项目五数控机床控制系统设计

项目五数控机床控制系统设计 机电控制及自动化系

本章的主要内容 5.1 CNC系统组成及硬件结构 5.2 开放式数控装置的体系结构 5.3 控制系统软件的组成及结构 5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 5.5 CNC装置的接口电路 5.6蓝牙技术在数控机床中的应用

5.1 CNC系统组成及硬件结构 CNC系统的组成计算机数控（computerized numerical control，简称 CNC）系统由硬件和软件组成，是用计算机存储器中存储的控制程序控制加工功能，实现部分或全部数值控制功能的系统。CNC系统由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时控制。 CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置组成。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 CNC系统的硬件结构数控系统的硬件由数控装置、输入／输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过I/O接口互连。根据数控系统的硬件结构的不同，将CNC系统分为：整体式结构和分体式结构大板式结构和模块化结构单微处理器结构和多微处理器结构

5.1 CNC系统组成及硬件结构 整体式结构和分体式结构整体式结构把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模块板组成的电路板等安装在同一机箱内。这种方式的优点是结构紧凑，便于安装，但有时可能造成某些信号连线过长。分体式结构把CRT和MDI面板、操作面板等做成一个部件，而把功能模块组成的电路板安装在一个机箱内，两者之间用导线或光纤连接。许多CNC机床把操作面板也单独作为一个部件，这是由于所控制机床的要求不同，操作面板相应地要改变，做成分体式有利于更换和安装。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 大板式结构和模块化结构大板式结构一个系统一般都有一块大板，称为主板。主板上装有主CPU和各轴的位置控制电路等。其他相关的子板（完成一定功能的电路板），如ROM板、零件程序存储器板和PLC板都直接插在主板上面，组成CNC系统的核心部分。由此可见，大板式结构紧凑，体积小，可靠性高，价格低，有很高的性能/价格比，也便于机床的一体化设计，大板结构虽有上述优点，但它的硬件功能不易变动，不利于组织生产。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 模块化结构总线模块化的开放系统结构，其特点是将CPU、存储器、输入输出控制分别做成插件板（称为硬件模块），甚至将CPU、存储器、输入输出控制组成独立微型计算机级的硬件模块，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，成为工厂标准或工业标准，彼此可以进行信息交换。于是可以像搭积木式组成CNC系统，使设计简单，有良好的适应性和扩展性，试制周期短，调整维护方便，效率高。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 单微处理器结构和多微处理器结构从CNC系统使用的CPU及结构来分，CNC系统的硬件结构一般分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。初期的CNC系统和现在的一些经济型CNC系统采用单微处理器结构，而多微处理器结构可以满足数控机床高进给速度、高加工精度和许多复杂功能的要求，也适应于并入FMS和CIMS运行的需要，从而得到了迅速的发展，它反映了当今数控系统的新水平。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 单微处理器结构的CNC系统单微处理器的CNC是指系统只有一个微处理器作为核心，采用集中控制、分时方法处理数控的各个任务。其它功能部件，如存储器、各种接口、位置控制器等都需要通过总线与微处理器相连。有的CNC装置虽有两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器能够控制系统总线，占有总线资源，而其他微处理器成为专用的智能部件，不能控制系统总线，不能访问主存储器，它们组成主从结构（如FANUC-6系统），这类结构也属于单微处理器结构。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 单微处理器结构的CNC系统 CPU 总线单微处理器结构数控系统的基本组成 I/O接口存储器串行接口 CRT/MDI 控制单元部件接口电路

5.1 CNC系统组成及硬件结构 单微处理器结构的CNC系统单微处理器结构CNC系统各组成部件的功能内部控制，对零件加工程序的输入、输出控制，对机床加工现场状态信息的记忆控制等。控制 CPU 完成一系列的数据处理工作：如译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补运算和位置控制的给定值与反馈值的比较运算等。运算总线结构是在单微处理器的CNC系统中经常采用的结构。总线是微处理器赖以工作的物理导线，按其功能可以分为三组总线，即数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）。总线

5.1 CNC系统组成及硬件结构 单微处理器结构的CNC系统单微处理器结构CNC系统各组成部件的功能系统程序存放在只读存储器EPROM中，由生产厂家固化，即使断电，程序也不会丢失。系统程序只能由CPU读出，不能写入。只读存储器（ROM）存储器运算的中间结果，需要显示的数据，运行中的状态、标志信息等存放在随机存储器RAM中。它可以随时读出和写入，断电后，信息就消失。随机存储器（RAM）加工的零件程序、机床参数、刀具参数等存放在有后备电池的CMOS RAM中，或者存放在磁泡存储器中，这些信息在这种存储器中能随机读出，还可以根据操作需要写入或修改，断电后，信息仍然保留。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 单微处理器结构的CNC系统单微处理器结构CNC系统各组成部件的功能 CNC装置中的位置控制单元主要对机床进给运动的坐标轴位置进行控制。位置控制的硬件一般采用大规模专用集成电路位置控制芯片或控制模板实现。控制单元部件 I/O装置与接口 CNC接受指令信息的输入有多种形式，如光电式纸带阅读机、磁带机、磁盘、计算机通信接口等形式，以及利用数控面板上的键盘操作的手动数据输入（MDI）和机床操作面板上手动按钮、开关量信息的输入。所有这些输入都要有相应的接口来实现。输入 CNC的输出也有多种，如程序的穿孔机、电传机输出、字符与图形显示输出（阴极射线管CRT或液晶显示器LCD）、位置伺服控制和机床强电控制指令的输出等，同样要有相应的接口来执行。输出

5.1 CNC系统组成及硬件结构 单微处理器结构的CNC系统单微处理器结构CNC系统的特点 CNC的所有功能都是通过一个CPU进行集中控制、分时处理来实现的； CPU通过总线与存储器、I/O控制元件等各种接口电路相连，构成CNC的硬件；结构简单，易于实现；由于只有一个CPU的控制，功能受字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 多微处理器结构的CNC系统多微处理器结构CNC系统是指在CNC系统中有两个或两个以上的CPU能控制系统总线或主存储器进行工作的系统结构。两个或两个以上的CPU构成的处理部件之间采用紧耦合（相关性强），有集中的操作系统，共享资源。紧耦合结构形式松耦合是指两个或两个以上的CPU构成的功能模块之间采用松耦合（相关性弱或具有相对的独立性），有多重操作系统实现并行处理。松耦合

5.1 CNC系统组成及硬件结构 多微处理器结构的CNC系统现代的CNC系统大多采用多CPU结构。在这种结构中，每个CPU完成系统中规定的一部分功能，独立执行程序，它比单CPU结构提高了计算机的处理速度。多CPU结构的CNC系统采用模块化设计，将软件和硬件模块形成一定的功能模块。模块间有明确的符合工业标准的接口，彼此间可以进行信息交换。这样可以形成模块化结构，缩短了设计制造周期，并且具有良好的适应性和扩展性，结构紧凑。多CPU的CNC系统由于每个CPU分管各自的任务，形成若干个模块，如果某个模块出了故障，其他模块仍然照常工作。并且插件模块更换方便，可以使故障对系统的影响减少到最小程度，提高了可靠性。性能价格比高，适合于多轴控制、高进给速度、高精度的数控机床。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 多微处理器结构的CNC系统多微处理器CNC的基本功能模块该模块是管理和组织整个CNC系统工作的模块，主要功能包括：初始化、中断管理、总线裁决、系统出错识别和处理、系统硬件与软件诊断等功能。管理模块该模块是在完成插补前，进行零件程序的译码、刀具补偿、坐标位移量计算、进给速度处理等预处理，然后进行插补计算，并给定各坐标轴的位置值。插补模块对坐标位置给定值与由位置检测装置测到的实际位置值进行比较并获得差值、进行自动加减速、回基准点、对伺服系统滞后量的监视和漂移补偿，最后得到速度控制的模拟电压（或速度的数字量），去驱动进给电动机。位置控制模块

5.1 CNC系统组成及硬件结构 多微处理器结构的CNC系统多微处理器CNC的基本功能模块零件程序的开关量（S、M、T）和机床面板来的信号在这个模块中进行逻辑处理，实现机床电气设备的启停、刀具交换、转台分度、工件数量和运转时间的计数等。 PLC模块命令与数据输入输出模块指零件程序、参数和数据、各种操作指令的输入输出，以及显示所需要的各种接口电路。是程序和数据的主存储器，或是功能模块间数据传送用的共享存储器。存储器模块

5.1 CNC系统组成及硬件结构 多微处理器结构的CNC系统多微处理机数控装置区别于单微处理机数控装置的最显著特点是功能模块之间的通讯，主要采用共享总线结构和共享存贮器结构两种类型。多微处理器CNC装置的通讯方式共享总线结构将带CPU或DMA（直接存储器存取）的主模块和不带CPU或DMA的从模块直接挂在总线上，共享标准系统总线。只有主模块有权控制总线。各模块之间的通信，主要依靠存储器来实现。优点：结构配置灵活，结构简单，无源总线造价低。缺点：多个主模块同时请求使用总线会引起竞争总线问题，使信息传输速率降低，总线一旦出现故障，会影响全局。

5.1 CNC系统组成及硬件结构 多微处理器结构的CNC系统多微处理器CNC装置的通讯方式共享存储器结构在该结构中，采用多端口存储器来实现各微处理器之间的互连和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口访问。由多端口控制逻辑电路解决访问冲突。如图所示为具有四个微处理器的共享存储器结构框图。当CNC系统功能复杂，要求CPU数量增多时，会因争用共享存储器而造成信息传输的阻塞，降低系统的效率，因此这种结构功能扩展较为困难。

5.2 开放式数控装置的体系结构 目前，大多数商品化数控系统，像FANUC数控系统，SIEMENS数控系统，A-B数控系统，NUM数控系统及我国的一些数控系统生产厂家生产的数控系统多数都属于专用型系统。专用型CNC装置，由于大批量生产和保密的需要，其硬件和软件是由制造厂专门设计和制造的，一般具有布局合理，结构紧凑，专用性强等优点，但所形成的是封闭式的体系结构数控系统，具有不同的软硬件模块、不同的编程语言、多种实时操作系统、非标准接口、五花八门的人机界面等。不仅带来了使用上的复杂性，也给车间物流的集成带来了很多困难。

5.2 开放式数控装置的体系结构 为解决封闭式体系结构的数控系统所存在的问题，西方工业发达国家相继提出了设计开放式体系结构数控系统的问题，使数控系统向规范化、标准化方向发展。 1987年由美国提出，NGC计划是为基于开放式系统体系结构的下一代机械制造控制器提供一个标准，这种体系结构允许不同的设计人员开发可相互交换和相互操作的控制器部件(硬件和软件)。 NGC计划由欧共体提出，OSACA采用面向对象的分析方法建立软件模型，先从逻辑上建立控制器的功能模型，在此基础上再考虑系统软件实现模型。模型的目标是在标准平台上建立由可以自由组合的模块组成的系统，是诸多开放式控制器研究计划中最为理想化的模型。 OSACA 由日本提出，OSEC讨论的重点集中在NC(数字控制器)本身和分布式控制系统上。OSEC认为，从制造的观点看，NC是分布式制造系统中的一个服务器。OSEC所谓的开放式系统本身被认为是一个分布式系统，它能满足用户对制造系统不同配置的要求、最小化费用的要求和应用先进控制算法及基于PC伪标准化人机界面的要求。 OSEC

5.2 开放式数控装置的体系结构 开放式CNC的定义及基本特征参照IEEE对开放式系统的规定：一个真正意义上的开放式数控系统，必须具备不同应用程序能协调地运行于系统平台上的能力，提供面向功能的动态重构工具，同时提供统一标准化的应用程序用户界面。指不同的应用程序模块通过标准化的应用程序接口运行于系统平台之上，不同模块之间保持平等的相互操作能力，协调工作。这一特征要求提供标准化的接口、通讯和交互模型。可互操作性(Interoperability) 指不同的应用程序模块可运行于不同供应商提供的不同的系统平台之上。这一特征是解决CNC软件的公用问题。这就要求设计的软件与设备具有无关性，即通过统一的应用程序接口，完成对设备的控制。可移植性(Portability)

5.2 开放式数控装置的体系结构 开放式CNC的定义及基本特征可缩放性(scalability) 指增加和减少系统功能仅表现为特定模块单元的装载与卸载。可相互替代性(Interchangeability) 指不同性能与可靠性和不同功能能力的功能模块可以相互替代。即插即用(plug&play) 数控功能采用模块化的结构且各模块具有即插即用的能力，以满足具体控制功能要求。由此可见，一个开放式CNC的开放性体现在：提供标准化环境的基础平台，允许不同开发商所提供不同功能的软、硬件模块介入，以构成满足不同需求的CNC。即开放式数控系统是从全新的角度分析和实现数控的功能，强调系统对控制需求的可重构性和透明性，以及系统功能面向多供应商。

5.2 开放式数控装置的体系结构 基于PC开放式CNC的硬件配置形式基于PC开放式CNC的硬件配置形式可大致分成四种类型，即PC连接CNC型、PC嵌入CNC型、CNC嵌入PC型和全软件CNC型。利用通用的串行总线将现有的CNC系统与PC相连。该系统实现简单，几乎可以不加修改就可应用，也可以使用通用的软件。但原有的CNC系统不能实现开放化，并且系统的通信和响应较慢。 PC连接CNC型将PC装入CNC系统内部，通过专用的总线连接。系统数据传输快，响应迅速，原CNC系统也可以充分利用。PC机只用作人机界面、大容量存储和通信，但不直接控制机床，开放性受到限制。 PC嵌入CNC型

5.2 开放式数控装置的体系结构 基于PC开放式CNC的硬件配置形式在PC内部插入专用的CNC控制卡。它能充分保证系统的性能，软件通用性强，并且编程处理灵活。但原有CNC系统资源很难得到利用。 CNC嵌入PC型将CNC的全部功能分配给PC处理，然后通过装在PC内部的伺服接口卡来控制驱动系统。软件的通用性好，编程处理灵活。但实时处理的实现比较困难，原有CNC资源难以利用。全软件CNC型

5.2 开放式数控装置的体系结构 体系结构的研究开放式控制器的体系结构是全面描述控制器组织结构的模型，包括控制器功能模块的划分、控制器软件功能模块的划分。在建立此模型的过程中要充分考虑到各种机床控制器的共性和可能具有的个性。其中共性部分应当成为开放式考虑的主体，个性化的部分应当成为体系结构中考虑可扩展性时的主要因素。此外，在研究数控体系结构时，还要充分考虑到技术的发展，特别是计算机技术的发展。使利用体系结构模型实现新型控制器设计时，可以顺利、合理地使用最新的计算机技术。开放式数控系统的关键技术标准的研究无论是采用OSACA的技术路线还是OSEC的技术路线，都需要确定严格的接口定义，即确定开放式的标准。开放式的标准首先应当是科学合理，而且还要具有—定的前瞻性，此标准应当详细地定义软件模块和硬件结构的接口。只有详细定义了标准，才能够谈得上互易操作性，实现多家公司开发的模块集成。

5.3 控制系统软件的组成及结构 控制系统软件的组成 CNC软件分为应用软件和系统软件

5.3 控制系统软件的组成及结构 控制系统软件的组成它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算，或为插补运算和速度控制等进行预计算。输入数据处理程序从光电阅读机或键盘输入零件加工程序，并将其存放在工件程序存储器中。输入程序从工件程序存储器中把零件加工程序逐段往外调出，送入缓冲区，以便译码时使用。将输入的工件加工程序中含有工件的轮廓信息、加工速度及其他辅助功能信息转换成计算机作插补运算与控制操作前必须翻译成计算机内部能识别的语言。译码程序它一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能的处理等。刀具半径补偿是把工件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹。数据处理程序

5.3 控制系统软件的组成及结构 控制系统软件的组成插补计算程序 CNC系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点等进行运算。根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲。这个过程称为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。 CNC系统是一边进行插补运算，一边进行加工，是一种典型的实时控制方式，所以，插补运算的快慢直接影响机床的进给速度，因此应该尽可能地缩短运算时间，这是编制插补运算程序的关键。速度控制程序速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以确保预定的进给速度。速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。

5.3 控制系统软件的组成及结构 控制系统软件的组成管理程序管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。水平较高的管理程序可以使多道程序并行工作，如在插补运算与速度控制的空闲时间进行数据输入处理，即调用各种功能子程序，完成下一数据段的读入、译码和数据处理工作，并且保证在当前数据段加工过程中将下一数据段准备完毕。一旦当前数据段加工完毕就立即开始下一数据段的插补加工。诊断程序诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件(CPU、存储器、接口、开关、伺服系统等)的功能是否正常，并指出发生故障的部位。

5.3 控制系统软件的组成及结构 CNC系统多任务并行处理与实时中断处理上图表示了软件任务的并行处理关系，其中双向箭头表示两个模块之间有并行处理关系。

5.3 控制系统软件的组成及结构 CNC系统多任务并行处理与实时中断处理并行处理并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。并行处理的优点是提高了运行速度。目前CNC装置的硬件结构中，广泛使用“资源重复”的并行处理技术。如采用多CPU的体系结构来提高系统的速度。资源重复法并行处理的方法时间重叠法资源共享法而在CNC装置的软件中，主要采用“资源共享法”和“资源重叠法”。

5.3 控制系统软件的组成及结构 CNC系统多任务并行处理与实时中断处理在单CPU的CNC装置中，要采用CPU分时共享的原则来解决多任务的同时运行。首先要解决的问题，是各个任务何时占用CPU及各个任务占用CPU时间的长短。在CNC装置中，各任务占用CPU是用循环轮流和中断优先相结合的办法来解决。资源共享法系统在完成初始化任务后自动进入时间分配循环中，在环中依次轮流处理各任务。而对于系统中一些实时性很强的任务则按优先级排队，分别处于不同的中断优先级上作为环外任务，环外任务可以随时中断环内各任务的执行。

5.3 控制系统软件的组成及结构 CNC系统多任务并行处理与实时中断处理资源重叠流水并行处理方法当CNC装置在自动加工工作方式时，其数据的转换过程将由零件程序输入、插补准备、插补、位置控制四个子过程组成。如图所示，如果以顺序方式处理每个零件的程序段，则第一个零件程序段处理完以后再处理第二个程序段，依次类推，两个程序段的输出之间将有一个时间为 t 的间隔。这种时间间隔反映在电动机上就是电动机的时停时转，反映在刀具上就是刀具的时走时停，这种情况在加工工艺上是不允许的。

5.3 控制系统软件的组成及结构 CNC系统多任务并行处理与实时中断处理资源重叠流水并行处理方法消除这种间隔的方法是用时间重叠流水处理技术。如图所示：流水处理的关键是时间重叠，即在一段时间间隔内不是处理一个子过程，而是处理两个或更多的子过程。从图中可以看出，经过流水处理以后，从时间Δt4开始，每个程序段的输出之间不再有间隔，从而保证了刀具移动的连续性。在单CPU的CNC装置中，流水处理的时间重叠只有宏观上的意义。即在一段时间内，CPU处理多个子过程，但从微观上看，每个子过程是分时占用CPU时间的。

5.3 控制系统软件的组成及结构 CNC系统多任务并行处理与实时中断处理实时中断处理 CNC系统软件结构的另一个特点是实时中断处理。 CNC系统程序以零件加工为对象，每个程序段中有许多子程序，它们按照预定的顺序反复执行，各个步骤间关系十分密切，有许多子程序的实时性很强，这就决定了中断成为整个系统不可缺少的重要组成部分。CNC系统的中断管理主要由硬件完成，而系统的中断结构决定了软件结构。外部中断内部定时中断 CNC的中断类型硬件故障中断程序性中断

5.3 控制系统软件的组成及结构 常规CNC系统的软件结构 CNC系统的中断结构模式有前后台型结构和中断型结构。在单微处理器数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中断型的软件结构；在多CPU数控系统中，将微处理器作为一个功能单元，利用上面的思想构成相应的软件结构类型。当子系统较多时，也采用相互通信的方法。无论何种类型的结构，CNC系统的软件结构都具有多任务并行处理和多重实时中断的特点。

5.3 控制系统软件的组成及结构 常规CNC系统的软件结构中断型结构模式中断型软件结构的特点是除了初始化程序之外，整个系统软件的各种功能模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统。其管理的功能主要通过各级中断服务程序之间的相互通讯来解决。一般在中断型结构模式的CNC软件体系中，控制CRT显示的模块为低级中断（0级中断），只要系统中没有其他中断级别请求，总是执行0级中断，即系统进行CRT显示。其他程序模块，如译码处理、刀具中心轨迹计算、键盘控制、I/O信号处理、插补运算、终点判别、伺服系统位置控制等处理，分别具有不同的中断优先级别。开机后，系统程序首先进入初始化程序，进行初始化状态的设置、ROM检查等工作。初始化后，系统转入0级中断CRT显示处理。此后系统就进入各种中断的处理，整个系统的管理是通过每个中断服务程序之间的通信方式来实现的。

5.3 控制系统软件的组成及结构 常规CNC系统的软件结构 FANUC-BESK 7CM CNC系统的各级中断功能

5.3 控制系统软件的组成及结构 常规CNC系统的软件结构前后台型结构模式该结构模式的CNC系统的软件分为前台程序和后台程序。前台程序是指实时中断服务程序，实现插补、伺服、机床监控等实时功能。这些功能与机床的动作直接相关。图示为前后台软件结构中，实时中断程序与后台程序的关系图。这种前后台型的软件结构一般适合单处理器集中式控制，对CPU的性能要求较高。程序启动后先进行初始化，再进入后台程序环，同时开放实时中断程序，每隔一定的时间中断发生一次，执行一次中断服务程序，此时后台程序停止运行，实时中断程序执行后，再返回后台程序。后台程序是一个循环运行程序，完成管理功能和输入、译码、数据处理等非实时性任务，也叫背景程序，管理软件和插补准备在这里完成。后台程序运行中，实时中断程序不断插入，与后台程序相配合，共同完成零件加工任务。

5.3 控制系统软件的组成及结构 常规CNC系统的软件结构前后台型结构模式的应用实例

5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 在数控机床中，数控系统除了对其各进给轴进行准确的控制外，还需对诸如主轴起／停、换向，刀具更换，工件夹紧、松开以及液压、冷却、润滑等辅助工作进行所谓的顺序控制。顺序控制的信息主要是开关量，如各行程开关、接近开关、按钮、继电器等。数控机床所用顺序控制装置主要有两类，一类为传统的继电器逻辑电路(RLC)，另一类为可编程控制器(PLC)。继电器逻辑电路使用大量的中间继电器完成逻辑控制功能，存在着难以克服的缺点，如只能完成简单的逻辑运算功能以及定时、计数等功能，在实际应用中修改逻辑时，需要增减元器件，重新布线，且安装调试周期长，工作量大，加之RLC电路结构体积庞大、功耗多、可靠性差，因此，RLC通常仅用于动作简单的普通数控车床、数控铣床等。

5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 可编程控制器与外部的信息交换数控机床的控制可分为两大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制，这部分控制由数控装置完成；另一部分是数控机床加工过程的顺序控制，此类控制即由PLC完成。在讨论PLC、CNC机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”(即机床侧)两大部分。 “NC侧” “MT侧” PLC 包括CNC系统的硬件和软件以及与CNC系统连接的外围设备。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。信息交换

5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 可编程控制器与外部的信息交换 PLC与CNC和机床MT的信息交换包括如下四个部分：机床侧的开关量信号可通过PLC的开关量输入接口送入PLC中。由机床传送给PLC的信息主要是机床操作面板上各种开关、按钮等信息，如机床运动的启/停、主轴正反转和停止、各坐标轴点动、刀架卡盘的夹紧与松开、切削液的开关、倍率选择及各运动部件的限位开关信号等信息。除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。 MT→PLC PLC控制机床的信号通过PLC的开关量输出接口送至MT中。PLC向机床发送的信息主要是控制机床的执行元件，如电磁阀、继电器、接触器以及各种状态指示和故障报警等。所有开关量输出信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。 PLC→MT

5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 可编程控制器与外部的信息交换 PLC与CNC和机床MT的信息交换包括如下四个部分： CNC送至PLC的信息可由开关量输出信号(对CNC侧)完成，也可由CNC直接送入PLC的寄存器中，主要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动／自动方式信息及各种使能信息等。所有CNC送至PLC的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址)均已由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。 CNC→PLC CNC传送给PLC的信息PLC传送给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。PLC送至CNC的信息也可由开关量信号或寄存器完成，所有PLC→CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增则。 PLC→CNC

5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 数控机床PLC的形式专为实现数控机床顺序控制而设计制造，PLC从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。内装型PLC 与CNC的其他电路同装在一个机箱内，共同使用一个电源和地线。特点：对外一般没有单独配置的输入／输出电路，而使用CNC系统本身的输入/输出电路。性能指标是依赖于所从属的CNC系统的性能、规格来确定的；它的硬件和软件要与CNC系统的其他功能统一考虑、统一设计。采用内装型PLC，扩大了CNC内部直接处理的窗口通信功能；可以使用梯形图的编辑和传送等高级控制功能，且造价便宜，提高了PLC的性能价格比。

5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 数控机床PLC的形式又称通用型PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。机床用独立型PLC一般采用模块化结构，装在插板式笼箱内，它的CPU、系统程序、用户程序、输入输出电路、通信等均设计成独立的模块。独立型PLC 根据数控机床对控制功能的要求可以灵活选购或自行开发通用型PLC。要进行PLC与CNC装置的I/O连接，PLC与机床侧的I/O连接。CNC和PLC装置均有自己的I/O接口电路，需将对应的I/O信号的接口电路连接起来。特点：可以扩大CNC的控制功能。在性能/价格比上不如内装型PLC

5.4 可编程控制器（PLC）控制系统 数控机床PLC的主要功能在数控系统中，机床离散信息的控制主要是M、S、T功能代码，这些功能主要是通过PLC来完成。 T功能在数控加工程序被译码处理后，CNC系统控制软件就将辅助功能的有关编码信息通过PLC输入接口传送至相应寄存器中，供PLC的逻辑处理软件扫描采样，并输出处理结果，通过输出接口来控制有关执行元件。 M功能 S功能

5.5 CNC装置的接口电路 接口是保证信息快速、正确传送的关键部分，接口技术发展很快，CNC装置除了与数据输入输出设备相连接外，还要与上级计算机或DNC计算机直接通讯或通过工厂局部网络相连，具有网络通讯功能，现代CNC装置都具有完备的数据传送和通讯接口。键盘输入及其接口常用输入输出设备及接口显示器及其接口串行通信及其接口用于数据在设备之间的传送随着制造技术的不断发展，对网络通讯要求越来越高，计算机网络是由通讯线路，根据一定的通讯协议互连起来的独立自主的计算机的集合，联网中的各设备应能保证高速和可靠的传送数据和程序。网络通信接口

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