四、可編程序控制器
（一）PLC概述
1.組成：
PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。
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。
硬件
基本組成部分
CPU
輸入輸出處理、程序解算、通訊處理等。
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)。
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。
電源
提供電能。
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(guò)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)。
外部設(shè)備
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（可擦除可編程ROM）、磁帶機(jī)、打印機(jī)、監(jiān)視器等。
軟件
系統(tǒng)軟件
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（只讀存儲(chǔ)器） 中。
應(yīng)用軟件
應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)控制的需要，用 PLC 語(yǔ)言編寫的程序。應(yīng)用軟件一般存在 RAM （隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）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。
【提示】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)
存儲(chǔ)器容量
一般用K字節(jié)（KB）、K位來(lái)表示。IK=1024字節(jié)。
掃描速度
一般以執(zhí)行1000步指令所需要的時(shí)間來(lái)衡量，單位是ms/K，或μs/步。
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。
編程語(yǔ)言
編程語(yǔ)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(wú)須改變硬件而只要改變相應(yīng)的程序即可。
（2）采用面向過(guò)程的語(yǔ)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(yǔ)言或圖形化編程語(yǔ)言SFC。
（3）功能完善。
（4）擴(kuò)充方便，配置靈活。
（5）系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便。
（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(wú)故障時(shí)間（MTBF）超過(guò)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、電源高速等措施，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：接受來(lái)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）以及機(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。
【注意】PLC不處理高速軌跡信息。
數(shù)控機(jī)床使用的PLC有內(nèi)裝型和獨(dú)立型。
1.內(nèi)裝型PLC的特點(diǎn)是：
（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(lái)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)是：
（1）可根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能的要求靈活選購(gòu)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）在性價(jià)比不如內(nèi)裝型PLC。
總的來(lái)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、FA、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。
（三）PLC在工業(yè)控制中應(yīng)用簡(jiǎn)述
PLC除了在CNC中使用外，還廣泛用于冶金、機(jī)械、石油化工、能源交通乃至娛樂(lè)等各行業(yè)。
1.PLC的應(yīng)用類型
（1）順序控制和開關(guān)邏輯控制類型。這是最基本控制方式，已取代了傳統(tǒng)的繼電器。
（2）閉環(huán)過(guò)程控制類型。
（3）組合數(shù)字控制類型。
（4）組成多級(jí)控制系統(tǒng)類型。
（5）控制機(jī)器人類型。
2.PLC在位置控制中的應(yīng)用
PLC制造廠商提供的單軸或多軸位置控制模塊。位置控制模塊即可根據(jù)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)信號(hào)和PLC的命令來(lái)調(diào)整控制輸出，移動(dòng)一軸或數(shù)軸到達(dá)目標(biāo)位置。特別適用于機(jī)床的點(diǎn)位直線伺服控制。
【例題·多選題】（2008）下列關(guān)于CNC裝置內(nèi)裝型PLC的說(shuō)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
『正確答案』ACE
『答案解析』內(nèi)裝型PLC有與CNC共用微處理器和具有專門微處理器兩種類型；與CNC其他電路同裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，共用一個(gè)電源和地線；可以和CNC其他電路制作在同一電路板上，也可以單獨(dú)制成一塊附加印刷電路板；沒(méi)有單獨(dú)的I/O接口電路，使用CNC裝置本身的I/O接口電路；可以使用梯形圖編輯和傳送高級(jí)控制功能。
【例題·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(guò)程的語(yǔ)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
『正確答案』A
『答案解析』PLC接受來(lái)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。
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。
（一）PLC概述
1.組成：
PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。
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。
硬件
基本組成部分
CPU
輸入輸出處理、程序解算、通訊處理等。
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)。
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。
電源
提供電能。
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(guò)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)。
外部設(shè)備
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（可擦除可編程ROM）、磁帶機(jī)、打印機(jī)、監(jiān)視器等。
軟件
系統(tǒng)軟件
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（只讀存儲(chǔ)器） 中。
應(yīng)用軟件
應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)控制的需要，用 PLC 語(yǔ)言編寫的程序。應(yīng)用軟件一般存在 RAM （隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）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。
【提示】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)
存儲(chǔ)器容量
一般用K字節(jié)（KB）、K位來(lái)表示。IK=1024字節(jié)。
掃描速度
一般以執(zhí)行1000步指令所需要的時(shí)間來(lái)衡量，單位是ms/K，或μs/步。
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。
編程語(yǔ)言
編程語(yǔ)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(wú)須改變硬件而只要改變相應(yīng)的程序即可。
（2）采用面向過(guò)程的語(yǔ)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(yǔ)言或圖形化編程語(yǔ)言SFC。
（3）功能完善。
（4）擴(kuò)充方便，配置靈活。
（5）系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便。
（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(wú)故障時(shí)間（MTBF）超過(guò)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、電源高速等措施，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：接受來(lái)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）以及機(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。
【注意】PLC不處理高速軌跡信息。
數(shù)控機(jī)床使用的PLC有內(nèi)裝型和獨(dú)立型。
1.內(nèi)裝型PLC的特點(diǎn)是：
（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(lái)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)是：
（1）可根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能的要求靈活選購(gòu)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）在性價(jià)比不如內(nèi)裝型PLC。
總的來(lái)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、FA、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。
（三）PLC在工業(yè)控制中應(yīng)用簡(jiǎn)述
PLC除了在CNC中使用外，還廣泛用于冶金、機(jī)械、石油化工、能源交通乃至娛樂(lè)等各行業(yè)。
1.PLC的應(yīng)用類型
（1）順序控制和開關(guān)邏輯控制類型。這是最基本控制方式，已取代了傳統(tǒng)的繼電器。
（2）閉環(huán)過(guò)程控制類型。
（3）組合數(shù)字控制類型。
（4）組成多級(jí)控制系統(tǒng)類型。
（5）控制機(jī)器人類型。
2.PLC在位置控制中的應(yīng)用
PLC制造廠商提供的單軸或多軸位置控制模塊。位置控制模塊即可根據(jù)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)信號(hào)和PLC的命令來(lái)調(diào)整控制輸出，移動(dòng)一軸或數(shù)軸到達(dá)目標(biāo)位置。特別適用于機(jī)床的點(diǎn)位直線伺服控制。
【例題·多選題】（2008）下列關(guān)于CNC裝置內(nèi)裝型PLC的說(shuō)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
『正確答案』ACE
『答案解析』內(nèi)裝型PLC有與CNC共用微處理器和具有專門微處理器兩種類型；與CNC其他電路同裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，共用一個(gè)電源和地線；可以和CNC其他電路制作在同一電路板上，也可以單獨(dú)制成一塊附加印刷電路板；沒(méi)有單獨(dú)的I/O接口電路，使用CNC裝置本身的I/O接口電路；可以使用梯形圖編輯和傳送高級(jí)控制功能。
【例題·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(guò)程的語(yǔ)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
『正確答案』A
『答案解析』PLC接受來(lái)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。
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。