【正文】 有的獨立型 PLC 還可通過多個遠(yuǎn)程終端連接器構(gòu)成有大量輸入 /輸出點的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)大范圍的集中控制。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、下位機等進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)分度數(shù)等進(jìn)行檢測和控制，采用定位模塊可以直接對諸如刀庫、轉(zhuǎn)臺、直線運動軸等機械運動部件或裝置進(jìn)行控制。 (1) 獨立型 PLC 具有如下基本的功能結(jié)構(gòu)： CPU 及其控制電路、系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、 I/O 接口電路、與編程機等外部設(shè)備通信的接口和電源等 (參見圖 )。如圖 所示為具有獨立型 PLC 的 CNC 機床系統(tǒng)框圖。 2) 獨立型 PLC 獨立型 PLC 又稱通用型 PLC。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。 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。因此，系統(tǒng)硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊 ，且 PLC 所具有的功能針對性強，技術(shù)指標(biāo)亦較合理、實用，尤其適用于單機數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場合。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 共 54 頁 (2) 內(nèi)裝型 PLC 的性能指標(biāo) (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。 內(nèi)裝型 PLC 有如下特點。 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 ?，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(yīng)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(shè)計制造的內(nèi)裝型 (builtin type)PLC，另一類是 I/O 信號接口技術(shù)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。而大型數(shù)控機床， FMC、 FMS、 FA 則需要采用中型或大型 PLC。當(dāng) 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。 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。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)的高級程序和一般響應(yīng)速度的低級程序兩類。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再驅(qū)動輸出線圈，這時的輸出是實際工作的輸出 。運算結(jié)果再存入元件映象寄存器中。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(jìn)行掃描，并從輸入映象寄存器中讀人所有輸入狀態(tài)。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。當(dāng)完成自檢后， CPU 又從存儲器的 0000H 地址重新開始掃描運行。然后 CPU 對自身的硬件進(jìn)行快速自檢，并對監(jiān)視掃描用定時器進(jìn)行復(fù)位。每掃描一次， CPU 進(jìn)行輸入點的狀態(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。只要可編程控制器接通電源， CPU 就對用戶存儲器的程序進(jìn)行掃描。這是可編程控制器的基本工作方式。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(yīng)用程序中來?？删幊炭刂破魈幚淼男畔⒊绷鏖_關(guān)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。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。 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(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。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。用指令語句編程時，要理解每條指令的功能和用法。應(yīng)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。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。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 ( 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(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò) ( 即一條或幾條支路 ) 或多個網(wǎng)絡(luò)，一個網(wǎng)絡(luò)稱為一個 “ 梯級 ” (Rung) 。 (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(shè)計很相南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 共 54 頁 似 ，用電路元件符號來表示控制任務(wù)，直觀易理解。 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。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(yīng)接口的方式進(jìn)行編程。 編程器分簡易型和智能型兩種。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)。 PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對 PLC 的內(nèi)部電路供電。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)。 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 模塊是 CPU 與現(xiàn)場 I/O 設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。因此一般在產(chǎn)品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用來存儲監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用 EPROM；用戶程序存儲器用來存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用 RAM，若程序不經(jīng)常修改，也可寫入到 EPROM 中；存儲器的容量以字節(jié)為單位。它包括隨機存取存儲器 (RAM)和只讀存儲器 (ROM)。 (2) 存儲器。以上這些都是在 CPU 的控制下完成的。 (1) CPU?？偩€分為電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。 a） 通用型 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 通用型 PLC 的硬件基本結(jié)構(gòu)如圖 所示，它是一種通用的可編程邏輯控制器，主要由中央處理單元 (CPU)、存儲器、 I/O 模塊及電源組成。南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 共 54 頁 對于車削中心、加工 中心、 FMC、 FMS 等機械運動復(fù)雜，自動化程度高的加工設(shè)備和生產(chǎn)制造系統(tǒng)， PLC 則是不可缺少的控制裝置?，F(xiàn)在 PLC 已成為數(shù)控機床的一種基本的控制裝置。 (6) PLC 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，容易裝入機床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實現(xiàn)數(shù)控機床的機電一體化。 (5) PLC 沒有繼電器的接觸不良、觸點熔焊、磨損和線圈燒斷等故障。梯形圖形象直觀，工作原理易于理解和掌握。適用于控制對象動作復(fù)雜，控制邏輯需要靈活變更的場合。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 共 54 頁 圖 PLC 系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)框圖 (2) 具有面向用戶的指令和專用于存儲用戶程序的存儲器。 PLC 有了這些功能器件 和單元，即可用于完成各種指定的控制任務(wù)。 PLC 具有與計算機類似的一些功能器件和單元，包括 CPU、用于存儲系統(tǒng)控制程序和用戶程序的存儲器、與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的接口及工作電源等。 (1) PLC 是由計算機簡化而來的。由于 RLC 存在上述缺點，因此只能用于一般的工業(yè)設(shè)備和數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床等控制 邏輯較為簡單的數(shù)控機床。如只能解決開關(guān)量的簡單邏輯運算，以及定時、計數(shù)等有限的幾種功能控制，難以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運算、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)控機床所需要的許多特殊控制功能，修改控制邏輯需要增減控制元器件和重新布線，安裝和調(diào)整周期長，工作量大；繼電器、接觸器等器件體積較大，每個器件工作觸點有限。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 共 54 頁 RLC 是將繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等機電式控制器件用導(dǎo)線連接而成的以實現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能的電路。順序控制即是以機械設(shè)備的運行狀態(tài)和時間為依據(jù)，使其按預(yù)先規(guī)定好的動作次序順序進(jìn)行工作的一種控制方式。 . PLC 的基本功能 在數(shù)控機床出現(xiàn)以前，順序控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。 在數(shù)控機床上采用 PLC 代替繼電器控制，能使數(shù)控機床結(jié)構(gòu)更緊湊，功能更豐富，響應(yīng)速度和可靠性大大提高。 目前，為了適應(yīng)不同的需要，進(jìn)一步擴大 PLC 在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，PLC 正朝著兩個方向發(fā)展。 (6) 增加通信與聯(lián)網(wǎng)功能，多臺 PLC 之間能互相通信，互相交換數(shù)據(jù)， PLC 還可以與上位計算機通信，接受計算機的命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計算機。 (4) 編程容量增大，從幾 KB 增大到幾十 KB，甚至上百 KB。高檔 PLC 還能處理中斷、調(diào)用子程序等，使得 PLC 能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯控制、模擬量控制、數(shù)值控制和 其他過程監(jiān)控，以至在某些方面可以取代小型計算機控制。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 共 54 頁 (1) 控制規(guī)模不斷擴大，單臺 PLC 可控制成千乃至上萬個點，多臺 PLC 進(jìn)行同位鏈接可控制數(shù)萬個點。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國 、 日 本、 德 國 等 生產(chǎn) PLC 的 廠 家 已 達(dá) 150 多 家 ， 產(chǎn) 品 有數(shù) 百 種。它一般以 順 序控制為主，回 路調(diào) 節(jié) 為 輔 ，能 夠 完成邏輯、 順 序、計時、計數(shù)和算 術(shù) 運算等功能， 既 能控制開關(guān)量，也能控制 模擬 量。 上述 CNC 系統(tǒng)的工作流程如圖 所示。通常有零 件程序的顯示、參數(shù)的顯示、刀具位置顯示、機床狀態(tài)顯示、報警信息顯示等。其作用一方面是將機床運動過程中的有關(guān)參數(shù)輸入到 CNC 系統(tǒng)中；另一方面是將 CNC 系統(tǒng)的輸出命令 (如換刀、主軸變速換擋、加切削液等 )變?yōu)閳?zhí)行機構(gòu)的控制信號，實現(xiàn)對機床的控制。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調(diào) 整、坐標(biāo)方向的螺距誤差補償和反向間隙補償?shù)?，以提高機床的定位精度。它的主要工作是在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置值與實際反饋位置值進(jìn)行比較，用其差值控制進(jìn)給電動機。插補在每個規(guī)定的周期 (插補周期 )內(nèi)進(jìn)行一次，即在每個周期內(nèi)，按指令進(jìn)給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段，通常經(jīng)過若干個插補周期后，插補完一個程序段的加工，也就完成了從程序段起點到終點的“數(shù)據(jù)點密化”工作。如對于加工直線的程序段僅給定起、終點坐標(biāo)；對于加工圓弧的程序段除了給定其起、終點坐標(biāo)外，還給定其圓心坐標(biāo)或圓弧半徑。有的數(shù)控機床的 CNC 系統(tǒng)軟件的自動加速和減速也放在這里。 4) 進(jìn)給速度處理 數(shù)控加工程序給定的刀具相對于工件的移動速 度是在各個坐標(biāo)合成運動方向上的速度，即 F 代碼的指令值。 刀具補償包括 B 機能和 C 機能刀具補償功能。程序輸入和刀具參數(shù)輸入分別進(jìn)行。 3) 刀具補償 刀具補償包括刀具半徑補償和刀具長度補償。 2) 譯碼 譯碼以零件程序的一個程序段為單位進(jìn)行處理，把其中零件的輪廓信息 (起點、終點、直線或圓弧等 )， F、 S、 T、 M 等信息按一定的語法規(guī)則解釋 (編譯 )成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。存儲方式是將整個零件程序一次全部輸入到 CNC系統(tǒng)內(nèi)部存儲器中，加工時再從存儲器中把一個一個程序調(diào)出，該方式應(yīng)用較多。輸入方式有紙帶輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入，上級計算機 DNC通信輸入等。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 54 頁 ② CNC系統(tǒng)的一般工作過程 1) 輸入 輸入 CNC控制器的通常有零件加工程序、機床參數(shù)和刀具補償參數(shù)。有的 CNC 系統(tǒng)還備有用戶宏程序功能 (如日本 FANUC系統(tǒng) )。有這種功能的 CNC 系統(tǒng)可以根據(jù)零件圖直接編制程序，即編程人員只需輸入圖樣上簡單表示的幾何尺寸就能自動地計算出全部交點、切點和圓心坐標(biāo)，生成加工程序。 12) 人機交互圖形編程功能 為了進(jìn)一步提高數(shù)控機床的編程效率，對于數(shù)控程序的編制，特別是較為復(fù)雜零件的數(shù)控程序都要通過計算機輔助編程，尤其是利用圖形進(jìn)行自動編程，以提高編程效率。 11) 通信功能 為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng) (FMS)和計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)的需求， CNC 裝置通常具有 RS232C通信接口， 有的還備有 DNC接口。診斷程序一般可以包含在系統(tǒng)程序中，在系統(tǒng)運行過程中進(jìn)行檢查和診斷；也可以作為服務(wù)性程序，在系統(tǒng)運行前或故障停機后進(jìn)行診斷，查找故障的部位。 10) 自診斷功能 為了防