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ALSTOM GCM05XX0751A】

  • 发布日期:2019-07-26 11:39
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【ALSTOM GCM05XX0751A】】详细说明
ALSTOM GCM05XX0751A
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ALSTOM GCM05XX0751A

 提出了PLC与伺服系统在数控车床的模拟量、数字量控制和位置控制中的综合应用,本文介绍了PLC在数控车床中的应用前景,对车床的运动轨迹进行了讨论,详细阐述了机床控制系统软硬件设计,使机床在加工中精度得以**。

1引言

 PLC用于通用设备的自动控制,称为可编程控制器。PLC用于数控机床的外围辅助电气的控制,称为可编程序机床控制器。近年来,PLC在工业自动控制*域应用越来越广,它在控制性能,组机周期和硬件成本等方面所表现出的·综合优势是其他工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展,它在位置控制,过程控制,数据处理等方面的应用越来越多。在FANUC数控系统中将其称之为PMC(programmablemachinetoolcontroller)。数控系统有两大部分,一是NC、二是PLC,这两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样来划分NC和PLC的作用范围:

1、实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由NC来完成;

2、机床辅助设备的控制是由PLC来完成。它是在数控机床运行过程中,根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态,按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。

 在数控机床中这两种控制任务,是密不可分的,它们按照上面的原则进行了分工,同时也按照一定的方式进行连接。NC和PLC的接口方式遵循**标准“ISSO4336-1981(E)机床数字控制-数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定,接口分为四种类型:

1、与驱动命令有关的连接电路;

2、数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路;

3、电源及保护电路;

 4、通断信号及代码信号连接电路;

从接口分类的标准来看,**类、第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、伺服电机、位置检测以及数据检测装置之间控制信息。第三类是由数控机床强电电路中的电源控制控制电路构成。通常由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继电器、接触器等等构成。为其他电机、电磁阀、电磁铁等执行元件供电。这些相对于数控系统来讲,属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制系统的弱电回路,直接相连接的,只能够通过中间继电器等电子元器件转换成直流低压下工作的开关信号,才能够成为PLC或继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。反之,PLC或继电器逻辑控制来的控制信号,也必须经过中间继电器或转换电路变成能连接到强电线路的信号,再由强电回路驱动执行元件工作。第四类信号是数控装置向外部传送的输入输出控制信号。

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础,这个基础是否牢固直接影响到一个**的经济发展和综合国力,关系到一个**的战略地位,因此,**各工业发达**均采取各种措施来改进和完善自己的数控技术及其产业。作为制造业中*具广泛代表性的车床,越来越被人们所重视,由于传统的数控车床,大多采用MCS--51单片机、步进电机及继电线路,这种控制方式由于存在继电器线路复杂,故障排除时间长,并存在:①单片机易受外部信号(特别是中高频电源设备的干扰,稳定性差);②步进电机由于是开环控制,加工精度离散性大,存在着累积误差;③继电线路存在着滞后现象。针对上述问题,在**加工精度要求的前提下,充分利用现代控制技术来实现数控车床的**控制。

2PLC在数控机床中的应用形式

数控机床中所用的PLC可分为两类:一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的内装型PLC(built-inType),另一类是那些输入输出技术规范,输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的*立型PLC(Stand-aloneType)。

内装式PLC也称集成式PLC,采用这种方式的数控系统,在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑,NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的,因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单*的CPU这种结构从软硬件整体上考虑,PLC和NC之间没有多余的导线连接,增加了系统的**性,而且NC和PLC之间易实现许多高级功能。PLC中的信息也能通过CNC的显示器显示,这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。

2.1内装型PLC的特点

(1)内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能,一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。

(2)内装型PLC的性能指标(如:输入/输出点数,程序*大步数,每步执行时间、程序扫描周期、功能指令数目等)是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统其他功能一起统一设计、制造的。因此,系统硬件和软件整体结构十分紧凑,且PLC所具有的功能针对性强,技术指标亦较合理、实用,尤其适用于单机数控设备的应用场合。

(3)在系统的具体结构上,内装型PLC可与CNC共用CPU,也可以单*使用一个CPU;硬件控制电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷板上,也可以单*制成一块附加板,当CNC装置需要附加PLC功能时,再将此附加板插装到CNC装置上,内装PLC一般不单*配置输入/输出接口电路,而是使用CNC系统本身的输入/输出电路;PLC控制电路及部分输入/输出电路(一般为输入电路)所用电源由CNC装置提供,不需另备电源。

(4)采用内装型PLC结构,CNC系统可以具有某些高级的控制功能。如:梯形图编辑和传送功能,在CNC内部直接处理NC窗口的大量信息等。

自70年代末以来,**上**的CNC厂家在其生产的CNC产品中,大多开发了内装型PLC功能。随着大规模集成电路的开发利用,带与不带PLC功能,CNC装置的外形尺寸已没有**的变化。一般来说,采用内装型PLC省去了PLC与NC间的连线,又具有结构紧凑、**性好、安装和操作方便等优点,和在拥有CNC装置后,又去另外配购一台通用型PLC作控制器的情况相比较,无论在技术上还是经济上对用户来说都是有利的。

国内常见的外国公司生产的带有内装型PLC的系统有:FANUC公司的FS-0(PMC-L/M),FS-0Mate(PMC-L/M),FS-3(PLC-D),FS-6(PLC-A、PLC-B),FS-10/11(PMC-1);FS-15(PMC-N);Siemens公司的SINUMERIK810,SINUMERIK820;A-B公司的8200,8400,8600等。

*立式PLC也称外装式PLC,它*立于NC装置,具有*立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式式,可根据用户自己的的特点,选用不同专业PLC厂商的产品,并且可以更为方便的对控制规模进行调整。

2.2*立型PLC的特点

(1)*立型PLC具有如下基本的功能结构:CPU及其控制电路,系统程序存储器,用户程序存储器、输入/输出接口电路、与编程机等外部设备通信的接口和电源等。

(2)*立型PLC一般采用积木式模块化结构或笼式插板式结构,各功能电路多做成*立的模块或印刷电路插板,具有安装方便,功能易于扩展和变更等优点。例如,可采用通信模块与外部输入输出设备、编程设备、上位机、下位机等进行数据交换;采用D/A模块可以对外部伺服装置直接进行控制;采用计数模块可以对加工工件数量、刀具使用次数、回转体回转分度数等进行检测和控制,采用定位模块可以直接对诸如刀库、转台、直线运动轴等机械运动部件或装置进行控制。

(3)*立型PLC的输入、输出点数可以通过I/O模块或插板的增减灵活配置。有的*立型PLC还可通过多个远程终端连接器构成有大量输入、输出点的网络,以实现大范围的集中控制。

在*立型PLC中,那些专为用于FMS、FA而开发的*立型PLC具有强大的数据处理、通信和诊断功能,主要用作“单元控制器”,是现代自动化生产制造系统重要的控制装置。*立型PLC也用于单机控制。国外有些数控机床制造厂家,或是为了展示自己长期形成的技术特色,或是为了保守某些技术*窍,或纯粹是因管理上的需要,在购进的CNC系统中,舍弃了PLC功能,而采用外购或自行开发的*立型PLC作控制器,这种情况在从日本、欧美引进的数控机床中屡见不鲜。

国内已引进应用的*立型PLC有:Siemens公司的SIMATICS5系列产品;A-B公司的PLC系列产品;FANUC公司的PMC-J等。

3PLC与数控系统及数控机床间的信息交换

相对于PLC,机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换,对于PLC的功能发挥,是非常重要的。PLC与外部的信息交换,通常有四个部分:

(1)机床侧*PLC:机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中,除极少数信号外,*大多数信号的含义及所配置的输入地址,均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置,对PLC程序和地址分配进行修改。

(2)PLC*机床:PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧,所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。

(3)CNC*PLC:CNC送*PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中,所有CNC送*PLC的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址)均由CNC厂家确定,PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T功能,通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中。

(4)PLC*CNC:PLC送*CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成,所有PLC送*CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定,PLC编程者只可使用,不可改变和增删。

4PLC在数控机床中的工作流程

PLC在数控机床中的工作流程,和通常的PLC工作流程基本上是一致的,分为以下几个步骤:

(1)输入采样:输入采样,就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信号状态,并将此状态,读入到输入映象寄存器中。当然,在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的,除非一个新的扫描周期的到来,并且原来端口信号状态已经改变,读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。

(2)程序执行:程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描,并且同时读入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据,在进行相关运算后,将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。

(3)出刷新阶段:在所指令执行完成后,输出映像寄存区的所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,通过特定方式输出,驱动外部负载。

5PLC在数控机床中的控制功能

(1)操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC,然后由NC送到PLC,控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号,直接进入PLC,控制机床的运行。

(2)机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入PLC,进行逻辑运算。这些开关信号,包括很多检测元件信号(如:行程开关、接近开关、模式选择开关等等)

(3)输出信号控制:PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。

(4)功能实现。系统送出T指令给PLC,经过译码,在数据表内检索,找到T代码指定的刀号,并与主轴刀号进行比较。如果不符,发出换刀指令,刀具换刀,换刀完成后,系统发出完成信号。

(5)M功能实现。系统送出M指令给PLC,经过译码,输出控制信号,控制主轴正反转和启动停止等等。M指令完成,系统发出完成信号。

6PLC在机床行业的应用前景

PLC在数控机床和非数控机床中都有使用,在数控机床中,PLC是数控机床的大脑,何时进刀,何时退刀,刀量多少,工件的加工流程及所有要控制的操作都要由PLC发出指令,机床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到PLC。通过计算机与PLC的组合,实现对刀架换刀的**控制。

机床行业中PLC的应用以小型PLC为主,日系PLC在小型PLC*域占有很大优势,因此在机床行业中日系PLC占据大部分市场份额,而三菱、西门子和ge-fanuc由于其数控系统在机床行业中占有优势,因此在机床行业中占有一席之地。机床行业中PLC品牌集中度比较高,主要集中于日系品牌(三菱、欧姆龙)和西门子,台湾品牌台达在其中也占有一定的市场份额,而其他的品牌主要有富士、倍福、ls、施耐德、光洋、abb和横河等。

机床行业在保持了*近这些年的持续高速增长之后,于今年开始出现衰退现象,特别是在受金融危机冲击后,从7月份开始与去年同期相比都有不同程度的下降,11月份甚*下降幅度达到20.2%,如此高幅度的下降是历年很少见的,其中普通机床的影响尤为**,库存开始增加,而数控机的影响稍微少一些,从而给这个行业重新洗牌,未来机床的方向是数控化和逐步高端化,这些机床都需要使用大量PLC和运动控制器/卡来逐步取代继电器或机械控制,使得机床的整体性能得到提升,因此从长远来看,PLC和运动控制器/卡在机床行业的应用还是会很有潜力,在金融危机的冲击下,用户对PLC的性价比会越来越高,在同等价位水平下,希望PLC能够集成更多功能,如多轴插补功能等,甚*把原来不带有运动控制模块的PLC转化成带有运动模块,这些都是PLC厂商面对这场危机时所需要考虑的,在人人捂紧钱包的时候,只有更加高性价比的产品才能在这场危机中胜出,而对于运动控制器/卡,开放性将是其发展趋势,不需要借助相关平台即能实现运动控制功能。

 
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