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1、数控机床电气控制数控机床电气控制第四章第四章 可编程序控制器（可编程序控制器（PLC）的工作原理）的工作原理第一节第一节 概述概述第二节第二节 PLC的组成与工作原理的组成与工作原理第三节第三节 数控机床数控机床PLC数控机床电气控制数控机床电气控制（1）了解可编程序控制器的基本组成和编程语言。）了解可编程序控制器的基本组成和编程语言。 （2）正确理解可编程序控制器的扫描工作方式、等效）正确理解可编程序控制器的扫描工作方式、等效电路，掌握可编程序控制器的工作原理。电路，掌握可编程序控制器的工作原理。（3）掌握数控机床中的可编程序控制器的形式、特点）掌握数控机床中的可编程序控制器的形式、特点和功
2、能。和功能。v本章重点：本章重点： 数控机床电气控制数控机床电气控制第一节第一节 概概 述述数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控制继电器控制数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控制 传统的生产机械自动控制装置传统的生产机械自动控制装置继电器控继电器控制系统制系统 优点优点结构简单、价格低廉、容易操作结构简单、价格低廉、容易操作 。缺点缺点体积庞大、生产周期长、接线复杂、故体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差障率高、可靠性及灵活性差 。应用应用比较适用于工作模式固定，控制逻辑简比较适用于工作模
3、式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。单等工业应用场合。 数控机床电气控制数控机床电气控制用户迫切用户迫切需要一种先进的自动控制装置一种先进的自动控制装置继电器控制系统继电器控制系统先进自动控制系统先进自动控制系统数控机床电气控制数控机床电气控制 美国通用汽车公司美国通用汽车公司(GM公司公司) 1968年提出年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下：如下：(1)(1)编程简单，可在现场修改和调试程序；编程简单，可在现场修改和调试程序；(2)(2)价格便宜，性价比高于继电器控制系统；价格便宜，性价比高于继电器控制系统；(3)(3)可靠性高于继电器
4、控制系统；可靠性高于继电器控制系统；(4)(4)体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少；体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少；(5)(5)能与计算机系统数据通信；能与计算机系统数据通信； 数控机床电气控制数控机床电气控制(6)(6)输入量是交流输入量是交流115115电压信号（美国电网电电压信号（美国电网电压是压是110V110V）；）；(7)(7)输出量是交流输出量是交流115115电压信号、输出电流在电压信号、输出电流在2A2A以上，能直接驱动电磁阀等；以上，能直接驱动电磁阀等；(8)(8)具有灵活的扩展能力；具有灵活的扩展能力；(9)(9)硬件维护方便，采用插入式模块结构；硬件维护方便，采
5、用插入式模块结构；(10)(10)用户存储器容量至少在用户存储器容量至少在4KB4KB以上。以上。 数控机床电气控制数控机床电气控制 1969年，美国数字设备公司（年，美国数字设备公司（DEC）根据上述要）根据上述要求研制出第一台可编程序控制器，型号为求研制出第一台可编程序控制器，型号为PDP-14 。数控机床电气控制数控机床电气控制一、一、PLC的定义的定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了统，专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可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻
6、辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。输出，控制各种类型机械的生产过程。 数控机床电气控制数控机床电气控制二、二、PLC的特点的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强 2.通用性好，组合灵活通用性好，组合灵活 3.编程简单，使用、维护方便编程简单，使用、维护方便 4.功能完善功能完善 ，适应面广，适应面广 5.减少控制系统设计及施工的工作量减少控制系统设计及施工的工作量 6.体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低 数控
7、机床电气控制数控机床电气控制三、三、PLCPLC的分类的分类1.1.按按I/O点数和功能分类点数和功能分类（1）超小型机超小型机：I/OI/O点数为点数为6464点以内，内存点以内，内存容量为容量为25625610001000字节；字节；（2）小型机小型机：I/OI/O点数为点数为6464256256，内存容量，内存容量为为1 13.6K3.6K字节；字节；（3）中型机：）中型机：I/O点数为点数为2562048，内存容，内存容量为量为3.613K字节；字节；数控机床电气控制数控机床电气控制（4）大型机：）大型机：I/O点数为点数为2048以上，内存容量以上，内存容量为为13K字节以上。字节以
8、上。 2. 按结构形式分类按结构形式分类 整体式结构整体式结构 模块式结构模块式结构 3. 按照使用情况分类按照使用情况分类 通用型通用型 专用型专用型数控机床电气控制数控机床电气控制四、四、PLC的应用的应用 1. 顺序控制顺序控制 PLC应用于单机控制、多机群控制、生产自应用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等。动线控制等。 2.运动控制运动控制 PLC采用专用的运动控制模块，对直线运动采用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可实现单轴、双轴、多轴位置控制。可实现单轴、双轴、多轴位置控制。 3.过程控制过程控制数
9、控机床电气控制数控机床电气控制PLCPLC能控制大量的物理参数，能控制大量的物理参数，PIDPID模块的提供模块的提供使使PLCPLC具有了闭环控制的功能。具有了闭环控制的功能。4.4.数据处理数据处理 PLCPLC与机械加工中的与机械加工中的CNCCNC设备紧密结合，实设备紧密结合，实现数字控制。现数字控制。 5.5.通信联网通信联网 PLCPLC的通信包括的通信包括PLCPLC之间、之间、PLCPLC和其他智能和其他智能控制设备之间的通信功能。控制设备之间的通信功能。 数控机床电气控制数控机床电气控制传送带生产线控制传送带生产线控制灌装及包装机械灌装及包装机械木材加工木材加工电梯控制电梯控
10、制空调控制空调控制纺织机械纺织机械印刷机械印刷机械数控机床电气控制数控机床电气控制第二节第二节 PLC的组成与工作原理的组成与工作原理 一、一、PLC的基本组成的基本组成 PLC是一种面向工业环境设计的专用计算是一种面向工业环境设计的专用计算机，它具有与一般计算机类似的结构，也是由机，它具有与一般计算机类似的结构，也是由硬件和软件所组成的。硬件和软件所组成的。 1.PLC的硬件结构的硬件结构 由中央处理单元由中央处理单元（CPU）、存储器、输入、存储器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。输出接口、编程器、电源等几部分组成。 数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控制数控机床电气控
11、制（1）CPU 主要作用是执行系统控制软件，从输入接口主要作用是执行系统控制软件，从输入接口读取各开关状态，根据梯形图程序进行逻辑处理，读取各开关状态，根据梯形图程序进行逻辑处理，并将处理结果输出到输出接口。并将处理结果输出到输出接口。（2 2）存储器）存储器 用来存储数据或程序的。用来存储数据或程序的。系统程序系统程序存储在只存储在只读存储器读存储器ROMROM中，中，应用程序应用程序即用户程序，一般存放即用户程序，一般存放在随机存储器在随机存储器RAMRAM中。中。 数控机床电气控制数控机床电气控制（3 3）I I/ /O O接口电路接口电路 输入接口作用：接收和采集输入信号。采输入接口作
12、用：接收和采集输入信号。采用光电耦合器进行隔离。用光电耦合器进行隔离。 输出接口电路作用：将内部电路输出的弱输出接口电路作用：将内部电路输出的弱电信号转换为现场需要的强电信号输出，以驱电信号转换为现场需要的强电信号输出，以驱动执行元件。动执行元件。 输出接口电路分类输出接口电路分类; ; 1 1）继电器输出）继电器输出数控机床电气控制数控机床电气控制 2 2）晶体管输出）晶体管输出 3 3）晶闸管输出）晶闸管输出 I I/ /O O接口作用：除了传递信号外，还有电接口作用：除了传递信号外，还有电平转换与隔离。平转换与隔离。 （4 4）编程器）编程器 1 1） 用来输入和编辑程序，也可用来监视用
13、来输入和编辑程序，也可用来监视PLCPLC运行时各编程元件的工作状态。运行时各编程元件的工作状态。数控机床电气控制数控机床电气控制 2 2）编程器分为）编程器分为 简易编程器简易编程器 智能型编程器智能型编程器（5 5）电源）电源 1 1）作用是把外部供应的电源变换成系统内部）作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。各单元所需的电源。 2 2）PLCPLC的电源一般采用开关电源。的电源一般采用开关电源。 3 3）驱动）驱动PLCPLC负载的电源一般由用户提供。负载的电源一般由用户提供。 数控机床电气控制数控机床电气控制2PLC软件软件 PLCPLC的软件分为系统软件和用户程序两大
14、部分。系的软件分为系统软件和用户程序两大部分。系统软件由统软件由PLCPLC制造商固化在机内，用以控制制造商固化在机内，用以控制PLCPLC本身的本身的运作。用户程序由运作。用户程序由PLCPLC的使用者编制并输入，用于控制的使用者编制并输入，用于控制外部被控对象的运行。外部被控对象的运行。（1 1）系统软件）系统软件 系统软件包括系统管理程序、用户指令解释程序系统软件包括系统管理程序、用户指令解释程序及标准程序模块等。及标准程序模块等。（2 2）用户程序）用户程序 用户程序是用户根据现场控制的需要，用用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLCPLC的编的编程语言编制的应用程序。程语言编制的应
15、用程序。 数控机床电气控制数控机床电气控制二、二、PLC的工作原理的工作原理数控机床电气控制数控机床电气控制扫描：扫描： 依次对各种规定的操作项目全部进行访问依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理。和处理。1. 扫描的概念扫描的概念扫描周期：扫描周期： 每扫描一个循环所用的时间，即从读入输每扫描一个循环所用的时间，即从读入输入状态到发出输出信号所用的时间称为扫描周入状态到发出输出信号所用的时间称为扫描周期。期。 数控机床电气控制数控机床电气控制2. PLC的工作过程的工作过程PLC工作过程是周期顺序循环扫描的工作过程。工作过程是周期顺序循环扫描的工作过程。数控机床电气控制数控机床电气控制（
16、1）输入采样阶段）输入采样阶段 扫描所有的输入端子，将各输入存入内存扫描所有的输入端子，将各输入存入内存中各对应的输入映像寄存器。此时，输入映像中各对应的输入映像寄存器。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段或输出寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段或输出阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论信号阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论信号如何变化其内容保持不变直到下一扫描周期的如何变化其内容保持不变直到下一扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。注意：注意：输入采样的状态保持一个扫描周期。输入采样的状态保持一个扫描周期。数控机床电气控制数控机床电气控制（2）程序执行阶段）程序执行阶段 当指令中涉及到输入、输出状态时，当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从从输入映像寄存器中输入映像寄存器中“读入读入”上一阶段采样的对应上一阶段采样的对应输入端子状态。从输出映像寄存器输入端子状态。从输出映像寄存器“读入读入”对应对应输出映像寄存器的当前状态。然后，进行相应的输出映像寄存器的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入输出映像寄存器中
