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四、可編程序控制器
(一)PLC概述
1.PLC 的組成
PLC 實質上是一種專用工業控制計算機，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擴展部分和外部設備三大部分。
基本組成部分是構成PLC的最小系統，包括CPU及存儲器、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存儲器：其中系統存儲器存放 PLC 的系統軟件;而用戶存儲器存放用戶程序和 I/O狀態
③輸入接口、輸出接口(I/O接口)： 輸入接口將采集到的開關和現場設備信號送給 CPU ，解算后將控制信號經輸出接口轉換成電壓或電流信號驅動現場設備。
④電源
(2)I/O擴展部分
當用戶所需要的輸入、輸出點數超過基本系統的輸入輸出點數時，由 I/O擴展部分擴大系統的總點數。
(3)外部設備
是開發 PLC控制系統的輔助設備，主要包括：
編程器、 EPROM 寫入器 、磁帶機、打印機、監視器等。
Ⅱ 軟件組成：
PLC 軟件包括系統軟件和應用軟件兩部分。
(1)系統軟件由生產廠家編制，用于管理、協調 PLC 各部分的工作，通常被固化在ROM 中。
(2)應用軟件是用戶根據控制的需要，用 PLC 語言編寫的程序。
應用軟件一般存在 RAM 中，并使用鋰電池進行掉電保護;不經常變化的應用軟件可以固化在 PLC 提供EPROM 模塊中。
PLC 插上裝有用戶程序的 EPROM 模塊時，PLC優先執行 EPROM 模塊中的程序;
而 PLC 機不插上裝有用戶程序的 EPROM 模塊時，PLC 執行 RAM 區的用戶程序。
2.PLC的基本技術指標
(1)存儲器容量。一般用K字節(KB)、K位來表示。1K=1024字節。
在PLC中，程序指令按“步”存放。一“步”占用一個地址單元，一個地址單元一般占用兩個字節，因此，如果有一個PLC內存容量為1000步，可以推知其內存約為2000字節。
(2)掃描速度。一般以執行1000步指令所需要的時間來衡量，單位是ms/K，或μs/步。
(3)I/O點數。I/O點數是指PLC外部輸入、輸出端子總數，這是PLC最重要的一項技術指示。
(4)編程語言。編程語言的指令條數是衡量PLC軟件功能強弱的主要指標，指令越多，編程功能越強。
3.PLC的特點。PLC作為一種新型的工業控制器具有以下特點：
(1)控制程序可變，具有良好的柔性。當生產工藝改變或生產設備更新時，無須改變硬件而只要改變相應的程序即可。
(2)采用面向過程的語言，編程方便。目前大多數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。現代PLC不僅具有邏輯運算、算術運算、定時、計數及順序控制等基本功能，還可以提供數據傳送、矩陣處理、PID調節、ASCII碼操作、遠程I/O、運動控制、網絡通信等高級功能，還可以使用高級語言(C語言、BASIC語言等)編寫子程序嵌入到PLC程序中執行。
(4)擴充方便，配置靈活。當前PLC系統提供了各種不同功能的模塊和擴充單元，I/O點數可以從幾十點直到上萬點，甚至可以構成適應網絡相互通信的多主機分布式控制系統。
(5)系統構成簡單，安裝調試方便。需要組成系統時，用簡單的編程方法將程序寫入存儲器內，接上相應的輸入輸出，便可構成一個完整的控制系統。它的輸出可以直接驅動執行機構，從而大大地簡化了硬件接線。由于采用了模塊化結構，也使維修工作更加方便。
(6)可靠性高。可編程控制器使用大規模集成電路，和具有很多觸點的繼電器系統比較，可靠性要高得多。而且在PLC的設計中采用了容錯技術。平均無故障時間(MTBF)超過20000小時，平均修復時間(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、電源調整等措施，大大提高了抗工業環境干擾的能力。
(二)PLC在數控機床中的應用
在中、高檔數控機床中，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功能信息(M、S、T 即輔助功能、主軸轉速功能和刀具功能)、機床操作面板上的開關量信號，進行邏輯處理，完成輸出控制功能，實現各功能以及操作方式的連鎖。
數控機床使用的PLC有內裝型和獨立型。
圖5-14獨立型PLC的CNC機床系統框圖
1.內裝型PLC的特點：
(1)其性能指標由所屬CNC裝置的性能規格確定。它的硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統一設計，具有結構緊湊、適配性強等優點。
(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揮PLC的功能，I/O點數較少;后者由于有獨立的微處理器，多用于順序程序復雜，動作速度要求快的場合。
(3)它與CNC其它電路同裝在一個機箱內，共用一個電源和地線。
(4)內裝型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，也可以單獨制成一塊附加印刷電路板，供用戶選擇。
(5)內裝型PLC使用CNC裝置本身的I/O接口電路。
(6)采用內裝型PLC造價低，具有較高的性能、價格比。
2.獨立型PLC的特點：
(1)可根據數控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發。
(2)有自己的I/O接口電路，PLC本身采取模塊化結構。
(3)可以擴大CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。
(4)在性能、價格比上不如內裝型PLC。
3.運用情況：
總的來看，單微處理器的CNC裝置采用內裝型PLC為多，而獨立型PLC主要用在多微處理器CNC裝置，FMC或FMS、CIMS中，具有較強的數據處理、通信和診斷功能，成為CNC與上級計算機聯網的重要設備。
單機CNC系統中的內裝型和獨立型PLC的作用是一樣的，主要是協助CNC裝置實現低速輔助信息的控制。
【例題12•單選題】下列關于PLC特點的敘述中，錯誤的是( )。
A.PLC功能完善，不僅具有邏輯運算功能，還具有插補功能
B.PLC可以提供數據傳送、網絡通信功能
C.PLC可以采用面向過程的語言編程，編程方便
D.PLC抗工業環境干擾能力強，可靠性高
答案：A
作用是：接受來自零件加工程序的開關功能信息(M、S、T 即輔助功能、主軸轉速功能和刀具功能)、機床操作面板上的開關量信號，進行邏輯處理，完成輸出控制功能，實現各功能以及操作方式的連鎖。
【例題13•多選題】(2008年)下列關于CNC裝置內裝型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.它可以采用單獨的電源和地線
C.它可以單獨制成一塊印刷電路板
D.它可以使用本身的I/O接口與機床側的I/O連接
E.它可以傳輸高級控制功能
答案：ACE
五、CNC裝置的選擇
1.根據數控機床的加工類別，有針對性的選擇。
2.根據數控機床的設計指標和性價比進行選擇。
3.具備基本功能的CNC裝置相對便宜，而帶有選擇功能的CNC裝置比較貴。所以，對于選擇功能，需要的再選。
4.一次考慮周全，不要遺漏。
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（責任編輯：中大編輯）
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