【正文】 （ 1） 可靠性高 PLC 是專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了多層次抗干擾、精選元件的措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性較高。 （ 2） 編程簡單易學(xué) PLC 的最大特點(diǎn)之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨(dú)具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。 （ 3） 通用性強(qiáng)，使用方便 由于 PLC 自身硬件特點(diǎn)，用戶在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，不需要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進(jìn)行模塊的配置；用戶所作的工作只是設(shè)計(jì) 5 滿足控制對象的控制要求的應(yīng)用程 序。 （ 4） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要設(shè)計(jì)具體的接口電路，同時(shí)軟件設(shè)計(jì)和外圍電路設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，這樣大大縮短了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)間，加快了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。 （ 6） 安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 PLC 控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 口相連。其本身可靠性高，有完善的自診斷能力和系統(tǒng)監(jiān)控能力，方便迅速故障查明和排除，維護(hù)的工作效率高。這是 PLC 產(chǎn)品的市場生存價(jià)值。而作為 PLC 的用戶，要正確地應(yīng)用 PLC 去完成各種不同的控制任務(wù)，首先應(yīng)了解其組成結(jié)構(gòu)和工作原理。輸入輸出變換、物理實(shí)現(xiàn)可以說是 PLC實(shí)施控制的兩個(gè)基本點(diǎn)，同時(shí)物理實(shí)現(xiàn)也是 PLC 與普通微機(jī)相區(qū)別之處，其需要考慮實(shí)際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實(shí)際 控制系統(tǒng)方便使用，所以 PLC 采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器 6 （ CPU）、存儲(chǔ)器（ RAM/ROM）、輸入輸出接口（ I/O）電路、通信接口及電源組成。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能 ：a. 接收并存儲(chǔ)從用戶程序和數(shù)據(jù)； 、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象 寄存區(qū) 的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)直到停止運(yùn)行。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 存放系統(tǒng)軟件 （包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序） 的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 ； 存放 用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)） 的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器 ，所以又分為用戶存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分 。 ② EPROM（ Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容 )。使用編程器就能很容易地對其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。包括監(jiān)控程序、管 理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。它和硬件一起決定了該 PLC 的性能。 a)I/O 映象 寄存區(qū) 由于 PLC 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。一個(gè)開關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位，一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字。 b)系統(tǒng)軟 元件 存儲(chǔ)區(qū) 除了 I/O映象寄存區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC內(nèi)部各類軟 元件 （邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。 ③ 用戶程序存儲(chǔ) 區(qū) 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。 （ 3） 輸入接口電路 輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實(shí)習(xí)室涉及到的信號當(dāng)中，開關(guān)量最普遍，也是實(shí)驗(yàn)條件所限，在次我們主要介紹開關(guān)量接口電路。這也是其 I/O 設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之處，經(jīng)過了電氣隔離后，信號才送入 CPU執(zhí)行的 ,防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入。 ① 輸出接口電路的隔離方式 有繼電器隔離方式、光電耦合器隔離方式和 晶 閘管輸出隔離方式。繼電器輸出型響應(yīng)時(shí)間平均約為 10ms；晶閘管輸出型響應(yīng)時(shí)間為1ms 以下；晶體管輸出型在 以下為最快。 Y0、 Y1 每輸出 1 點(diǎn)的輸出電流是 ，但是對 Y0、 Y1 使用定位指令時(shí)需要高速響應(yīng)，因此使用 10— 100mA的輸出電流；晶閘管輸出電流也比較小 . c)開路漏電流 開路漏電流是指輸出處于 OFF 狀 態(tài)時(shí)，輸出回路中的電流。 d)輸出公共端（ COM） 公共端與輸出各組之間形成回路，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 （ 5） 電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。允許瞬時(shí)停電在 10ms 以下，能繼續(xù)工作。因此 PLC 對電源的基本要求： a)能有效地控制、消除電網(wǎng)電源帶來的各種干擾； b)電源發(fā)生故障不會(huì)導(dǎo)致其它部分產(chǎn)生故障； c)允許較寬的電壓范圍； d)電源本身的功耗低，發(fā)熱量?。? e)內(nèi)部電源與外部電源完全隔離； f)有較強(qiáng)的自保護(hù)功能。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O 掃描方 式 ，若有鍵按下或有 I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。對每個(gè)程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為 一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期主要可分為 三 個(gè)階段。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （ 2） 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開 始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （ 3） 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為 I/O 刷新階段。綜上述， PLC 11 的掃描工作過程如圖 23所示 : 圖 23 PLC的掃描工作過程 顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次 I/O 刷新，即每一個(gè)掃描周期 PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC 在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動(dòng)作將大大減小。 總之， PLC 采用 循環(huán) 掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點(diǎn)之一，我們在學(xué)習(xí)和使用 PLC 當(dāng)中都應(yīng)加強(qiáng)注意。 （ 2） 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) —— I/O 點(diǎn)數(shù)即 PLC面板上輸入、輸出信號用的端子的個(gè)數(shù)。 M100 X401 M100 輸 出 刷新 輸 入 刷新 掃 描 周期 元件映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 M100 Y430 輸入端子 輸入映像寄存器 12 （ 4） 編程指令的種類和數(shù)量 —— 編程的指令越多，其功能越強(qiáng)。 （ 5） 擴(kuò)展能力 —— I/O 擴(kuò)展單元進(jìn)行 I/O 點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展；使用各種功能模塊進(jìn)行 功能的擴(kuò)展。 三菱 FX1N 系列 PLC 的基本指令 FX1N 系列 PLC 的基本指令 如表 21所示 ： 表 21 FX1N系列 PLC的基本指令 助 記 符 功 能 梯形圖符號和操作軟元件 LD 取 常開觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算起始 (常開觸點(diǎn)與左母線連接 ) LDI 取反 常閉觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算起始 (常閉觸點(diǎn)與左母線連接） AND 與 串聯(lián)連接 (常開觸點(diǎn)與其他觸點(diǎn)或觸點(diǎn)組串聯(lián)連接 ) ANI 與非 串聯(lián)連接 (常閉觸點(diǎn)與其他觸點(diǎn)或觸點(diǎn)組串聯(lián)連接 ) OR 或 并聯(lián)連接 (常開觸點(diǎn)與其他觸點(diǎn)或觸點(diǎn)組并聯(lián)連接 ) ORI 或非 并聯(lián)連接 (常閉觸點(diǎn)與其他觸點(diǎn)或觸點(diǎn)組并聯(lián)連接 ) ANB 電路塊與 并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接 (電路塊與其他觸點(diǎn)或觸點(diǎn)組串聯(lián)連接 ) ORB 電路塊或 串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接 (電路塊與其他觸點(diǎn)或觸點(diǎn)組并聯(lián)連接 ) OUT 輸出 線圈驅(qū)動(dòng) 13 SET 置 1 使線圈接通并保持動(dòng)作 RST 復(fù)零 使線圈斷開 ,消除動(dòng)作保持 ,寄存器清零 PLS 上升沿 脈沖 上升沿微分輸出 (當(dāng)檢測到輸入脈沖的上升沿時(shí) ,指令的操作元件閉合 一個(gè)掃描周期 ) PLF 下降沿 脈沖 下降沿微分輸出 (當(dāng)檢測到輸入脈沖的下降沿時(shí) ,指令的操作元件閉合一個(gè)掃描周期 ) MC 主控指令 公共串聯(lián)接點(diǎn)的連接 (將左母線臨時(shí)移到一個(gè)所需位置 ,產(chǎn)生一臨時(shí)左母線 ,形成主控電路塊 ) MCR 主控復(fù)位 公共串聯(lián)接點(diǎn)的消除 (取消臨時(shí)左母線 ,將左母線返回到原來的位置 ,結(jié)束主控電路塊 ) MPS 進(jìn)棧指令 進(jìn)棧 (將邏輯運(yùn)算結(jié)果存入棧存儲(chǔ)器 ,存儲(chǔ)器中原來的存儲(chǔ)結(jié)果依次向棧存儲(chǔ)器下層推移 ) MRD 讀棧指令 讀棧 (將存儲(chǔ) 器一號單元的內(nèi)容讀出 ,且詹存儲(chǔ)器中的內(nèi)容不發(fā)生變化 ) MPP 出棧指令 出棧 9將存儲(chǔ)器中一號單元的結(jié)果取出 ,存儲(chǔ)器中其他單元的數(shù)據(jù)依次向上推移 ) NOP 空操作 無動(dòng)作 END 結(jié)束 輸入輸出處理以及返回到 0步 STL 步進(jìn)接點(diǎn) 步進(jìn)接點(diǎn)開始 (將步進(jìn)接點(diǎn)接到左母線 ) RET 步進(jìn)結(jié)束 步進(jìn)接點(diǎn)開始 (使副母線返回到原來的左母線位置 ) 14 3 Z3040搖臂鉆床機(jī)床的電控系統(tǒng)分析 鉆床是一種用途較廣的萬能機(jī)床 ,可以用來鉆孔、擴(kuò)孔、餃孔、 鏜 孔、 攻螺紋及刮 平 面等多種形式的加工。搖臂鉆床 屬于立式鉆床， 其 操作方便 、 靈活 ， 適用范圍廣 ， 具有典型性。 Z3040搖臂鉆床機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況 搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成 ，如圖 31 所示 。 ， 搖臂的一端為套筒 ， 它套在外立柱上 ,借助絲杠的正反轉(zhuǎn)可使搖臂沿外立柱作上下移動(dòng) ， 由于該絲杠與外立柱連為一體 ， 而升降螺母固定在搖臂上 ， 所以搖臂只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上 ， 可以通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng) 。此時(shí) ,主軸箱由夾緊接置將其緊固在搖臂水平導(dǎo)軌上 ， 外立柱緊固在內(nèi)立柱上 ， 搖臂緊固在外立柱上 ,然后進(jìn)行鉆削加工 ， 輔助運(yùn)動(dòng)有 :搖臂沿外立柱的垂直移動(dòng) ， 主軸箱沿?fù)u臂長度方向的水平移動(dòng) ， 搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （ 2） 搖臂鉆床為適應(yīng)多種形式的加工 ， 要求主軸及進(jìn)給有較大的調(diào)速范圍。 （ 3） 搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)皆為主軸的運(yùn)動(dòng) ， 為此這兩種運(yùn)動(dòng)由一臺主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) ， 分別經(jīng)主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。 （ 4） 為加工螺紋 ， 主軸要求正、反轉(zhuǎn)。 （ 5） 搖臂的升降由升降電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) ， 要求電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。若采用液壓裝置則備有液壓泵電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)液壓泵供出壓力油來實(shí)現(xiàn)。因此 ,搖臂的夾緊放松與搖臂升降按自動(dòng)控制進(jìn)行。 （ 9） 具有機(jī)床安全照明和信號指示。 Z3040搖臂鉆床的電氣控制原理圖 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制原理圖如圖 32所示： 16 圖 32 Z3040搖臂鉆床的電氣 控制原理圖 主電路分析 （ 1） 主軸電動(dòng)機(jī)的控制：主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) M1 為單向旋轉(zhuǎn)，由按鈕 SB1,SB2和接觸器 KM1 構(gòu)成主軸電動(dòng)機(jī)單向啟動(dòng)停止控制電路。 （ 2）搖臂的升降控制：當(dāng)搖臂的升降指令發(fā)出，先使搖臂松開，而后搖臂上升或下降，待搖臂升降到位時(shí)，又自行重新夾緊。 （ 3） M2為搖臂升降電動(dòng)機(jī)，由按鈕 SB SB4點(diǎn)動(dòng)控制正、反轉(zhuǎn)接觸器 KMKM3 實(shí)現(xiàn) M2電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)拖動(dòng)搖臂上升或下降。 （ 5） 送出壓力油，經(jīng)二位六通閥送至搖臂夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊與松開。 控制電路分析 搖臂上升 按下?lián)u臂上升按鈕 SB3，使定時(shí)器 KT 得電，驅(qū)使線圈 KM4和電磁閥 YV 得電，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3正 轉(zhuǎn)，搖臂松開。 搖臂上升到位，松開搖臂上升按鈕 SB3，使接觸器線圈 KM2和 KT 線圈 失電，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M3 停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。搖臂夾緊到位，壓下行程開關(guān) SQ3 時(shí)，使接觸器線圈 KM5 失電，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 停轉(zhuǎn) 。 搖臂松開到 位，壓下行程開關(guān) SQ2，驅(qū)使接觸器線圈 KM4失電，液壓泵電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 搖臂下降到位，松開搖臂下降按鈕 SB4，接觸器線圈 KM3和電磁閥 YV 失電，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M3 停轉(zhuǎn) ， 搖臂停止下降。 按下立柱與主軸箱夾緊按鈕 SB6，使