【導讀】擾能力強；功能強，性能價格比高；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強；編程方法簡單易學等顯著特點，已成為人們的首要選擇。在此背景下，本文提出。然后以立式車床C5112B為例，描述了它的PLC設計過程，最后。再介紹了PLC在數(shù)控機床上故障維修的一些方法。

　　

【正文】 PU 與現(xiàn)場 I/O 設備或其他外部設備之間的連接部件。 PLC 提供了各種操作電平和輸出驅動能力的 I/O 模塊供用戶選用。 I/O 模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣，因此，多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。 I/O模塊可以制成各種標準模塊，根據(jù) I/O 點數(shù)來增減和組合。I/O 模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運行狀態(tài)。 (4) 電源。 PLC 配有開關式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對 PLC 的內(nèi)部電路供電。 (5) 編程器。編程器用作用戶程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤調用和顯示 PLC 的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口與 CPU 聯(lián)系，完成人機對話。 編程器分簡易型和智能型兩種。簡 易型編程器只能在線編程，它通過一個專用接口與 PLC連接。智能型編程器既可在線編程又可離線編程，還可以不與 PLC 連接而直接插到現(xiàn)場控制站的相應接口的方式進行編程。智能型編程器有許多不同的應用程序軟件包，功能齊全，適應的編程語言和方法也較多。 b） 可編程控制器的編程方法 由于可編程控制器的硬件結構不同，功能也不盡相同，因此程序的表達方法 ( 即編程方法 ) 也不同。可編程控制器的編程方法有下面幾種。 (1) 接點梯形圖 用梯形圖 (LD,Ladder Diagram) 法編程與傳統(tǒng)的繼電器電路圖的設計很相南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 24 頁 共 54 頁 似 ，用電路元件符號來表示控制任務，直觀易理解。如圖 所示，該接點梯形圖由表示常開接點、常閉接點和繼電器線圈的相應符號及地址構成，它們按一定的邏輯關系 ( 如圖中的并聯(lián) — “ 或 ” 關系，串聯(lián) — “ 與 ” 關系 ) 組成了一個順序控制程序。梯形圖的結構是：左右二條豎直線稱為 “ 電力軌 ” ，電力軌和電力軌之間的節(jié)點 ( 或稱接點、觸點 ) 、線圈 ( 或稱繼電器線圈 ) 、功能塊 ( 功能指令，圖中沒畫 ) 等構成一個網(wǎng)絡 ( 即一條或幾條支路 ) 或多個網(wǎng)絡，一個網(wǎng)絡稱為一個 “ 梯級 ” (Rung) 。每個梯級由一個行或 數(shù)行構成。圖中，梯級 1 由兩行 ( 兩個支路 ) 組成，梯級 2 由一行 ( 一條支路 ) 組成。每個梯級 ( 支路 ) 最右端的繼電器線圈表示該梯級 ( 支路 ) 的終點，它表示輸出或中間存儲，其狀態(tài)有二種：接通 ( “ 1) 和斷開 ( “ 0 ” ) ，這個狀態(tài)取決于對該梯級左邊掃描的結果。圖中的線圈不是實際繼電器線圈，而是可編程控制器存儲器的某一位，或稱軟繼電器。每個梯形圖都由多條支路橫向排列組成，如同梯子，故稱梯形圖。應用編程器上的各梯形圖指令或功能鍵，可將整個梯形圖輸入可編程控制器。 圖 接點梯形圖 (2)語句表 語句表也稱指令表 (IL,Instruction List) ，或叫指令表語言。用指令語句編程時，要理解每條指令的功能和用法。每一個語句包含有一個操作碼部分和一個操作數(shù)部分。操作 碼表示功能類型，操作數(shù)表示到哪里去操作，它由地址碼和參數(shù)組成。若采用指令語句，則圖 的梯形圖程序可表達為： RD A OR R1 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 25 頁 共 54 頁 AND,NOT B AND C WRT R1 RD E AND,NOT F WRT F2 其中， RD 、 OR 、 AND 、 NOT ?? 為指令語句的操作碼，而 、 、 等為操作數(shù)。 這種編程方法緊湊、系統(tǒng)化，但比較抽象，有時先用梯形圖表達，然后寫成相應的指令語句再 用編程器上的指令和功能鍵輸入。 除了上面介紹的編程方法外，還有用控制系統(tǒng)流程圖 ( 邏輯功能圖 ) 編程方法；功能模塊圖表示的 “ 功能塊語言 ” 編程方法；基于圖形表示的 “ 圖形語言 ” 編程方法；用指定、子程序控制和指令語句表示的 “ 結構文本語言 ” 編程方法以及用邏輯式編程等方法。在用戶程序的編制中，應用梯形圖方法編程最為普遍，語句表法的使用也較多。 隨著數(shù)控技術的發(fā)展，可編程控制器控制的設備已由單機擴展到 FMS 、 CIMS 等?？删幊炭刂破魈幚淼男畔⒊绷鏖_關量信號、模擬量信號、交流信號外，還需要完成與上位機或下位 機的信息交換。某些信息的處理已不能采用順序執(zhí)行的方式，而必須采用高速實時處理方式。基于這些原因，計算機所用的高級語言便逐步被引用到 PC 的應用程序中來。 . PLC 的工作過程 用戶程序通過編程器順序輸入到用戶存儲器內(nèi)， CPU 對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行。這是可編程控制器的基本工作方式。圖 給出了 GE 系列 IPC 的 CPU 掃描過程。只要可編程控制器接通電源， CPU 就對用戶存儲器的程序進行掃描。掃描從 0000H 地址所存的第一條用戶程序開始，順序進行，直到存儲器結尾或用 戶程序占有的最后一個地址為止，形成一個掃描循環(huán)，周而復始。每掃描一次， CPU 進行輸入點的狀態(tài)采集、用戶程序的邏輯解算、相應輸出狀態(tài)的更新和 I/O 執(zhí)行。接人編程器時，也對編程器的輸入響應，并更新顯示。然后 CPU 對自身的硬件進行快速自檢，并對監(jiān)視掃描用定時器進行復位。最后鍵南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 26 頁 共 54 頁 人 I/O 以進行調試。當完成自檢后， CPU 又從存儲器的 0000H 地址重新開始掃描運行。 圖 掃描過程 對用戶程序的循環(huán)掃描執(zhí)行過程，分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，如圖 所示。輸入采樣階段以 掃描方式順序讀人所輸入端的狀態(tài) (接通狀態(tài)或是斷開狀態(tài) )，并將此狀態(tài)存人輸入映象寄存器中，接著轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被讀人。程序執(zhí)行總是按先左后右、先上后下的步驟對每條指令進行掃描，并從輸入映象寄存器中讀人所有輸入狀態(tài)。若程序中需要讀人某輸出狀態(tài)，則也在此時讀人，然后進行邏輯運算。運算結果再存入元件映象寄存器中。對于每個元件而言，元件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容會隨著程序執(zhí)行的進程而變化。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 27 頁 共 54 頁 圖 程序執(zhí)行過程圖 所有指令執(zhí)行完畢，元件映象寄存器中所有輸出繼電器的接通或斷開狀態(tài)在輸出刷新階段 轉存到輸出鎖存電路，再驅動輸出線圈，這時的輸出是實際工作的輸出 。 由于輸入 /輸出模塊濾波器的時間常數(shù)，以及執(zhí)行時要按工作周期順序進行等原因，會使輸入 /輸出響應出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，對一般工業(yè)控制設備來說，這種滯后現(xiàn)象是允許的，但對某些設備的某些信號要做出快速響應。因此，有些可編程控制器采用高速響應的輸入 /輸出模塊，或將程序分為快速響應的高級程序和一般響應速度的低級程序兩類。 . PLC 的規(guī)模和幾種常用名稱 在實際運用中，當需要對 PLC 的規(guī)模作出評價時，較為普遍的做法是將 I/O 點數(shù)的多少或者程序存儲器容量 (字數(shù) )的大小作為評價的標準，把 PLC 分為小型、中型和大型 (或小規(guī)模、中規(guī)模和大規(guī)模 )3 類，見表 。 程序存儲器容量的大小決定存儲用戶程序的步數(shù)或語句條數(shù)的多少。 I/O 點數(shù)與程序存儲器容量之間有內(nèi)在的聯(lián)系。當 I/O 點數(shù)增加時，順序程序處理的信息量增大，程序加長，因而需加大程序存儲器的容量。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 28 頁 共 54 頁 表 PLC 的規(guī)模分類 評價指標 PLC 規(guī)模 I/O 點數(shù) (二者總點數(shù) ) 程序存儲容量 小型 PLC 128 點以下 1KB 以下 中型 PLC 128～ 512 點 1～ 4KB 大型 PLC 512 點以上 4KB 以上 一般來說，數(shù)控車床、銑床、加工中心等單機數(shù)控設備所需 I/O 點數(shù)多在128 點以下，少數(shù)復雜設備在 128 點以上。而大型數(shù)控機床， FMC、 FMS、 FA 則需要采用中型或大型 PLC。 為了突出 PLC 作為工業(yè)控制裝置的特點，或者為了與個人計算機“ PC”或脈沖編碼器“ PLC”等術語相區(qū)別，除通稱可編程邏輯控制器為“ PLC”外，目前不少廠家，其中有些是世界著名的 PLC 廠家，還采用了與 PLC 不同的其他名稱?，F(xiàn)將幾種常見名稱列舉如下： 微機可編程控制器 (Microprocessor Programmable Controller， MPC) 可編程接口控制器 (Programmable Interface Controller， PIC) 可編程機器控制器 (Programmable Machine Controller， PMC) 可編程順序控制器 (Programmable Sequence Controller， PSC) PLC 在數(shù)控機床上的應用 數(shù)控機床用 PLC 可分為兩類：一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制而設計制造的內(nèi)裝型 (builtin type)PLC，另一類是 I/O 信號接口技術規(guī)范、 I/O 點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數(shù)控機床控制要求的獨立型(standalone type)PLC。 1) 內(nèi)裝型 PLC 內(nèi)裝型 PLC(或稱內(nèi)含型 PLC、集成式 PLC)從屬于 CNC 裝置， PLC 與 NC 間的信號傳送在 CNC 裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)。 PLC 與機床 (簡稱 MT)之間則通過 CNC I/O 接口電路實現(xiàn)信號傳送 。如圖 所示為具有內(nèi)裝型 PLC 的 CNC 機床系統(tǒng)框圖。 內(nèi)裝型 PLC 有如下特點。 (1) 內(nèi)裝型 PLC 實際上是 CNC 裝置帶有的 PLC 功能，一般作為一種基本的或可選擇的功能提供給用戶。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 29 頁 共 54 頁 (2) 內(nèi)裝型 PLC 的性能指標 (如： I/O 點數(shù)，程序最大步數(shù)，每步執(zhí)行時間、程序掃描周期、功能指令數(shù)目等 )是根據(jù)所從屬的 CNC 系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機床的類型等確定的。其硬件和軟件部分是被作為 CNC 系統(tǒng)的基本功能或附加功能與 CNC 系統(tǒng)其他功能一起統(tǒng)一設計、制造的。因此，系統(tǒng)硬件和軟件整體結構十分緊湊 ，且 PLC 所具有的功能針對性強，技術指標亦較合理、實用，尤其適用于單機數(shù)控設備的應用場合。 (3) 在系統(tǒng)的具體結構上，內(nèi)裝型 PLC 可與 CNC 系統(tǒng)共用 CPU，也可以單獨使用一個 CPU；硬件控制電路可與 CNC 系統(tǒng)其他電路制作在同一塊印制電路板上，也可以單獨 制成一塊附加板，當 CNC 裝置需要附加 PLC 功能時，再將此附加板插裝到 CNC 裝置上，內(nèi)裝 PLC 一般不單獨配置 I/O 接口電路，而是使用 CNC 系統(tǒng)本身的 I/O 電路。 PLC 控制電路及部分 I/O 電路 (一般為輸入電路 )所用電源由 CNC 裝置提供，不 需另備電源。 圖 具有內(nèi)裝型 PLC 的 CNC 機床系統(tǒng)框圖 (4) 采用內(nèi)裝型 PLC 結構， CNC 系統(tǒng)可以具有某些高級的控制功能。如：梯形圖編輯和傳送功能，在 CNC 系統(tǒng)內(nèi)部直接處理 NC 窗口的大量信息等。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 30 頁 共 54 頁 國內(nèi)常見外國公司生產(chǎn)的帶有內(nèi)裝型 PLC 的系統(tǒng)有： FANUC 公司的 FS— 0(PMC— L/M)、 FS— 0 Mate(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 SINUMERIK 8 SINUMERIK 820， AB 公司的 8200、 8400、 8600 等。 2) 獨立型 PLC 獨立型 PLC 又稱通用型 PLC。獨立型 PLC 是獨立于 CNC 裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務的裝置。如圖 所示為具有獨立型 PLC 的 CNC 機床系統(tǒng)框圖。 獨立型 PLC 有如下特點。 (1) 獨立型 PLC 具有如下基本的功能結構： CPU 及其控制電路、系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、 I/O 接口電路、與編程機等外部設備通信的接口和電源等 (參見圖 )。 (2) 獨立型 PLC 一般采用積木式模塊化結構或籠式插板式結構，各功能電路多做成獨立的模塊或印制電路板，具有安裝方便，功能易于擴展和變更等優(yōu)點。例如，可采用通信模塊與外部 I/O 設備、編程設備、上位機、下位機等進行數(shù)據(jù)交換；采用 D/A 模塊可以對外部伺服裝置直接進行控制；采用計數(shù)模塊可以對加工工件數(shù)量、刀具使用次數(shù)、回轉體回轉分度數(shù)等進行檢測和控制，采用定位模塊可以直接對諸如刀庫、轉臺、直線運動軸等機械運動部件或裝置進行控制。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 31 頁 共 54 頁 圖 具有獨立型 PLC 的 CNC 機床系統(tǒng)框圖 (3) 獨立型 PLC 的輸入 /輸出點數(shù) 可以通過 I/O 模塊或插板的增減靈活配置。有的獨立型 PLC 還可通過多個遠程終端連接器構成有大量輸入 /輸出點的網(wǎng)絡，以實現(xiàn)大范圍的集中控制。 在獨立型 PLC 中，那些專為用于 FMS、 FA 而開發(fā)的獨立型 PL