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四、可编程序控制器

(一)PLC概述

1.PLC 的组成

PLC 实质上是一种专用工业控制计算机，其组成包括硬件和软件两部分。

Ⅰ 硬件组成：

PLC 硬件包括基本组成部分、I/O扩展部分和外部设备三大部分。

基本组成部分是构成PLC的最小系统，包括CPU及存储器、输入接口、输出接口、电源等。

(1)基本组成部分

①CPU：输入输出处理、程序解算、通讯处理等。

②存储器：其中系统存储器存放 PLC 的系统软件;而用户存储器存放用户程序和 I/O状态

③输入接口、输出接口(I/O接口)： 输入接口将采集到的开关和现场设备信号送给 CPU ，解算后将控制信号经输出接口转换成电压或电流信号驱动现场设备。

④电源

(2)I/O扩展部分

当用户所需要的输入、输出点数超过基本系统的输入输出点数时，由 I/O扩展部分扩大系统的总点数。

(3)外部设备

是开发 PLC控制系统的辅助设备，主要包括：

编程器、 EPROM 写入器 、磁带机、打印机、监视器等。

Ⅱ 软件组成：

PLC 软件包括系统软件和应用软件两部分。

(1)系统软件由生产厂家编制，用于管理、协调 PLC 各部分的工作，通常被固化在ROM 中。

(2)应用软件是用户根据控制的需要，用 PLC 语言编写的程序。

应用软件一般存在 RAM 中，并使用锂电池进行掉电保护;不经常变化的应用软件可以固化在 PLC 提供EPROM 模块中。

PLC 插上装有用户程序的 EPROM 模块时，PLC优先执行 EPROM 模块中的程序;

而 PLC 机不插上装有用户程序的 EPROM 模块时，PLC 执行 RAM 区的用户程序。

2.PLC的基本技术指标

(1)存储器容量。一般用K字节(KB)、K位来表示。1K=1024字节。

在PLC中，程序指令按“步”存放。一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节，因此，如果有一个PLC内存容量为1000步，可以推知其内存约为2000字节。

(2)扫描速度。一般以执行1000步指令所需要的时间来衡量，单位是ms/K，或μs/步。

(3)I/O点数。I/O点数是指PLC外部输入、输出端子总数，这是PLC最重要的一项技术指示。

(4)编程语言。编程语言的指令条数是衡量PLC软件功能强弱的主要指标，指令越多，编程功能越强。

3.PLC的特点。PLC作为一种新型的工业控制器具有以下特点：

(1)控制程序可变，具有良好的柔性。当生产工艺改变或生产设备更新时，无须改变硬件而只要改变相应的程序即可。

(2)采用面向过程的语言，编程方便。目前大多数PLC都使用清晰直观的梯形图指令RLL语言或图形化编程语言SFC。

(3)功能完善。现代PLC不仅具有逻辑运算、算术运算、定时、计数及顺序控制等基本功能，还可以提供数据传送、矩阵处理、PID调节、ASCII码操作、远程I/O、运动控制、网络通信等高级功能，还可以使用高级语言(C语言、BASIC语言等)编写子程序嵌入到PLC程序中执行。

(4)扩充方便，配置灵活。当前PLC系统提供了各种不同功能的模块和扩充单元，I/O点数可以从几十点直到上万点，甚至可以构成适应网络相互通信的多主机分布式控制系统。

(5)系统构成简单，安装调试方便。需要组成系统时，用简单的编程方法将程序写入存储器内，接上相应的输入输出，便可构成一个完整的控制系统。它的输出可以直接驱动执行机构，从而大大地简化了硬件接线。由于采用了模块化结构，也使维修工作更加方便。

(6)可靠性高。可编程控制器使用大规模集成电路，和具有很多触点的继电器系统比较，可靠性要高得多。而且在PLC的设计中采用了容错技术。平均无故障时间(MTBF)超过20000小时，平均修复时间(MTTR)则小于10分钟。另外，在PLC的输出输入中采用屏蔽、滤波、隔离、电源调整等措施，大大提高了抗工业环境干扰的能力。

(二)PLC在数控机床中的应用

在中、高档数控机床中，PLC 是CNC装置的重要组成部分。作用是：接受来自零件加工程序的开关功能信息(M、S、T 即辅助功能、主轴转速功能和刀具功能)、机床操作面板上的开关量信号，进行逻辑处理，完成输出控制功能，实现各功能以及操作方式的连锁。

数控机床使用的PLC有内装型和独立型。

图5-14独立型PLC的CNC机床系统框图

1.内装型PLC的特点：

(1)其性能指标由所属CNC装置的性能规格确定。它的硬件和软件被作为CNC装置的基本功能统一设计，具有结构紧凑、适配性强等优点。

(2)它有与CNC共用微处理器和具有专用微处理器两种类型。前者利用CNC微处理器的余力来发挥PLC的功能，I/O点数较少;后者由于有独立的微处理器，多用于顺序程序复杂，动作速度要求快的场合。

(3)它与CNC其它电路同装在一个机箱内，共用一个电源和地线。

(4)内装型PLC的硬件电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷电路板上，也可以单独制成一块附加印刷电路板，供用户选择。

(5)内装型PLC使用CNC装置本身的I/O接口电路。

(6)采用内装型PLC造价低，具有较高的性能、价格比。

2.独立型PLC的特点：

(1)可根据数控机床对控制功能的要求灵活选购或自行开发。

(2)有自己的I/O接口电路，PLC本身采取模块化结构。

(3)可以扩大CNC的控制功能，可以形成两个以上的附加轴控制。

(4)在性能、价格比上不如内装型PLC。

3.运用情况：

总的来看，单微处理器的CNC装置采用内装型PLC为多，而独立型PLC主要用在多微处理器CNC装置，FMC或FMS、CIMS中，具有较强的数据处理、通信和诊断功能，成为CNC与上级计算机联网的重要设备。

单机CNC系统中的内装型和独立型PLC的作用是一样的，主要是协助CNC装置实现低速辅助信息的控制。

【例题12•单选题】下列关于PLC特点的叙述中，错误的是( )。

A.PLC功能完善，不仅具有逻辑运算功能，还具有插补功能

B.PLC可以提供数据传送、网络通信功能

C.PLC可以采用面向过程的语言编程，编程方便

D.PLC抗工业环境干扰能力强，可靠性高

答案：A

作用是：接受来自零件加工程序的开关功能信息(M、S、T 即辅助功能、主轴转速功能和刀具功能)、机床操作面板上的开关量信号，进行逻辑处理，完成输出控制功能，实现各功能以及操作方式的连锁。

【例题13•多选题】(2008年)下列关于CNC装置内装型PLC的说法中，正确的是( )。

A.它可以具有自己的专用微处理器

B.它可以采用单独的电源和地线

C.它可以单独制成一块印刷电路板

D.它可以使用本身的I/O接口与机床侧的I/O连接

E.它可以传输高级控制功能

答案：ACE

五、CNC装置的选择

1.根据数控机床的加工类别，有针对性的选择。

2.根据数控机床的设计指标和性价比进行选择。

3.具备基本功能的CNC装置相对便宜，而带有选择功能的CNC装置比较贵。所以，对于选择功能，需要的再选。

4.一次考虑周全，不要遗漏。

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