任务导入
GSK218MCNC车床操作面板上有许多按钮，如
，是一个换刀按钮，为什么一旦操作者按下
钮，机床就能完成手动换刀呢？
任务目标
（1）能读懂数控机床梯形图。
（2）熟悉GSK218M-PLC的地址分配。
（3）熟悉GSK218M-PLC、CNC、机床之间的信息交换。
（4）掌握数控机床PLC的控制原理。
任务分析
在数控机床中，数控机床的操作面板、外部开关输入信号、输出信号以及M、S、T功能等均由PLC控制完成，如机床操作面板上的按钮，就是由PLC控制的。那么PLC是怎样实现这些控制任务的呢？要实现这些控制，就得有控制信号，而控制信号是置于地址中的，那么数控机床PLC的地址是如何分配的？PLC、CNC与机床之间的信息又是怎样交换的？
不同的PLC其信息交换方式是不一样的。本任务以GSK218M系统中的
钮为导引，以PLC怎样控制“手动换刀”为主线，完成对数控机床PLC控制原理的理解与掌握；同时加深对GSK218M-PLC梯形图相关知识的理解与掌握，为后续各功能梯形图的阅读与分析打好基础。具体学习步骤为：编制“手动顺序换刀”部分程序（要能编制PLC程序，先要熟悉数控机床PLC相关指令知识）→GSK218M-PLC地址分配→GSK218M-PLC、CNC、机床之间的信息交换。
任务实施
一、相关知识
1．数控机床PLC种类
根据所用PLC与CNC装置之间的关系，数控机床PLC分为内装型、独立型两种。
1）内装型PLC
内装型PLC又叫内置型PLC或集成型PLC，CNC的生产厂家为实现数控机床的顺序控制而将CNC和PLC综合起来设计，PLC从属于CNC，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部实现，PLC与数控机床之间的信号传送通过CNC的I／O接口电路实现，如图4-2-1所示。PLC中的信息也能通过CNC的显示器显示。内装型PLC结构紧凑，外部接线简单，可靠性高，功能针对性强，性价比较高，但I／O点数不能太多，功能受限。GSK218M数控车床系统用的是内装型PLC。
图4-2-1 内装型PLC、犆犖犆与数控机床的关系
2）独立型PLC
独立型PLC又称外装型PLC或通用型PLC，独立型PLC独立于CNC装置，一般采用模块化或插板式结构，它的CPU、系统程序、用户程序、I／O电路、通信等均设计成独立的模块。PLC与CNC是通过I／O接口连接的，如图4-2-2所示。独立型PLC配置灵活，不受CNC的限制，功能易于扩展和变更，但是连线复杂，性价比较低。
图4-2-2 独立型PLC、犆犖犆与数控机床的关系
2．CNC侧与MT侧
以PLC为界，将数控机床分为CNC侧和MT侧。
1）CNC侧
CNC侧包括系统的硬件、软件以及CNC系统的外围设备。
2）MT侧
MT侧即机床侧，包括机床的机械部分、液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。
3．信号与地址
信号指的是某种功能，如急停信号（ESP）、主轴点动信号（SPHD）、地址指的是各种信号在PLC内存中存放的位置，如急停信号X0000．5，主轴点动信号（SPHD）的地址是G0200．0，报警信号（AL）的地址是F0001．0。
地址由地址类型、地址号和位号三部分组成，如图4-2-3所示。
GSK218M-PLC地址类型包括X、Y、G、F、R、A、K、C、DC、T、DT、D、L、P；地址号为十进制编号，表示一个字节；位号为八进制编号，0～7分别表示地址号代表的字节的0～7位。
图4-2-3 地址格式
不同的地址分别对应MT侧输入／输出信号、CNC侧的输入／输出信号、内部继电器、计数器、定时器、保持型继电器和数据表。
注意：通常笼统地称X、Y、G、F各地址所对应的信号为X、Y、G、F信号。
地址分为固定地址和可定义地址。固定地址的信号定义不能更改，只能按CNC规定的信号定义来使用，CNC运行时可以直接引用固定地址的信号；可定义地址可以由用户根据实际需要定义不同的功能意义，用来连接外部电气线路和编制梯形图。在电气连接时要务必确认固定地址信号连接正确。
4．GSK218M-PLC指令
1）基本指令
GSK218M-PLC使用的编程软件为GSKCC，GSK218M-PLC中的基本指令与三菱PLC中的指令完全相同，基本指令如表4-2-1所示。
表4-2-1 GSK9BOTD PLC基本指令
2）功能指令
GSK218M-PLC中的功能指令如表4-2-2所示。
表4-2-2 GSK218犕 PLC功能指令
（续表）
5．GSK218M-PLC的工作流程
GSK218M-PLC的工作流程与普通三菱类似，同样采用的是“从上到下、从左到右，循环扫描”的工作方式。为了解决输入／输出滞后的现象，GSK218M-PLC采用了程序分级功能，将PLC程序中需要高速响应的程序放在第一级程序中（如急停信号程序），优先执行；将其他程序放在第二级。GSK218M-PLCI作时先进行输入信号扫描，接下来进入程序执行阶段，程序执行时，按8ms一块分割，每个8ms包括执行第一级程序、第二级程序和与NC通信的时间。分割的块数＝执行第二级程序所需的总时间／（8ms-执行第一级程序所需时间与NC通信所需时间）。其具体工作流程如图4-2-4所示。
6．PLC调试方法
将编制好的程序下载到GSK218M-CNC后，可用下列方法调试梯形图程序。
1）用仿真器调试
用一个仿真器（由灯和开关组成）替代机床，用开关的开和闭表示机床的输入信号状态，用灯的亮和灭表示输出信号的状态，执行CNC功能，观察仿真器上各种灯的状态是否正确。
2）利用CNC诊断调试
主要判断故障属于CNC接口故障还是外部线路故障。执行CNC的不同功能，观察各信号的诊断状态是否和功能要求的一致，依次分别检查每一个功能，可检验梯形图是否正确。
3）通过实际运行调试
实际运行调试时首先不带负载，即把主电路切断，看信号输出是否正常，确保无误后再带负载调试。
图4-2-4 GSK218犕 PLC工作流程
实际运行调试又叫调机，即将CNC的I／O控制信号与机床强电柜的继电器、开关、阀等输入／输出信号一一对应连接，实现机床动作与功能。调机或以后机床运行中如发现某一功能不执行等故障时，应从接线、编制梯形图和设置参数三方面着手处理，处理顺序为：首先检查接线，然后检查梯形图，最后检查参数设置，一般来说不会是系统故障。梯形图调好后应写入只读存储器（ROM）。具体每个功能怎样调试将在其他各任务中描述。
注意：在实际机床上调试时，由于可能会发生意想不到的情况，因此，在调试前应做好防范措施。
二、准备工作
视班级人数将全班分成若干组，每组配置一台GSK218M实训台（如果无实训台时，也可用GSK218M系统替代）和计算机，且在学生实训之前，老师先完成计算机与实训台之间的通信连接。
三、实施步骤
1．编制手动顺序换刀梯形图
运用前面知识点中介绍的指令，对照附录一以及GSK218M安装连接与PLC使用手册，编制手动顺序换刀梯形图，并与GSK218M-PLC中的标准梯形图对比，以保证程序的正确性。
要实现手动顺序换刀，需满足一定的条件，图4-2-5为手动顺序换刀所需条件。为简化分析，图中程序只给出了手动换刀所需条件，没给出换刀控制全过程。
图4-2-5 手动换刀条件
2．分辨梯形图中各地址所对应的信号
执行手动顺序换刀前，当按下
键，与之对应的常开触点X0024．0闭合。X0024．0是一个输入地址，地址中所含输入信号为“手动换刀”，对应按键为
。图4-2-5中还有许多其他类型的地址，具体各信号及与之相对应的地址如表4-2-3所示。
表4-2-3 手动换刀信号及对应地址
要读懂各种PLC梯形图，正确分析控制过程，首先必须掌握GSK218M-PLC中的地址分配。GSK218M-PLC的地址分配如下所述。
1）机床→PLC的地址（X）
GSK218M-PLC的X地址分为两类，即I／O端口上的X地址和操作面板上的X地址。
（1）I／O端口上的X地址。地址范围为X0000．0～X0003．7，分别分配给CNC的X40、X41I／O接口，如图4-2-6所示。其中，X0000．3、X0000．5、X0001．3为固定地址。
注意：GSK218M数控系统车床CNC装配时，I／O功能由机床厂家设计决定，本任务中所标固定地址的I／O功能是针对GSK218M标准PLC程序进行描述的。
（2）操作面板上的X地址。地址范围为X0020．0～X0026．0，均为固定地址，取值范围为0、1。地址与按键的对应关系如表4-2-4所示。
表4-2-4 操作面板上的X地址与按键的对应关系
2）PLC→机床的地址（Y）
GSK218M-PLC的Y地址分为两类：即I／O端口上的Y地址和操作面板上的指示灯用Y地址。
（1）I／O端口上的Y地址。地址范围为Y0000．0～Y0003．7，主要分配给CNC的XS42和XS39两个I／O端口，均为可定义地址，I／O端口上的Y地址分配如图4 2 7所示。
（2）操作面板上的指示灯用Y地址。地址范围为Y0004．0～Y0009．7，分配给操作面板上的指示灯。其余地址均为保留地址，取值范围为0、1。标准I／O接口引脚信号及功能如表4-2-5所示。
表4-2-5 标准I/O接口引脚信号及功能
（续表）
注意：部分输入、输出接口可定义多种功能，在表4-2-5中用“／”表示；输出功能有效时，该输出信号与0V导通；输出功能无效时，该输出信号为高阻抗截止；输入功能有效时，该输入信号与＋24V导通；输入功能无效时，该信号与＋24V截止。＋24V、0V与GSK218M系统配套电源盒的同名端子等效。标注有“*”号的为固定地址。
3）PLC→CNC的地址（G）
地址范围为G0000．0～G0255．7，取值范围为0、1。各地址信号意义见GSK218M-PLC使用手册。
4）CNC→PLC的地址（F）
地址范围为F0000．0～F0255．7，取值范围为0、1。各地址信号意义见GSK218M-PLC使用手册。
注意：由PLC→CNC和CNC→PLC的信号含义与地址（即G、F信号及对应地址）已在PLC中确定（由CNC厂家确定），用户只能使用，不能修改。
5）R、A、K、C、DC、T、DT、D、L、P地址
除X、Y、G、F地址外，GSK218M-PLC其余地址如表4-2-6所示。
表4-2-6 GSK218犕地址类型
（续表）
3．监控手动换刀过程中的信号状态及信号交换
1）换刀过程的信号状态
常开触点X0024．0闭合后，机床侧向PLC侧发出“手动换刀信号”（X0024．0），同时：
（1）R0217．0未接通，即在PLC记忆中，现在不处于“换刀状态”。
（2）F0007．3未接通，即刀具功能选择通信号断开，也就是在CNC记忆中，现在不处于“换刀状态”。
（3）选择可以执行“手动换刀”的工作方式，即单步、手轮、手动、机械回零、程序回零等方式。
（4）R0039．1未接通，即不处于“急停”或“复位”状态。
（5）G0004．3未接通，即在上个辅助功能指令结束后。
满足上述条件时，R0217．0将接通，表明正处于“手动换刀”状态中，从而使“手动换刀顺序信号”G0044．7接通，PLC向CNC发出换刀申请，CNC收到“手动换刀顺序信号”G0044．7后，在系统无异常情况时，同时将F0007．3接通，表示同意申请，Y0007．0同时接通，机床面板手动换刀指示灯亮，在CNC同意申请后，即F0007．3接通后，PLC可以开始换刀。
2）换刀过程的信息交换
上述换刀控制得以实现，信息交换是重点。因此，信息交换对于PLC功能的发挥是至关重要的，那么PLC、CNC与机床之间的信息是怎样交换的呢？
图4-2-8表示了GSK218M-PLC、CNC与机床之间的信息交换过程。
数控系统中PLC的信息交换，就是以PLC为中心，在CNC、PLC与机床之间的信息传送，通常有以下四个部分。
（1）MT侧→PLC侧。由机床向PLC发送的信息，主要包括机床操作面板上各开关、按键等信号，以及各运动部件的限位信息。
（2）PLC侧→MT侧。由PLC向机床发送的信息主要是控制机床执行元件的执行信号，如电磁阀、接触器、继电器的通／断电等动作信号，确保机床各运动状态的信号和故障报警指示。
（3）CNC→PLC。由CNC发给PLC的信息主要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动／自动方式信息，各种使能信息等。
图4-2-8 GSK218犕系统PLC、犆犖犆与机床之间的信息交换
（4）PLC→CNC。由PLC发给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。
四、评分标准
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