【導(dǎo)讀】擾能力強(qiáng)；功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)等顯著特點(diǎn)，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(shè)計(jì)過程，最后。再介紹了PLC在數(shù)控機(jī)床上故障維修的一些方法。

　　

【正文】 PU 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。 PLC 提供了各種操作電平和輸出驅(qū)動(dòng)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(dòng)回路、多級(jí)濾波等措施。 I/O模塊可以制成各種標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù) I/O 點(diǎn)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(yùn)行狀態(tài)。 (4) 電源。 PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對(duì) 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(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤調(diào)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(jī)對(duì)話。 編程器分簡(jiǎn)易型和智能型兩種。簡(jiǎn) 易型編程器只能在線編程，它通過一個(gè)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(chǎng)控制站的相應(yīng)接口的方式進(jìn)行編程。智能型編程器有許多不同的應(yīng)用程序軟件包，功能齊全，適應(yīng)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(jié)構(gòu)不同，功能也不盡相同，因此程序的表達(dá)方法 ( 即編程方法 ) 也不同?？删幊炭刂破鞯木幊谭椒ㄓ邢旅鎺追N。 (1) 接點(diǎn)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(shè)計(jì)很相南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 54 頁 似 ，用電路元件符號(hào)來表示控制任務(wù)，直觀易理解。如圖 所示，該接點(diǎn)梯形圖由表示常開接點(diǎn)、常閉接點(diǎn)和繼電器線圈的相應(yīng)符號(hào)及地址構(gòu)成，它們按一定的邏輯關(guān)系 ( 如圖中的并聯(lián) — “ 或 ” 關(guān)系，串聯(lián) — “ 與 ” 關(guān)系 ) 組成了一個(gè)順序控制程序。梯形圖的結(jié)構(gòu)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(diǎn) ( 或稱接點(diǎn)、觸點(diǎn) ) 、線圈 ( 或稱繼電器線圈 ) 、功能塊 ( 功能指令，圖中沒畫 ) 等構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò) ( 即一條或幾條支路 ) 或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱為一個(gè) “ 梯級(jí) ” (Rung) 。每個(gè)梯級(jí)由一個(gè)行或 數(shù)行構(gòu)成。圖中，梯級(jí) 1 由兩行 ( 兩個(gè)支路 ) 組成，梯級(jí) 2 由一行 ( 一條支路 ) 組成。每個(gè)梯級(jí) ( 支路 ) 最右端的繼電器線圈表示該梯級(jí) ( 支路 ) 的終點(diǎn)，它表示輸出或中間存儲(chǔ)，其狀態(tài)有二種：接通 ( “ 1) 和斷開 ( “ 0 ” ) ，這個(gè)狀態(tài)取決于對(duì)該梯級(jí)左邊掃描的結(jié)果。圖中的線圈不是實(shí)際繼電器線圈，而是可編程控制器存儲(chǔ)器的某一位，或稱軟繼電器。每個(gè)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(yīng)用編程器上的各梯形圖指令或功能鍵，可將整個(gè)梯形圖輸入可編程控制器。 圖 接點(diǎn)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(shí)，要理解每條指令的功能和用法。每一個(gè)語句包含有一個(gè)操作碼部分和一個(gè)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(dá)為： RD A OR R1 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)先用梯形圖表達(dá)，然后寫成相應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(shù)的發(fā)展，可編程控制器控制的設(shè)備已由單機(jī)擴(kuò)展到 FMS 、 CIMS 等?？删幊炭刂破魈幚淼男畔⒊绷鏖_關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)、交流信號(hào)外，還需要完成與上位機(jī)或下位 機(jī)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(shí)時(shí)處理方式?；谶@些原因，計(jì)算機(jī)所用的高級(jí)語言便逐步被引用到 PC 的應(yīng)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(chǔ)器內(nèi)， CPU 對(duì)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(duì)用戶存儲(chǔ)器的程序進(jìn)行掃描。掃描從 0000H 地址所存的第一條用戶程序開始，順序進(jìn)行，直到存儲(chǔ)器結(jié)尾或用 戶程序占有的最后一個(gè)地址為止，形成一個(gè)掃描循環(huán)，周而復(fù)始。每掃描一次， CPU 進(jìn)行輸入點(diǎn)的狀態(tài)采集、用戶程序的邏輯解算、相應(yīng)輸出狀態(tài)的更新和 I/O 執(zhí)行。接人編程器時(shí)，也對(duì)編程器的輸入響應(yīng)，并更新顯示。然后 CPU 對(duì)自身的硬件進(jìn)行快速自檢，并對(duì)監(jiān)視掃描用定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位。最后鍵南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 54 頁 人 I/O 以進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)完成自檢后， CPU 又從存儲(chǔ)器的 0000H 地址重新開始掃描運(yùn)行。 圖 掃描過程 對(duì)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(gè)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(zhuǎn)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(huì)改變，狀態(tài)的變化只能在下一個(gè)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(duì)每條指令進(jìn)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(shí)讀人，然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對(duì)于每個(gè)元件而言，元件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容會(huì)隨著程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再驅(qū)動(dòng)輸出線圈，這時(shí)的輸出是實(shí)際工作的輸出 。 由于輸入 /輸出模塊濾波器的時(shí)間常數(shù)，以及執(zhí)行時(shí)要按工作周期順序進(jìn)行等原因，會(huì)使輸入 /輸出響應(yīng)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，對(duì)一般工業(yè)控制設(shè)備來說，這種滯后現(xiàn)象是允許的，但對(duì)某些設(shè)備的某些信號(hào)要做出快速響應(yīng)。因此，有些可編程控制器采用高速響應(yīng)的輸入 /輸出模塊，或?qū)⒊绦蚍譃榭焖夙憫?yīng)的高級(jí)程序和一般響應(yīng)速度的低級(jí)程序兩類。 . PLC 的規(guī)模和幾種常用名稱 在實(shí)際運(yùn)用中，當(dāng)需要對(duì) PLC 的規(guī)模作出評(píng)價(jià)時(shí)，較為普遍的做法是將 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少或者程序存儲(chǔ)器容量 (字?jǐn)?shù) )的大小作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，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(chǔ)器容量的大小決定存儲(chǔ)用戶程序的步數(shù)或語句條數(shù)的多少。 I/O 點(diǎn)數(shù)與程序存儲(chǔ)器容量之間有內(nèi)在的聯(lián)系。當(dāng) I/O 點(diǎn)數(shù)增加時(shí)，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(chǔ)器的容量。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 共 54 頁 表 PLC 的規(guī)模分類 評(píng)價(jià)指標(biāo) PLC 規(guī)模 I/O 點(diǎn)數(shù) (二者總點(diǎn)數(shù) ) 程序存儲(chǔ)容量 小型 PLC 128 點(diǎn)以下 1KB 以下 中型 PLC 128～ 512 點(diǎn) 1～ 4KB 大型 PLC 512 點(diǎn)以上 4KB 以上 一般來說，數(shù)控車床、銑床、加工中心等單機(jī)數(shù)控設(shè)備所需 I/O 點(diǎn)數(shù)多在128 點(diǎn)以下，少數(shù)復(fù)雜設(shè)備在 128 點(diǎn)以上。而大型數(shù)控機(jī)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(diǎn)，或者為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)“ PC”或脈沖編碼器“ PLC”等術(shù)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(jī)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(jī)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(jī)床上的應(yīng)用 數(shù)控機(jī)床用 PLC 可分為兩類：一類是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制而設(shè)計(jì)制造的內(nèi)裝型 (builtin type)PLC，另一類是 I/O 信號(hào)接口技術(shù)規(guī)范、 I/O 點(diǎn)數(shù)、程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能等均能滿足數(shù)控機(jī)床控制要求的獨(dú)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(hào)傳送在 CNC 裝置內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)。 PLC 與機(jī)床 (簡(jiǎn)稱 MT)之間則通過 CNC I/O 接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送 。如圖 所示為具有內(nèi)裝型 PLC 的 CNC 機(jī)床系統(tǒng)框圖。 內(nèi)裝型 PLC 有如下特點(diǎn)。 (1) 內(nèi)裝型 PLC 實(shí)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(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 共 54 頁 (2) 內(nèi)裝型 PLC 的性能指標(biāo) (如： I/O 點(diǎn)數(shù)，程序最大步數(shù)，每步執(zhí)行時(shí)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(jī)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(shè)計(jì)、制造的。因此，系統(tǒng)硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊 ，且 PLC 所具有的功能針對(duì)性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)亦較合理、實(shí)用，尤其適用于單機(jī)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。 (3) 在系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型 PLC 可與 CNC 系統(tǒng)共用 CPU，也可以單獨(dú)使用一個(gè) 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(dú) 制成一塊附加板，當(dāng) CNC 裝置需要附加 PLC 功能時(shí)，再將此附加板插裝到 CNC 裝置上，內(nèi)裝 PLC 一般不單獨(dú)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(jī)床系統(tǒng)框圖 (4) 采用內(nèi)裝型 PLC 結(jié)構(gòu)， CNC 系統(tǒng)可以具有某些高級(jí)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(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(dú)立型 PLC 獨(dú)立型 PLC 又稱通用型 PLC。獨(dú)立型 PLC 是獨(dú)立于 CNC 裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。如圖 所示為具有獨(dú)立型 PLC 的 CNC 機(jī)床系統(tǒng)框圖。 獨(dú)立型 PLC 有如下特點(diǎn)。 (1) 獨(dú)立型 PLC 具有如下基本的功能結(jié)構(gòu)： CPU 及其控制電路、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器、 I/O 接口電路、與編程機(jī)等外部設(shè)備通信的接口和電源等 (參見圖 )。 (2) 獨(dú)立型 PLC 一般采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)或籠式插板式結(jié)構(gòu)，各功能電路多做成獨(dú)立的模塊或印制電路板，具有安裝方便，功能易于擴(kuò)展和變更等優(yōu)點(diǎn)。例如，可采用通信模塊與外部 I/O 設(shè)備、編程設(shè)備、上位機(jī)、下位機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；采用 D/A 模塊可以對(duì)外部伺服裝置直接進(jìn)行控制；采用計(jì)數(shù)模塊可以對(duì)加工工件數(shù)量、刀具使用次數(shù)、回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)分度數(shù)等進(jìn)行檢測(cè)和控制，采用定位模塊可以直接對(duì)諸如刀庫、轉(zhuǎn)臺(tái)、直線運(yùn)動(dòng)軸等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件或裝置進(jìn)行控制。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 共 54 頁 圖 具有獨(dú)立型 PLC 的 CNC 機(jī)床系統(tǒng)框圖 (3) 獨(dú)立型 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) 可以通過 I/O 模塊或插板的增減靈活配置。有的獨(dú)立型 PLC 還可通過多個(gè)遠(yuǎn)程終端連接器構(gòu)成有大量輸入 /輸出點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)大范圍的集中控制。 在獨(dú)立型 PLC 中，那些專為用于 FMS、 FA 而開發(fā)的獨(dú)立型 PL