plc在数控机床中的应用.doc

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1、甘肃畜牧工程职业技术学院毕 业 论 文论文题目 PLC在数控机床中的应用系 别 机 械 工 程 系 专 业 数 控 技 术 班 级 09.1 班 学 生 姓 名 何 志 鹏 指 导 教 师 程 辉 日 期 2011.10.22 目录毕业论文任务书2毕业论文开题报告3【摘要】5【ABSTRACT】6第一章 概述71.1 PLC的国内外状况71.2 PLC的工作原理9第二章PLC在数控机床中的应用132.1 PLC和NC的关系132.2 PLC在数控机床中的应用142.3 数控机床的控制对象及接口信号162.4 PLC的特点16第三章 PLC的应用现状20结论23致谢24参考文献25毕业论文任务书

2、 学生姓名何志鹏专业班级数控09.1班指导教师程辉题 目PLC在数控机床中的应用研究的目标及内容1、从培养学生的自主学习能力的角度出发，以数控机床类课程为研究对象，研究如何提高学生自觉参与教学活动的积极性，使学生真正成为学习活动的主体。2、通过培养和提高学生的动手能力和创新精神，最终达到“知识、能力与素质三位一体”的机械工程专业人才培养的目标。3、让学生扎实的掌握这门技术，并能够使用这门技术为生产制造服务，成为一名合格的现代产业工人，高起点地培养从事数控加工的机电复合型人才。分阶段完成的工作1.2011.9.169.18日确定毕业论文的选题，收集资料，整理资料，完成论文的任务书和开题报告；2.

3、2011.9.209.22日撰写论文，完成第1稿，并交指导教师；3.2011.10.10日指导教师阅改论文第1稿；4.2011.10.1210.17日修改论文，完成第2稿，并交指导教师；5.2011.10.20日指导教师阅改论文第2稿；6.2011.10.22日修改论文，完成第3稿，并交指导教师修改；7.2011.10.23日指导教师阅改论文第3稿，并交学生修改；8.2011.10.24日指导教师评阅并打分，准备毕业论文答辩；9.2011.10.26日前毕业论文答辩，评定学生最终论文成绩，评出系内优秀论文。系（部）主 任意 见 签名：年 月 日毕业论文开题报告论 文 题 目：PLC在数控机床中

4、的应用 学 生 姓 名：何志鹏 专 业：数控09.1班 指 导 教 师：程辉一、本课题的研究意义1、从培养学生的自主学习能力的角度出发，以数控机床类课程为研究对象，研究如何提高学生自觉参与教学活动的积极性，使学生真正成为学习活动的主体。2、通过培养和提高学生的动手能力和创新精神，最终达到“知识、能力与素质三位一体”的机械工程专业人才培养的目标。3、让学生扎实的掌握这门技术，并能够使用这门技术为生产制造服务，成为一名合格的现代产业工人，高起点地培养从事数控加工的机电复合型人才。二、本课题的重点和难点重点：培养学生自主学习能力在数控技术教学中的应用，使学生真正掌握数控机床PLC的功能。难点：如何才

5、能通过有限的课堂教学提高学生的数控实际操作水平？如何通过教学方法的改变提高学生的接受能力，激发学生自主学习数控技术的兴趣？三、论文提纲第一章、概述第二章、PLC在数控机床中的应用第三章、PLC的应用现状四、参考文献1 郁汉琪、郭健 可编程控制器原理及应用 北京：中国电力出版社 20042 段苏振 提高PLC控制系统可靠性的设计因素 电气传动 20033 张筱琪 机电设备控制基础 北京：中国人大出版社 20004 王兆义 小型可编程控制器实用技术 北京：机械工业出版社 19975 三菱公司编1FX系列可编程序控制器使用说明及编程手册 1998指导教师意见签名：年 月 日系部审查意见：签名：年 月

6、 日【摘要】目前,可编程序控制器（PLC）广泛应用于数控机床等工业控制中。数控机床的控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分,数字控制部分包括对各坐标轴位置的连续控制,而顺序控制包括对主轴正/反转和启动/停止、换刀、卡盘夹紧和松开、冷却、尾架、排屑等辅助动作的控制。现代数控机床采用PLC代替继电器控制来完成逻辑控制,使数控机床结构更紧凑,功能更丰富,响应速度和可靠性大大提高! 可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备

7、和生产过程。组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。 【关键词】：可编程序控制器 数字控制 顺序控制 操作指令 组合机床 自动循环【Abstract】Summary At present, the programmable logic controller (PLC) is widely used in NC machine tools and

8、 other industrial control. CNC machine tool control part of digital control and sequential control can be divided into two parts, the digital control segment consists of continuous control over the axis position and sequence control including the spindle forward/reverse and start/stop, tool change,

9、clamping and releasing the Chuck, cooling, tailstock, swarf and other auxiliary movement control. Modern CNC machine tools PLC instead of relay control to complete the logical control, numerical control machine tool structure is more compact, more feature-rich, responsiveness and reliability greatly

10、 improved! Programmable controller is the especially for the application in industrial environments and the design of digital electronic systems of arithmetic operations, it uses a programmable program memory, performs a logical calculation in its internal storage, order control, timer, counting and

11、 arithmetic operations such as operation instruction, through digital, analog inputs and outputs to control various types of mechanical equipment and production processes. Combined machine tool is designed for a particular job, specific processing and design of a highly efficient automated processin

12、g equipment, such equipment most of more than one tool at work, and has the automatic circulation function. Usually consists of modular machine tool general part and special part combination for standard, power part with motor or hydraulic systems drive, automatic circulation control by electrical s

13、ystems, is typical of the mechanical and electrical or mechanical-electrical-hydraulic integration of automatic processing equipment. 【Key words】: instruction combined machine tool numerical control of PLC sequence control operation automatic circulation 第一章 概述1.1 PLC的国内外状况 1.1.1 PLC的雏形在工业生产过程中，大量的开

14、关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编

15、程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 1.1.2 PLC的实体化20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其

16、功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控

17、制领域处于统治地位的DCS系统。 1.1.3 PLC的应用20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长久的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备

18、及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.2 PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的。继电器控制装置采用逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电

19、或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100毫秒以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100毫秒，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。1.2.1 扫描技

20、术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段；在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入；用户程序执行阶段；在用户程序执行阶段，PL

21、C总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相

22、反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对其上面的程序起作用。输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。比较下二个程序的异同：程序1：程序2：这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新；程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与

23、继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。1.2.2 PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应

24、时间与最长的I/O响应时间如图所示：最短I/O响应时间：最长I/O响应时间：以上是一般的PLC的工作原理，但在现代出现的比较先进的PLC中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经可以各自独立的工作，提高了PLC的执行效率。在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写出质量好、效率高的工艺程序。第二章PLC在数控机床中的应用2.1 PLC和NC的关系 PLC用于通用设备的自动控制，称为可编程控制器。PLC用于数控机床的外围辅助电气的控制，称为可编程序机床控制器。因此，在很多数控系统中将其称之为PMC（programmable machine tool contro

25、ller）。数控系统有两大部分，一是NC、二是PLC，这两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样划分NC和PLC的作用范围： 1、 实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由NC来完成； 2、机床辅助设备的控制是由PLC来完成。它是在数控机床运行过程中，根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。 在数控机床中这两种控制任务，是密不可分的，它们按照上面的原则进行了分工，同时也按照一定的方式进行连接。NC和PLC的接口方式一直遵循国际标准“ISSO 4336-1981(E)机

26、床数字控制数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为几种类型：与驱动命令有关的连接电路；数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路；电源及保护电路；通断信号及代码信号连接电路。 从接口分类的标准来看，第一类、第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、伺服电机、位置检测以及数据检测装置之间控制信息。第三类是由数控机床强电电路中的电源控制控制电路构成。通常由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继电器、接触器等等构成。为其他电机、电磁阀、电磁铁等执行元件供电。这些相对于数控系统来讲，属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制系统的弱电回路，直接相连接的，只能够通过中间继电器等

27、电子元器件转换成直流低压下工作的开关信号，才能够成为PLC或继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。反之，PLC或继电器逻辑控制来的控制信号，也必须经过中间继电器或转换电路变成能连接到强电路的信号，再由强电回路驱动执行元件工作。第四类信号是数控装置向外部传送的输入输出控制信号。 2.2 PLC在数控机床中的应用 2.2.1 PLC在数控机床中的应用形式 PLC在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。 内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和

28、较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU这种结构从软硬件整体上考虑, PLC 和NC 之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且NC 和PLC 之间易实现许多高级功能。PLC 中的信息也能通过CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。 独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式式，可根据用户自己的的特点，选用不同专业PLC厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。 2.2.2 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换 相对于PLC，机床和NC就

29、是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换，对于PLC的功能发挥，是非常重要的。PLC与外部的信息交换，通常有几个部分；机床侧至PLC：机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改；PLC至机床：PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义；CNC至PLC:CNC送至PLC的信息可由CNC 直接送入PLC的寄存器中,所有CNC送至PLC

30、的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址) 均由CNC 厂家确定,PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T 等功能,通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中； PLC至CNC:PLC 送至CNC 的信息也由开关量信号或寄存器完成,所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC 厂家确定,PLC 编程者只可使用,不可改变和增删。 2.2.3 PLC在数控机床中的工作流程 PLC在数控机床中的工作流程，通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤：输入采样：输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信号状态，并将此状态，读出输入到映象寄存器中。当然，在程序运

31、行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，输入到映象寄存器的信号状态才会发生变化；程序执行：程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描，并且同时读出输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据，在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用；出刷新阶段：在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。 2.2.4 PLC在数控机床中的控制功能 操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后

32、由NC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行；机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号(如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等)输出信号控制：PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象；功能实现。系统送出T指令给PLC，经过译码，在数据表内检查，找到T代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号；M功能实现。系统送出M指令给PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。M指令完成，系

33、统发出完成信号。2.3 数控机床的控制对象及接口信号在机械加工领域中，成型的系统一般将具有逻辑功能的PLC和CNC组成一体，可实现更强的数字控制，并已经取得了成功的应用。例如著名的日本FANUC公司推出的systeml01112已将PLC控制功能作为CNC的一部分，并通过窗口软件由用户自行编制软件，然后由PLC送至CNC装置使用。德国SMENS公司在810系统中，将PLC处理功能和微处理器集成一体，美国研制的CNC设备中也是用了具有逻辑功能的PLC。近来，许多公司以及使用者在数控机床制造和改造中大量使用PLC，由于其功能的不断完善和开发，将在以后的数控机床中的应用越来越多。在现代数控系统中采用

34、PLC实现控制时可分为“内装型”和“独立型”两种。在系统构成中通讯或信号传输的方式有所不同，但其实质性的原理是相同的。数控系统中PLC的信息交换就是指以PLC为中心，在数据系统(CNC)、PLC和机床(MT)之间的信息传递。PLC从计算机CNC系统中或人机对话系统得到的操作数据通过输出接口输出，驱动机床做各种必要的加工的动作。PLC与CNC之间交换的信息分两个方向进行，其中由CNC发给PLC的信息主要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动自动方式信息，各种功能信息等。而由PLC发给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。同样，PLC与机床之间交换的信息也分

35、为两部分，其中由PLC向机床发送的信息主要是控制机床的执行元件，如电磁阀、接触器、继电器以及各种状态指示和故障报警等。而由机床向PLC发送的信息主要有机床操作面板输入信息和机床上的各种开关、按钮等信息，例如机床的启动停止、主轴正转反转停止、冷却液的开关、倍率选择、各坐标轴的点动以及刀架卡盘夹紧松开等信息，还有各运动部件的限位开关、主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等。2.4 PLC的特点PLC是应社会生产而产生的，从一开始发展到现在一直是向可靠性高，抗干扰能力强、配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，深受工程技术人员欢迎、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造、体积小，重量轻，能耗低

36、、对环境条件无要求、价格低廉等社会生产方面的要求发展。工业生产对控制设备的可靠性要求：平均故障间隔时间长；故障修复时间（平均修复时间）短任何电子设备产生的故障，通常为两种：一、偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。二、永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提

37、高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路；屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰；滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，

38、如LC或型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响；电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响；隔离在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和有误动作；各I/O口之间亦彼此隔离；采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。软件措施：有极强的自检及保护功能；故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等

39、。以便及时进行处理；信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉；设置警戒时钟WDT（看门狗）如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警；加强对程序的检查和校验一旦程序有错，立即报警，并停止执行；对程序及动态数据进行电池后备停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲

40、宽度为1S的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上千万小时；制成系统亦可达45万小时甚至更长时间。2.4.1 通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。2.4.2功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、

41、一条生产线，又可控制一个生产过程。2.4.3 编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多

42、数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。2.4.4 减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。2.4.5 体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M

43、型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备

44、。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 第三章 PLC的应用现状 PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难

45、以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。整机控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可供矿企业的相关数控 床设计改造借鉴。 数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为:产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机

46、能，伺服性能等。数控机床的功能部件对机床的功能扩展和性能的提升起着极为重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件的选用，不仅须与数控机床的整体结构谐和协调，融入整机系统具有最佳的匹配性能，而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。用于高速化的数控系统不能仅是提高数据处理能力，而是应具备热误差补偿单元以及能实现速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制等先进控制技术的功能。所以必须选择稳定可靠的控制单元才能保证数控机床正常高效运行。可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心，集成于数控系统中，主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。系统控制中心采用PLC，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给