地址对应的信号。需要注意的是，该组信号是通过I/O模块进行交换的。机床厂家不同，设备不同，控制对象的不同都会使地址对应的信号不同。因此设备厂家会随机床资料提供输入输出信号表或在电器原理图中标注出I/O口地址的全部信号。这个表或图是我们诊断PLC故障中必不可少的条件。需要妥善保管。如某数控加工中心的输入输出的部分地址信号图： 压力 刀库正转 刀库反转刀夹放松 刀夹夹紧 夹紧到位 P24V X022.7 X016.0 X016.1 X016.2 X020.0 X020.1 PLC DI/DO PLC D I/DOY044.0 Y044.1 Y044.2 Y044.3 Y046.0 Y046.1 KA4 KA5 KA6 KA7 HL1 HL20V反转 正转 NC给定 手动电压 报警 速度变化 指示 一般内装式PLC采用直流+24V电源,容量有一定限制,所以一般对于象交流接触器,电磁阀,电磁离合器等交流负载和工作电压或工作电流超过PLC输出信号最大允许容量时采用直流小型继电器作为中间继电器过渡的方法。每个输出点的容量约几百毫安，如果采用外接DI/DO模快则使用外接电源，可以根据外接负载的大小，选择不同容量的电源模块。2.1、 PLC向机床传递信息。主要是控制机床的执行元件（如继电器、电磁阀），满足自动换刀装置、刀架与工作台夹紧、松开机构的驱动控制要求、启动冷却、液压和润滑装置，确保各种状态及故障的显示。2.2 机床向PLC传递信息，MT传送给PLC的信息主要有机床操作面板上的操作元件信息，如各座标轴的定向起动、刀架回转方向的选择、数控系统的起动、进给停止等按钮开关信息，各座标轴的运动限位、刀库夹紧、放松、到位等限位开关信息。此外，还有一条高速处理信号。它是作为顺序程序中第一级程序处理的。仅处理短脉冲信号。这些信号包括急停，各轴超程，返回参考点减速，外部减速，跳步，到达测量位置和进给暂停信号。3 、PLC的地址地址是用来区分信号。不同的地址分别对应机床侧和CNC侧的输入、输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器和数据表。每个地址由地址号和位号组成。在PMC中地址主要有四个类型：内部继电器机床侧信号CNC侧信号PMC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2、非易失性存储器的含义是：即使系统断电，存储器中的内容也不会丢失。 图（二）字母信号类型FANUC 0i PMCSA3X来自机床侧输入信号X0X127外装I/O卡X1000X1019内装I/O卡Y由PMC输出到机床侧的信号Y0Y127外装I/O卡Y1000Y1014内装I/O卡F来自CNC侧的输入信号F0F255G由PMC输出到CNC的信号G0G255R内部继电器R0R1499R9000R9117A信息显示请求信号A0A24C计数器C0C79 （计数器个数20）K保持型继电器K0K19T可变定时器T0T79 （定时器个数40）D数据表D0D18591、机床侧输入的信号固定地址如：*ESP: X1008.4; SKIP:X1004.7 *DEC1: X1009.0等NC运行时直接引用这些地址的信号。2、非易失性存储器的含义是：即使系统断电，存储器中的内容也不会丢失。4、R9000到R90099为PMC系统程序保留区域，这个区域中的继电器不能用作顺序程序中的输出继电器。5、K17K19为PMC系统程序保留区域，不能用于顺序程序中的输出继电器。4、I/O硬件接口概况（FANUC 0iA系统） CNC I/OI/Olink DI/DO 二PLC 顺序程序1、顺序程序的概念所谓顺序程序是指对机床及相关设备进行逻辑控制的程序。顺序程序的编制是由编制梯形图开始的，而梯形图可以理解为CPU中算术运算的执行顺序。PLC编程软件的作用就是编制顺序程序。2、PLC顺序程序的执行过程PLC顺序控制是由软件实现的，它和一般的继电器电路的工作原理不尽相同。在一般继电器控制电路中，各继电器在时间上完全可以同时动作，而PLC的工作过程是基于顺序扫描的工作方式；CPU每一时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作，CPU按程序规定的顺序依次执行各个操作。在一般继电器电路中，当继电器A B DA C E 图（三）A动作时，继电器D和E可同时动作（当然触点B和C都闭合时）。在PLC顺序控制中，当继电器A动作时，（D、E不是同时动作的）继电器D首先动作，然后继电器E才动作（尽管先后动作的时间相差微秒级，但这个概念不能错。PMC-SA3基本指令处理时间0.15ms/步）。顺序程序从梯形图的开头执行直到梯形图结束而且在程序执行完后，再次从梯形图的开头执行，这被称作循环执行。从梯形图的开头到结束的执行时间称为循环处理周期。3、PLC程序执行的优先循序PLC循序程序由两部分组成：第一级程序部分和第二级程序部分。 顺序程序 第一级程序（高速顺序） SUB1 指定第一级程序结束 分割1 第二级程序（通常顺序） 分割2 SUB2 分割n 指定第二级程序结束 图（四
