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四、可編程序控制器

(一)PLC概述

1.PLC 的組成

PLC 實(shí)質(zhì)上是一種專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其組成包括硬件和軟件兩部分。

Ⅰ 硬件組成：

PLC 硬件包括基本組成部分、I/O擴(kuò)展部分和外部設(shè)備三大部分。

基本組成部分是構(gòu)成PLC的最小系統(tǒng)，包括CPU及存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、電源等。

(1)基本組成部分

①CPU：輸入輸出處理、程序解算、通訊處理等。

②存儲(chǔ)器：其中系統(tǒng)存儲(chǔ)器存放 PLC 的系統(tǒng)軟件;而用戶存儲(chǔ)器存放用戶程序和 I/O狀態(tài)

③輸入接口、輸出接口(I/O接口)： 輸入接口將采集到的開關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)送給 CPU ，解算后將控制信號(hào)經(jīng)輸出接口轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

④電源

(2)I/O擴(kuò)展部分

當(dāng)用戶所需要的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過基本系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，由 I/O擴(kuò)展部分?jǐn)U大系統(tǒng)的總點(diǎn)數(shù)。

(3)外部設(shè)備

是開發(fā) PLC控制系統(tǒng)的輔助設(shè)備，主要包括：

編程器、 EPROM 寫入器 、磁帶機(jī)、打印機(jī)、監(jiān)視器等。

Ⅱ 軟件組成：

PLC 軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。

(1)系統(tǒng)軟件由生產(chǎn)廠家編制，用于管理、協(xié)調(diào) PLC 各部分的工作，通常被固化在ROM 中。

(2)應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)控制的需要，用 PLC 語言編寫的程序。

應(yīng)用軟件一般存在 RAM 中，并使用鋰電池進(jìn)行掉電保護(hù);不經(jīng)常變化的應(yīng)用軟件可以固化在 PLC 提供EPROM 模塊中。

PLC 插上裝有用戶程序的 EPROM 模塊時(shí)，PLC優(yōu)先執(zhí)行 EPROM 模塊中的程序;

而 PLC 機(jī)不插上裝有用戶程序的 EPROM 模塊時(shí)，PLC 執(zhí)行 RAM 區(qū)的用戶程序。

2.PLC的基本技術(shù)指標(biāo)

(1)存儲(chǔ)器容量。一般用K字節(jié)(KB)、K位來表示。1K=1024字節(jié)。

在PLC中，程序指令按“步”存放。一“步”占用一個(gè)地址單元，一個(gè)地址單元一般占用兩個(gè)字節(jié)，因此，如果有一個(gè)PLC內(nèi)存容量為1000步，可以推知其內(nèi)存約為2000字節(jié)。

(2)掃描速度。一般以執(zhí)行1000步指令所需要的時(shí)間來衡量，單位是ms/K，或μs/步。

(3)I/O點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是指PLC外部輸入、輸出端子總數(shù)，這是PLC最重要的一項(xiàng)技術(shù)指示。

(4)編程語言。編程語言的指令條數(shù)是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)，指令越多，編程功能越強(qiáng)。

3.PLC的特點(diǎn)。PLC作為一種新型的工業(yè)控制器具有以下特點(diǎn)：

(1)控制程序可變，具有良好的柔性。當(dāng)生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時(shí)，無須改變硬件而只要改變相應(yīng)的程序即可。

(2)采用面向過程的語言，編程方便。目前大多數(shù)PLC都使用清晰直觀的梯形圖指令RLL語言或圖形化編程語言SFC。

(3)功能完善?，F(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)及順序控制等基本功能，還可以提供數(shù)據(jù)傳送、矩陣處理、PID調(diào)節(jié)、ASCII碼操作、遠(yuǎn)程I/O、運(yùn)動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等高級(jí)功能，還可以使用高級(jí)語言(C語言、BASIC語言等)編寫子程序嵌入到PLC程序中執(zhí)行。

(4)擴(kuò)充方便，配置靈活。當(dāng)前PLC系統(tǒng)提供了各種不同功能的模塊和擴(kuò)充單元，I/O點(diǎn)數(shù)可以從幾十點(diǎn)直到上萬點(diǎn)，甚至可以構(gòu)成適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)相互通信的多主機(jī)分布式控制系統(tǒng)。

(5)系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便。需要組成系統(tǒng)時(shí)，用簡(jiǎn)單的編程方法將程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器內(nèi)，接上相應(yīng)的輸入輸出，便可構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。它的輸出可以直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而大大地簡(jiǎn)化了硬件接線。由于采用了模塊化結(jié)構(gòu)，也使維修工作更加方便。

(6)可靠性高?？删幊炭刂破魇褂么笠?guī)模集成電路，和具有很多觸點(diǎn)的繼電器系統(tǒng)比較，可靠性要高得多。而且在PLC的設(shè)計(jì)中采用了容錯(cuò)技術(shù)。平均無故障時(shí)間(MTBF)超過20000小時(shí)，平均修復(fù)時(shí)間(MTTR)則小于10分鐘。另外，在PLC的輸出輸入中采用屏蔽、濾波、隔離、電源調(diào)整等措施，大大提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力。

(二)PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

在中、高檔數(shù)控機(jī)床中，PLC 是CNC裝置的重要組成部分。作用是：接受來自零件加工程序的開關(guān)功能信息(M、S、T 即輔助功能、主軸轉(zhuǎn)速功能和刀具功能)、機(jī)床操作面板上的開關(guān)量信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，完成輸出控制功能，實(shí)現(xiàn)各功能以及操作方式的連鎖。

數(shù)控機(jī)床使用的PLC有內(nèi)裝型和獨(dú)立型。

圖5-14獨(dú)立型PLC的CNC機(jī)床系統(tǒng)框圖

1.內(nèi)裝型PLC的特點(diǎn)：

(1)其性能指標(biāo)由所屬CNC裝置的性能規(guī)格確定。它的硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、適配性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

(2)它有與CNC共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型。前者利用CNC微處理器的余力來發(fā)揮PLC的功能，I/O點(diǎn)數(shù)較少;后者由于有獨(dú)立的微處理器，多用于順序程序復(fù)雜，動(dòng)作速度要求快的場(chǎng)合。

(3)它與CNC其它電路同裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，共用一個(gè)電源和地線。

(4)內(nèi)裝型PLC的硬件電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨(dú)制成一塊附加印刷電路板，供用戶選擇。

(5)內(nèi)裝型PLC使用CNC裝置本身的I/O接口電路。

(6)采用內(nèi)裝型PLC造價(jià)低，具有較高的性能、價(jià)格比。

2.獨(dú)立型PLC的特點(diǎn)：

(1)可根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能的要求靈活選購或自行開發(fā)。

(2)有自己的I/O接口電路，PLC本身采取模塊化結(jié)構(gòu)。

(3)可以擴(kuò)大CNC的控制功能，可以形成兩個(gè)以上的附加軸控制。

(4)在性能、價(jià)格比上不如內(nèi)裝型PLC。

3.運(yùn)用情況：

總的來看，單微處理器的CNC裝置采用內(nèi)裝型PLC為多，而獨(dú)立型PLC主要用在多微處理器CNC裝置，F(xiàn)MC或FMS、CIMS中，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，成為CNC與上級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的重要設(shè)備。

單機(jī)CNC系統(tǒng)中的內(nèi)裝型和獨(dú)立型PLC的作用是一樣的，主要是協(xié)助CNC裝置實(shí)現(xiàn)低速輔助信息的控制。

【例題12•單選題】下列關(guān)于PLC特點(diǎn)的敘述中，錯(cuò)誤的是( )。

A.PLC功能完善，不僅具有邏輯運(yùn)算功能，還具有插補(bǔ)功能

B.PLC可以提供數(shù)據(jù)傳送、網(wǎng)絡(luò)通信功能

C.PLC可以采用面向過程的語言編程，編程方便

D.PLC抗工業(yè)環(huán)境干擾能力強(qiáng)，可靠性高

答案：A

作用是：接受來自零件加工程序的開關(guān)功能信息(M、S、T 即輔助功能、主軸轉(zhuǎn)速功能和刀具功能)、機(jī)床操作面板上的開關(guān)量信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，完成輸出控制功能，實(shí)現(xiàn)各功能以及操作方式的連鎖。

【例題13•多選題】(2008年)下列關(guān)于CNC裝置內(nèi)裝型PLC的說法中，正確的是( )。

A.它可以具有自己的專用微處理器

B.它可以采用單獨(dú)的電源和地線

C.它可以單獨(dú)制成一塊印刷電路板

D.它可以使用本身的I/O接口與機(jī)床側(cè)的I/O連接

E.它可以傳輸高級(jí)控制功能

答案：ACE

五、CNC裝置的選擇

1.根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工類別，有針對(duì)性的選擇。

2.根據(jù)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)指標(biāo)和性價(jià)比進(jìn)行選擇。

3.具備基本功能的CNC裝置相對(duì)便宜，而帶有選擇功能的CNC裝置比較貴。所以，對(duì)于選擇功能，需要的再選。

4.一次考慮周全，不要遺漏。

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