第9章-可编程控制器模块的故障诊断与维修.ppt

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1、第第9章章 可编程控制器模块的故障诊可编程控制器模块的故障诊断与维修断与维修9.1 概述概述9.2 可编程控制器的结构组成和工作原理可编程控制器的结构组成和工作原理9.3 数控机床可编程控制器的故障诊断与维修数控机床可编程控制器的故障诊断与维修9.4 可编程控制器故障诊断与维修实例可编程控制器故障诊断与维修实例9.1 概述概述9.1.1 PLC基础知识基础知识1 PLC的概念的概念 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）于）于1987年年2月颁布了月颁布了PLC标准标准草案第三稿，该草案中对草案第三稿，该草案中对PLC的定义是：的定义是：“PLC是一种数字运是一种数字运算操作的电子系统，主要

2、为在工业环境下应用而设计。它采算操作的电子系统，主要为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、用了可编程序的存储器，用来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，并通过数顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。字式、模拟式输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原理设计易于扩充其功能的原理设计”。下一页 返回9.1 概述概述2 PLC的特点的特

3、点（1）可靠性高，适用于工业现场环境）可靠性高，适用于工业现场环境 PLC有很强的抗干扰能力，能在恶劣的工业环境中可靠有很强的抗干扰能力，能在恶劣的工业环境中可靠地工作，这是因为在地工作，这是因为在PLC的硬件和软件上采取了提高可靠性的硬件和软件上采取了提高可靠性的措施。的措施。下一页上一页返回9.1 概述概述硬件措施主要有：屏蔽、滤波、电源调整与保护、联锁、模块硬件措施主要有：屏蔽、滤波、电源调整与保护、联锁、模块化结构、环境检测与诊断电路等。化结构、环境检测与诊断电路等。软件措施主要有：自诊断程序、故障检测、信息保护与恢复等。软件措施主要有：自诊断程序、故障检测、信息保护与恢复等。下一页上

4、一页返回9.1 概述概述（2）编程简单，易于掌握）编程简单，易于掌握 PLC采用梯形图编程，尤其对从事继电器控制工作的技采用梯形图编程，尤其对从事继电器控制工作的技术人员和工人，不必掌握很多复杂难懂的计算机语言的控制术人员和工人，不必掌握很多复杂难懂的计算机语言的控制技术，就能在短时间内学会使用技术，就能在短时间内学会使用PLC。根据用户需要，在总。根据用户需要，在总体方案确定的情况下，选购、组装体方案确定的情况下，选购、组装PLC硬件和编制用户应用硬件和编制用户应用软件可同时进行，使得施工周期短，见效快。软件可同时进行，使得施工周期短，见效快。下一页上一页返回9.1 概述概述（3）控制程序可

5、变，具有很好的柔性）控制程序可变，具有很好的柔性 在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变变PLC的硬件设备，只需改变用户程序就可满足要求。的硬件设备，只需改变用户程序就可满足要求。PLC除用于单机控制外，在除用于单机控制外，在FMC、FMS和和FA中也被大量采用。中也被大量采用。下一页上一页返回9.1 概述概述 （4）直接带负载能力强）直接带负载能力强 与一般微机控制设备相比较，与一般微机控制设备相比较，PLC的输出模板有较强的的输出模板有较强的驱动负载的能力，一般都能直接驱动执行元件的线圈，接通驱动负载的能力，一般都能直接驱动执行元

6、件的线圈，接通和断开强电电路。和断开强电电路。下一页上一页返回9.1 概述概述 （5）接口简单，维护方便）接口简单，维护方便 PLC的输入输出接口都设计成可直接与现场强电相接，的输入输出接口都设计成可直接与现场强电相接，有直流有直流24V、48V，交流，交流11V、220V等各种电压等级产品，等各种电压等级产品，在组成系统时直接选用，简单方便。接口电路一般为模块式，在组成系统时直接选用，简单方便。接口电路一般为模块式，便于维修更换。特别是有的便于维修更换。特别是有的PLC可以带电插拔输入输出模块。可以带电插拔输入输出模块。例如，在运行中发现某个模块出现故障，可以不停电，直接例如，在运行中发现某

7、个模块出现故障，可以不停电，直接带电取下坏板块，换上好板块，大大缩短了故障修复时间。带电取下坏板块，换上好板块，大大缩短了故障修复时间。下一页上一页返回9.1 概述概述 （6）功能完善）功能完善 现代现代PLC具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通讯、人机对话、自检、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通讯、人机对话、自检、记录和显示功能，使设备控制水平大大提高。记录和显示功能，使设备控制水平大大提高。（7）便于实现机电一体化。）便于实现机电一体化。由于由于PLC的结构紧凑、体积小，所以容易装入机械设备的结构紧凑、体积

8、小，所以容易装入机械设备内部，实现机电一体化。微机内部，实现机电一体化。微机PLC容易装入仪表中，实现机容易装入仪表中，实现机电一体化。电一体化。（8）通信、网络技术趋于标准化，利于实现计算机网络控制。）通信、网络技术趋于标准化，利于实现计算机网络控制。下一页上一页返回9.1 概述概述 3 PLC的分类的分类 （1）按结构形式划分）按结构形式划分 按结构形式按结构形式PLC分为整体箱式和模块组合式两种。整体分为整体箱式和模块组合式两种。整体式式PLC是把各组成部分安装在少数几块印刷电路板上并同电是把各组成部分安装在少数几块印刷电路板上并同电源一起装配在一个壳体内形成一个整体。这种源一起装配在一

9、个壳体内形成一个整体。这种PLC结构简单，结构简单，节省材料，体积小，通常为小型节省材料，体积小，通常为小型PLC或低档或低档PLC。其。其I/O点点数固定且较少，使用不是很灵活。有时点数不够可再增加一数固定且较少，使用不是很灵活。有时点数不够可再增加一个只含有输入输出部分的扩展箱来扩充点数。与其相应，含个只含有输入输出部分的扩展箱来扩充点数。与其相应，含有有CPU主板的部分称为主机箱。主机箱与扩展箱之间由信号主板的部分称为主机箱。主机箱与扩展箱之间由信号电缆相连。电缆相连。下一页上一页返回9.1 概述概述（2）按控制规模分）按控制规模分 控制规模主要指控制开关量的出入点数及控制模拟量的控制规

10、模主要指控制开关量的出入点数及控制模拟量的模入、模出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数，但主要模入、模出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数，但主要以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于相当于816点。依这个点数，点。依这个点数，PLC可分为超小型机、小型可分为超小型机、小型机、中型机及大型机四种类型。机、中型机及大型机四种类型。下一页上一页返回9.1 概述概述超小型机，其超小型机，其I/O点数在点数在64以内，内存容量在以内，内存容量在2561000B之间；之间；小型机，其小型机，其I/O点数在点数在64256之间，内存容

11、量在之间，内存容量在13.6KB之间；之间；中型机，其中型机，其I/O点数在点数在2562048之间，内存容量在之间，内存容量在3.613KB之间；之间；大型机，其大型机，其I/O点数在点数在2048以上，内存容量在以上，内存容量在13KB以上。以上。下一页上一页返回9.1 概述概述 4 PLC的主要功能的主要功能 （1）顺序控制功能）顺序控制功能 是指用是指用PLC的与、或、非指令取代继电的与、或、非指令取代继电器触点串联、并联及其它各种逻辑连接，进行开关控制。器触点串联、并联及其它各种逻辑连接，进行开关控制。（2）运动控制功能）运动控制功能 是指通过高速计数模块和位置控制模块是指通过高速计

12、数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。等进行单轴或多轴控制。（3）过程控制功能）过程控制功能 是指通过是指通过PLC的智能的智能PID控制模块实现控制模块实现对温度、压力、速度、流量等流量参数的闭环控制。对温度、压力、速度、流量等流量参数的闭环控制。下一页上一页返回9.1 概述概述 （4）数据处理功能）数据处理功能 是指是指PLC进行数据传送、数据比较、数进行数据传送、数据比较、数据移位、数制转换、逄术运算与逻辑运算以及编译和译码等据移位、数制转换、逄术运算与逻辑运算以及编译和译码等操作。操作。（5）通讯联网功能）通讯联网功能 是指通过是指通过PLC之间的联网、之间的联网、PLC与上位与上

13、位计算机的链接等，实现远程计算机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以及完成控制或数据交换，以及完成规模较大系统的复杂控制。规模较大系统的复杂控制。（6）监控功能）监控功能 是指是指PLC能监视系统各部分运行状态和进程，能监视系统各部分运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可用于在线调整和修改控制程序中的计时器、计数器行；也可用于在线调整和修改控制程序中的计时器、计数器的设定值或强制置的设定值或强制置I/O状态。状态。下一页上一页返回9.1 概述概述 （7）步进控制功能）步进控制功能 是指用步进指令来实

14、现有多道加工工序是指用步进指令来实现有多道加工工序的控制，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。（8）定时、计数控制功能）定时、计数控制功能 是指用是指用PLC提供的定时器、计数提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。器和计数继电器。（9）数模转换功能）数模转换功能 是指通过是指通过D/A、A/D模块完成模拟量和模块完成模拟量和数字量之间的转换。数字量之间的转换。下

15、一页上一页返回9.1 概述概述9.1.2 数控机床数控机床PLC与外部信息的交换与外部信息的交换 1 机床至机床至PLC 机床侧的开关量信号通过机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入至单元接口输入至PLC中，中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所占除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所占PLC的地址均的地址均可由可由PLC程序设计者自行定义，如在程序设计者自行定义，如在SIEMENS 810系统中，系统中，机床侧的某一开关信号通过机床侧的某一开关信号通过I/O端子板输入至端子板输入至I/O模块中。模块中。设该开关信号用设该开关信号用I10.2来定义，在软键功能来定义，在软键功能DIAGN

16、OSIS的的PLC STATUS状态下，通过观察状态下，通过观察IB10的第的第2位位“0”或或“1”来获知该开关信号是否有效。来获知该开关信号是否有效。下一页上一页返回9.1 概述概述 2 PLC至机床至机床 PLC控制机床的信号通过控制机床的信号通过PLC的开关量输出接口传送到的开关量输出接口传送到机床侧，所有开关量输出信号的含义及所占用机床侧，所有开关量输出信号的含义及所占用PLC的地址均的地址均可由可由PLC程序设计者自行定义。如在程序设计者自行定义。如在SIEMENS 810系统中，系统中，机床侧某电磁阀的动作由机床侧某电磁阀的动作由PLC模块的输出信号来控制，设该模块的输出信号来控

17、制，设该信号用信号用Q1.4来定义。该信号通过来定义。该信号通过I/O模块和模块和I/O端子板输端子板输出至中间继电器线圈，继电器的触点又使电磁阀的线圈得电，出至中间继电器线圈，继电器的触点又使电磁阀的线圈得电，从而控制电磁阀的动作。同样，从而控制电磁阀的动作。同样，Q1.4信号可在信号可在PLC STATUS状态下，通过观察状态下，通过观察QB1的第的第4位位“0”或或“1”来获来获知该输出信号是否有效。知该输出信号是否有效。下一页上一页返回9.1 概述概述 3 CNC至至PLC CNC送至送至PLC的信息可由的信息可由CNC直接送入直接送入PLC的寄存器的寄存器中，所有中，所有CNC送至送

18、至PLC的信号含义和地址（开关量地址或寄的信号含义和地址（开关量地址或寄存器地址）均由存器地址）均由CNC厂家确定，厂家确定，PLC编程者只可使用，不可编程者只可使用，不可改变和增删。如数控指令的改变和增删。如数控指令的M.S.T功能，通过功能，通过CNC译码后直译码后直接送入接送入PLC相应的寄存器中。如在相应的寄存器中。如在SIEMENS 810系统中，系统中，M03指令经译码后，送入指令经译码后，送入FY27.3寄存器中。寄存器中。下一页上一页返回9.1 概述概述 4 PLC至至CNC PLC送至送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成，所的信息也由开关量信号或寄存器完成，所有有PLC

19、送至送至CNC的信号地址与含义由的信号地址与含义由CNC厂家确定，厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。如编程者只可使用，不可改变和增删。如SINUMERIK 810数控系统中数控系统中Q108.5为为PLC至至CNC的进给使能信号。的进给使能信号。图图9-1为内装式为内装式PLC输入输入/输出信息示意图。输出信息示意图。下一页上一页返回9.1 概述概述9.1.3 数控机床数控机床PLC的功能的功能 1 机床操作面板控制机床操作面板控制 将机床操作面板上的控制信号直接送入将机床操作面板上的控制信号直接送入PLC，以控制数，以控制数控系统的运行。机床操作面板上各类控制开关的功能可以参控

20、系统的运行。机床操作面板上各类控制开关的功能可以参阅具体的机床操作说明。阅具体的机床操作说明。2 机床外部开关输入信号控制机床外部开关输入信号控制 将机床侧的开关信号送入将机床侧的开关信号送入PLC，经逻辑运算后，输出给，经逻辑运算后，输出给控制对象。这些控制开关包括各类控制开关、行程开关、接控制对象。这些控制开关包括各类控制开关、行程开关、接近开关、压力开关和温控开关等。近开关、压力开关和温控开关等。下一页上一页返回9.1 概述概述 3 输出信号控制输出信号控制 PLC输出的信号经强电柜中的继电器、接触器，通过机输出的信号经强电柜中的继电器、接触器，通过机床侧的液压或气动电磁阀，对刀库、机械

21、手和回转工作台等床侧的液压或气动电磁阀，对刀库、机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还对冷却泵电动机、润滑泵电动机及电装置进行控制，另外还对冷却泵电动机、润滑泵电动机及电磁制动器进行控制。磁制动器进行控制。下一页上一页返回9.1 概述概述 4 伺服控制伺服控制 控制主轴和伺服进给驱动装置的使能信号，以满足伺服控制主轴和伺服进给驱动装置的使能信号，以满足伺服驱动的条件，通过驱动装置，驱动主轴电动机、伺服进给电驱动的条件，通过驱动装置，驱动主轴电动机、伺服进给电动机和刀库电动机等。动机和刀库电动机等。5 报警处理控制报警处理控制 PLC收集强电柜、机床侧和伺服驱动装置的故障信号，收集强电柜、机床

22、侧和伺服驱动装置的故障信号，将报警标志区中的相应报警标志位置位，数控系统便显示报将报警标志区中的相应报警标志位置位，数控系统便显示报警号及报警文本以方便故障诊断。警号及报警文本以方便故障诊断。下一页上一页返回9.1 概述概述 6 软盘驱动装置控制软盘驱动装置控制 有些数控机床用计算机软盘取代了传统的光电阅读机。有些数控机床用计算机软盘取代了传统的光电阅读机。通过控制软盘驱动装置，实现与数控系统进行零件程序、机通过控制软盘驱动装置，实现与数控系统进行零件程序、机床参数、零点偏置和刀具补偿等数据的传输。床参数、零点偏置和刀具补偿等数据的传输。7 转换控制转换控制 有些加工中心的主轴可以立有些加工中

23、心的主轴可以立/卧转换，当进行立卧转换，当进行立/卧转换卧转换时，时，PLC完成下述工作：（完成下述工作：（1）切换主轴控制接触器。（）切换主轴控制接触器。（2）通过通过PLC的内部功能，在线自动修改有关机床数据位。的内部功能，在线自动修改有关机床数据位。（3）切换伺服系统进给模块，并切换用于坐标轴控制的各种）切换伺服系统进给模块，并切换用于坐标轴控制的各种开关、按键等。开关、按键等。上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 9.2.1 PLC的结构组成的结构组成 1 硬件组成硬件组成 PLC是由中央处理器（是由中央处理器（CPU）、存储器、输入）、存

24、储器、输入/输出单输出单元（模块）、编程器、扩展接口、外设元（模块）、编程器、扩展接口、外设I/O接口和电源组成。接口和电源组成。PLC的硬件设备是通用的，便于用户按需要组合。的硬件设备是通用的，便于用户按需要组合。下一页 返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 1）中央处理器（）中央处理器（CPU）中央处理器是中央处理器是PLC的主要部分，是系统的核心。它通过的主要部分，是系统的核心。它通过输入模块（板）将现场的外设状态读入并按照用户程序去处输入模块（板）将现场的外设状态读入并按照用户程序去处理，根据处理结果通过输出模块去控制现场设备。理，根据处理结果通

25、过输出模块去控制现场设备。2）存储器）存储器 PLC的存储器用来存储程序和数据，分以下两部分：的存储器用来存储程序和数据，分以下两部分：下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 （1）系统程序存储器）系统程序存储器 系统程序存储器用以存放系统程序，包括系统管理程序、系统程序存储器用以存放系统程序，包括系统管理程序、监控程序、模块化应用功能子程序，以及对用户程序做编译监控程序、模块化应用功能子程序，以及对用户程序做编译处理的编译解释程序等。处理的编译解释程序等。（2）用户存储器）用户存储器 用户存储器随控制器的使用环境而定，随生产工艺的不用户存储器

26、随控制器的使用环境而定，随生产工艺的不同而变动。包括用户程序存储区及工作数据存储区。同而变动。包括用户程序存储区及工作数据存储区。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 3）输入）输入/输出单元（模块）（输出单元（模块）（I/O模块）模块）I/O模块是模块是CPU与现场用户与现场用户I/O设备之间联系的桥梁。设备之间联系的桥梁。PLC的输入模块用以接收和采集外设各类输入信号，（如从的输入模块用以接收和采集外设各类输入信号，（如从操作按钮、各种开关、数字拔码盘开关等送来的开关量；或操作按钮、各种开关、数字拔码盘开关等送来的开关量；或由电位器、传感

27、器等提供的模拟量），并将其转换成由电位器、传感器等提供的模拟量），并将其转换成CPU能能接受和处理的数据。接受和处理的数据。PLC的输出模块则是将的输出模块则是将CPU输出的控制输出的控制信息转换成外设所需要的控制信号去驱动控制对象（如接触信息转换成外设所需要的控制信号去驱动控制对象（如接触器、电磁阀、指示灯、调整装置等）。器、电磁阀、指示灯、调整装置等）。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 4）编程器编程器 编程器用于对用户程序的编制、编辑、调试检查，还可编程器用于对用户程序的编制、编辑、调试检查，还可以通过其键盘调用和显示以通过其键盘调

28、用和显示PLC内部的一些状态和系统参数实内部的一些状态和系统参数实现监控功能，一般编程器上有供编程用的各种功能键和数码现监控功能，一般编程器上有供编程用的各种功能键和数码显示灯，以及编程、监控转换开关等。它通过接口与显示灯，以及编程、监控转换开关等。它通过接口与CPU联联系，完成人机对话。系，完成人机对话。PLC在正常工作时可不需编程器，所以在正常工作时可不需编程器，所以编程器设计为独立部件，一般只在程序输入和检修时使用。编程器设计为独立部件，一般只在程序输入和检修时使用。因此，一台编程器可供多台因此，一台编程器可供多台PLC使用。使用。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程

29、控制器的结构组成和工作原理作原理 编编程程器器可可分分为为简简易易型型和和智智能能型型两两类类，前前者者只只能能连连机机编编程程，且且只只能能输输入入和和编编辑辑梯梯形形图图的的指指令令表表程程序序。但但简简易易编编程程器器价价格格便便宜宜，一一般般用用于于小小型型PLC编编程程，或或者者用用于于PLC控控制制系系统统的的现现场场调调试试和和检检修修。智智能能型型编编程程器器既既可可连连机机编编程程又又可可脱脱机机编编程程；既既可可输输入入指指令令表表程程序序又又可可直直接接生生成成和和编编辑辑梯梯形形图图程程序序，使使用用起来方便直观，但价格较高。起来方便直观，但价格较高。下一页上一页返回9

30、.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 5）扩展接口扩展接口 当用户的输入输出设备所需的当用户的输入输出设备所需的I/O点数超过了主机（基点数超过了主机（基本单元）的本单元）的I/O点数时，可用点数时，可用I/O扩展单元来加以扩展。扩展单元来加以扩展。I/O扩展接口就是用于扩展单元与基本单元之间的连接，它扩展接口就是用于扩展单元与基本单元之间的连接，它使得使得I/O点数的配置更为灵活。点数的配置更为灵活。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 6）外设外设I/O接口（通讯接口）接口（通讯接口）是指是指PLC主机与

31、其它主机与其它PC、上位计算机、外部设备及其它、上位计算机、外部设备及其它终端的连接口。终端的连接口。7）电源）电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电，经过整流、滤波、的电源是指将外部输入的交流电，经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足稳压等处理后转换成满足PLC的的CPU、存储器、输入输出接、存储器、输入输出接口等内部电子电路工作需要的直流电源电路或电源模块。输口等内部电子电路工作需要的直流电源电路或电源模块。输入、输出接口电路的电源彼此独立，以避免或减少电源间的入、输出接口电路的电源彼此独立，以避免或减少电源间的干扰。干扰。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的

32、结构组成和工作原理作原理2 软件组成软件组成 1）系统软件）系统软件 系统软件也称系统程序，是由系统软件也称系统程序，是由PLC生产厂家编制并固化生产厂家编制并固化在在ROM中与相应的硬件一起提供给用户的。系统软件是可用中与相应的硬件一起提供给用户的。系统软件是可用来管理、协调来管理、协调PLC各部分的工作，以发挥各部分的工作，以发挥PLC硬件的功能，硬件的功能，方便用户使用的通用程序。一般系统程序应包括以下功能：方便用户使用的通用程序。一般系统程序应包括以下功能：下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 （1）系统配置登记及初始化）系统配置登记

33、及初始化 不同的控制对象，不同的控制过程其不同的控制对象，不同的控制过程其PLC控制系统的配控制系统的配置不同，所以系统程序在置不同，所以系统程序在PLC上电或复位时首先对各模块进上电或复位时首先对各模块进行登记，分配地址。做初始化，为系统的运行做好准备。行登记，分配地址。做初始化，为系统的运行做好准备。（2）系统自诊断）系统自诊断 对对CPU、存储器、电源、存储器、电源、I/O模块进行故障诊断测试，模块进行故障诊断测试，若发现异常则停止执行用户程序，显示故障代码，等待处理。若发现异常则停止执行用户程序，显示故障代码，等待处理。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结

34、构组成和工作原理作原理 （3）命令识别与处理）命令识别与处理 操作人员通过键盘操作对操作人员通过键盘操作对PLC发出各种工作指令，系统发出各种工作指令，系统程序不断地监视键盘，接收每一个操作命令并加以解释，然程序不断地监视键盘，接收每一个操作命令并加以解释，然后按相应的指令去完成相应的操作，最后将结果显示给操作后按相应的指令去完成相应的操作，最后将结果显示给操作人员。人员。（4）用户程序编译）用户程序编译 用户使用用户使用PLC编写的工作程序送入编写的工作程序送入PLC后，首先要由系后，首先要由系统编译程序对其进行翻译，变成统编译程序对其进行翻译，变成CPU可以识别执行的指令码可以识别执行的指

35、令码程序后，才被送入用户程序存储器，同时还要对用户输入的程序后，才被送入用户程序存储器，同时还要对用户输入的程序进行语法检查，发现错误并返回提示信息。程序进行语法检查，发现错误并返回提示信息。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理（5）模块化程序及调用管理）模块化程序及调用管理 有些生产厂家为方便用户编程，向用户提供一些小程序有些生产厂家为方便用户编程，向用户提供一些小程序模块，每个模块都具有一定的功能和调用条件，用户需要时模块，每个模块都具有一定的功能和调用条件，用户需要时只须按调用软件进行调用即可，而不必另行编写。只须按调用软件进行调用即可

36、，而不必另行编写。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 2）应用软件应用软件 （1）PLC的编程语言的编程语言 PLC是专为工业生产过程的自动控制而开发的通用控制是专为工业生产过程的自动控制而开发的通用控制器，使用编程简单是它的一个突出优点。如同普通计算机一器，使用编程简单是它的一个突出优点。如同普通计算机一样，样，PLC也有其编译系统，它可以把一些文字符号和图形符也有其编译系统，它可以把一些文字符号和图形符号编译成机器代码，号编译成机器代码，PLC主要的编程语言有梯形图和语句表，主要的编程语言有梯形图和语句表，各厂家的编程语言只能在本厂的各

37、厂家的编程语言只能在本厂的PLC上使用。上使用。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 （2）PLC的指令系统的指令系统 PLC具有丰富的指令集，既可实现复杂的操作，又易于具有丰富的指令集，既可实现复杂的操作，又易于编程。这些指令可分为两类：基本指令和特殊功能指令。其编程。这些指令可分为两类：基本指令和特殊功能指令。其中基本指令是指直接对输入、输出点进行操作的指令，包括中基本指令是指直接对输入、输出点进行操作的指令，包括输入、输出和逻辑输入、输出和逻辑“与与”、“或或”、“非非”等。等。表表9-1、9-2分别为分别为SIEMENS数控系统中常用

38、的数控系统中常用的S7-200、S7-300的基本指令。有关的基本指令。有关S7-200、S7-300的指的指令系统请参阅相关手册。令系统请参阅相关手册。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理9.2.2 PLC的工作原理的工作原理 PLC控制是在硬件的支持下，通过执行反映控制要求的控制是在硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。这一点和计算机的工作原理是一致的。用户程序来实现的。这一点和计算机的工作原理是一致的。PLC采用循环扫描方式。采用循环扫描方式。循环扫描，就是采用对整个程序循环执行的工作方式。循环扫描，就是采用对整个程序循

39、环执行的工作方式。就是说，用户程序的执行不是从头到尾只执行一次，而是执就是说，用户程序的执行不是从头到尾只执行一次，而是执行完一次之后，又返回去执行第二次、第三次行完一次之后，又返回去执行第二次、第三次直至停机。直至停机。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 下面从下面从PLC工作过程的角度来加深认识工作过程的角度来加深认识PLC的工作原理。的工作原理。PLC的工作过程基本上是用户程序的执行过程，是在系的工作过程基本上是用户程序的执行过程，是在系统软件的控制下顺序扫描各输入点的状态，按用户逻辑解算统软件的控制下顺序扫描各输入点的状态，按用户逻

40、辑解算控制逻辑，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。除此控制逻辑，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。除此之外，为提高工作可靠性和及时接收外来的控制命令，在每之外，为提高工作可靠性和及时接收外来的控制命令，在每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信请求。整个扫描过程如通信请求。整个扫描过程如图图9-2所示。所示。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 1 自诊断自诊断 自诊断功能可使自诊断功能可使PLC系统防患于未燃，从而在发生故障系统防患于未燃，从而在发生故障时能尽快修

41、复。时能尽快修复。2 与外设通信与外设通信 自诊断正常后自诊断正常后PLC即扫描编程器、上位机等通信接口，即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便相应处理。如有通信请求便相应处理。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 3 输入现场状态输入现场状态 完成前两步工作后完成前两步工作后PLC便扫描各输入点，读入各点的状便扫描各输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通态和数据，如开关的通/断状态、断状态、A/D转换值、转换值、BCD码数据码数据等，并把这些状态值和数据写入已定义为输入状态表和数据等，并把这些状态值和数据写入已定义为输入状态表和数

42、据存储器的暂存单元，形成现场输入的存储器的暂存单元，形成现场输入的“输入过程映像输入过程映像”。下一页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 4 解算用户逻辑解算用户逻辑 即执行用户程序。一般是从用户程序存储器的最低地址即执行用户程序。一般是从用户程序存储器的最低地址（0000H）存放的第一条程序开始，在无跳转情况下按存储）存放的第一条程序开始，在无跳转情况下按存储器地址递增的方向顺序扫描用户程序，按用户程序进行逻辑器地址递增的方向顺序扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。下一

43、页上一页返回9.2 可编程控制器的结构组成和工可编程控制器的结构组成和工作原理作原理 5 输出结果输出结果 将本次扫描过程中解算逻辑的最新结果送到输出模块取将本次扫描过程中解算逻辑的最新结果送到输出模块取代前一次扫描解算的结果，也称为输出刷新。代前一次扫描解算的结果，也称为输出刷新。在依次完成上述五步操作后，在依次完成上述五步操作后，PLC又从自诊断开始进行又从自诊断开始进行下一次扫描。如此不断反复循环扫描，以实现对过程及设备下一次扫描。如此不断反复循环扫描，以实现对过程及设备的连续控制，直到收到停止命令，或遇到其它如停电、故障的连续控制，直到收到停止命令，或遇到其它如停电、故障等现象时才停止

44、工作。等现象时才停止工作。上一页返回9.3 数控机床可编程控制器的故障数控机床可编程控制器的故障诊断与维修诊断与维修9.3.1 可编程控制器的维护可编程控制器的维护 机器设备在一定工作环境下运行，总是要发生磨损甚至机器设备在一定工作环境下运行，总是要发生磨损甚至损坏。尽管损坏。尽管PLC是由各种半导体集成电路组成的精密电子设是由各种半导体集成电路组成的精密电子设备，而且在可靠性方面采取了很多措施，但由于所应用的环备，而且在可靠性方面采取了很多措施，但由于所应用的环境不同，将对境不同，将对PLC的工作产生较大的影响。因此，对的工作产生较大的影响。因此，对PLC进进行维护是十分必要的。行维护是十分

45、必要的。PLC维护的主要内容有：维护的主要内容有：下一页 返回9.3 数控机床可编程控制器的故障数控机床可编程控制器的故障诊断与维修诊断与维修 1 供电电源供电电源 在电源端子处测量电压变化是否在标准范围内。一般电在电源端子处测量电压变化是否在标准范围内。一般电压变化上限不超过压变化上限不超过110%供电电压，下限不低于供电电压，下限不低于80%供电供电电压。电压。2 外部环境外部环境 温度在温度在0550C范围内，相对湿度在范围内，相对湿度在85%以下，振动以下，振动幅度小于幅度小于0.5mm，振动频率为，振动频率为1055HZ，无大量灰尘、，无大量灰尘、盐分和铁屑。盐分和铁屑。下一页上一页

46、返回9.3 数控机床可编程控制器的故障数控机床可编程控制器的故障诊断与维修诊断与维修 3 安装条件安装条件 基本单元和扩展单元安装是否牢固，连接电缆的连接器基本单元和扩展单元安装是否牢固，连接电缆的连接器是否完全插入并旋紧，接线螺钉是否有松动，外部接线是否是否完全插入并旋紧，接线螺钉是否有松动，外部接线是否有损坏。有损坏。4 寿命元件寿命元件 对于接点输出继电器，电器寿命为：阻性负载寿命一般对于接点输出继电器，电器寿命为：阻性负载寿命一般为为30万次，感性负载则为万次，感性负载则为10万次。万次。下一页上一页返回9.3 数控机床可编程控制器的故障数控机床可编程控制器的故障诊断与维修诊断与维修

47、对于锂电池，要检查电压是否下降。由于存放用户程序对于锂电池，要检查电压是否下降。由于存放用户程序的随机存储器（的随机存储器（RAM）、计数器和具有保持功能的辅助继电）、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，一般锂电池的的工作寿命为器等均用锂电池保护，一般锂电池的的工作寿命为5年左右，年左右，当锂电池的电压逐渐降低到一定的限度时，当锂电池的电压逐渐降低到一定的限度时，PLC基本单元上基本单元上电池电压跌落指示灯亮，这就提示由锂电池支持的电压还可电池电压跌落指示灯亮，这就提示由锂电池支持的电压还可保留一周左右，必须更换锂电池。保留一周左右，必须更换锂电池。调换锂电池的步骤为：调换锂电池

48、的步骤为：下一页上一页返回9.3 数控机床可编程控制器的故障数控机床可编程控制器的故障诊断与维修诊断与维修（1）购置好锂电池、做好准备工作；）购置好锂电池、做好准备工作；（2）拆装之前，先把）拆装之前，先把PLC通电约通电约15 s（使作为存储器备用电（使作为存储器备用电源的电容充电，在锂电池断开后，该电容对源的电容充电，在锂电池断开后，该电容对RAM作短暂供电）作短暂供电）；（3）断开）断开PLC交流电源；交流电源；（4）打开基本单元的电池盖板；）打开基本单元的电池盖板；（5）从电池支架上取下旧电池，装上新电池；）从电池支架上取下旧电池，装上新电池；（6）盖上电池盖板。）盖上电池盖板。从取下

49、旧电池到换上新电池的时间要尽量短，一般不允从取下旧电池到换上新电池的时间要尽量短，一般不允许超过许超过3min。如果时间过长，用户程序将消失。如果时间过长，用户程序将消失。下一页上一页返回9.3 数控机床可编程控制器的故障数控机床可编程控制器的故障诊断与维修诊断与维修9.3.2 可编程控制器故障诊断可编程控制器故障诊断 1 可编程控制器故障的表现形式可编程控制器故障的表现形式 数控机床可编程控制器故障的表现形式为：数控机床可编程控制器故障的表现形式为：1）从从CNC故障报警可直接找到故障原因故障报警可直接找到故障原因 这种根据报警信息直接找到故障的数控机床，要求这种根据报警信息直接找到故障的数

50、控机床，要求CNC有非常完善的检测功能，有非常完善的检测功能，CNC与与PLC之间的通信功能非常强之间的通信功能非常强大，对数控维修人员来说，机床的故障诊断与维修变得越来大，对数控维修人员来说，机床的故障诊断与维修变得越来越直观。越直观。下一页上一页返回9.3 数控机床可编程控制器的故障数控机床可编程控制器的故障诊断与维修诊断与维修 2）有有CNC故障显示，但不反映故障的真正原因故障显示，但不反映故障的真正原因 一些数控机床的故障诊断功能不很完善，当出现故障，一些数控机床的故障诊断功能不很完善，当出现故障，CNC报警信息只能大概指出故障部位，有时报警信息只能大概指出故障部位，有时CNC报警信息