机床电气控制技模块七　可编程控制器及其应用学习教案

1、会计学1机床电气控制技模块机床电气控制技模块(m kui)七可编七可编程控制器及其应用程控制器及其应用第一页，共207页。n数控机床维修安全操作能力数控机床维修安全操作能力n数控机床电气线路试验能力数控机床电气线路试验能力n电气元件的识别电气元件的识别(shbi)能力能力n典型机床电气线路分析能力典型机床电气线路分析能力n典型数控装置应用能力典型数控装置应用能力n数控机床的维修管理能力数控机床的维修管理能力n数控机床驱动装置分析能力数控机床驱动装置分析能力nCA6140车床故障排除能力车床故障排除能力n具备自动控制系统分析能力具备自动控制系统分析能力 n 专业专业(zhuny)能力能力方法能力

2、方法能力社社会会能力能力n获取信息的能力获取信息的能力n资料收集整理能力资料收集整理能力n制定、实施工作计划的能力制定、实施工作计划的能力n工艺文件理解能力工艺文件理解能力n工作交接能力工作交接能力n检查、判断能力检查、判断能力n理论知识的运用能力理论知识的运用能力n独立分析的能力独立分析的能力 n沟通协调能力沟通协调能力n团队协作能力团队协作能力n语言表达能力语言表达能力n安全与自我保护能力安全与自我保护能力n基层生产组织能力基层生产组织能力n责任心与职业道德责任心与职业道德 课程培养目标课程培养目标第1页/共206页第二页，共207页。常用电动机及其应用常用电动机及其应用数控机床常用低压电

3、器数控机床常用低压电器电器控制基本环节电器控制基本环节典型机床电气控制典型机床电气控制可编程控制器及其应用可编程控制器及其应用自动控制基础自动控制基础数控机床驱动装置数控机床驱动装置数控机床电气控制概况数控机床电气控制概况数控装置结构与原理数控装置结构与原理典型控制系统典型控制系统数控机床维护与维修数控机床维护与维修电力拖动系统及其运动分析电力拖动系统及其运动分析正在正在(zhngzi)进行进行第2页/共206页第三页，共207页。单元(dnyun)一可编程控制器概况可编程控制器概况(gikung)第3页/共206页第四页，共207页。单元单元(dnyun)一可编程控制器概况一可编程控制器概况

4、单元学习目标单元学习目标掌握可编程控制掌握可编程控制(kngzh)(kngzh)器的功能及应用场合；器的功能及应用场合；了解可编程控制了解可编程控制(kngzh)(kngzh)器的分类及特点；器的分类及特点；了解可编程控制了解可编程控制(kngzh)(kngzh)器的发展趋势。器的发展趋势。单元学习内容单元学习内容 可编程控制可编程控制(kngzh)(kngzh)器（器（programmable controllerprogrammable controller），简称），简称PCPC，因早期主要应用于开，因早期主要应用于开关量的逻辑控制关量的逻辑控制(kngzh)(kngzh)，因此也称为，

5、因此也称为PLCPLC（programmable logic controllerprogrammable logic controller），即可编程），即可编程逻辑控制逻辑控制(kngzh)(kngzh)器。为不和个人计算机（器。为不和个人计算机（PCPC）相混淆，将可编程控制）相混淆，将可编程控制(kngzh)(kngzh)器简称为器简称为PLCPLC。现代的可编程控制。现代的可编程控制(kngzh)(kngzh)器是以微处理器为基础的、高度集成化的新型工业控制器是以微处理器为基础的、高度集成化的新型工业控制(kngzh)(kngzh)装置，是计算机技术与工业控制装置，是计算机技术与工业

6、控制(kngzh)(kngzh)技术相结合的产品。技术相结合的产品。第4页/共206页第五页，共207页。1 1、可编程控制器的产生、可编程控制器的产生(chnshng)(chnshng)及定义及定义2 2、可编程控制器的分类及特点、可编程控制器的分类及特点3 3、可编程控制器的特点、可编程控制器的特点4 4、可编程控制器的应用范围、可编程控制器的应用范围5 5、现代可编程控制器的发展趋势、现代可编程控制器的发展趋势目 录第5页/共206页第六页，共207页。一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生(chnshng)及定义及定义（1） 以往以往(ywng)(ywng)顺序型的生产过程控制主

7、要由继电器组成。在一个复杂的控制顺序型的生产过程控制主要由继电器组成。在一个复杂的控制系统中，可能要使用成百上千的继电器，如果控制工艺及要求发生变化，就必须系统中，可能要使用成百上千的继电器，如果控制工艺及要求发生变化，就必须改变继电器的硬件接线，改造工程巨大，不适应市场的激烈竞争。改变继电器的硬件接线，改造工程巨大，不适应市场的激烈竞争。1968 1968 年美国通年美国通用汽车公司（）公开招标研制新的工业控制器，并提出用汽车公司（）公开招标研制新的工业控制器，并提出1010条指标。条指标。 （）（） 编程方便，可现场修改程序。编程方便，可现场修改程序。 （）（） 维修方便，采用插件式结构。

8、维修方便，采用插件式结构。 （）（） 可靠性高于继电器控制装置。可靠性高于继电器控制装置。 （）（） 体积小于继电器控制装置。体积小于继电器控制装置。 （）（） 数据可直接送入管理计算机。数据可直接送入管理计算机。 （）（） 成本可与继电器控制装置竞争。成本可与继电器控制装置竞争。 （）（） 输入为市电。输入为市电。 （）（） 输出为市电，容量在输出为市电，容量在2A 2A 以上，可直接驱动电磁阀、接触器等。以上，可直接驱动电磁阀、接触器等。 （）（） 扩展时原系统改变最少。扩展时原系统改变最少。 （1010） 用户存储器大于用户存储器大于4KB4KB。第6页/共206页第七页，共207页。一

9、、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生(chnshng)及定义（及定义（2） 1969 1969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DECDEC）研制出世界第一台可编程控制器，并在）研制出世界第一台可编程控制器，并在GM GM 公司的生产线公司的生产线上试用成功。上试用成功。 从此，可编程控制器迅速发展起来。从此，可编程控制器迅速发展起来。19711971年，日本开始生产可编程控制器。年，日本开始生产可编程控制器。19731973年，西欧年，西欧也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从19741974年开始研制，年开始研制，19771977年开始

10、工业应用。年开始工业应用。 1987 1987年年2 2月，国际电工委员会颁布了可编程控制器标准草案的第三稿，该草案中对可编程月，国际电工委员会颁布了可编程控制器标准草案的第三稿，该草案中对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用控制器的定义是：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行而设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行(zhxng)(zhxng)逻辑运逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式

11、的输入和输出，算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。个整体、易于扩充其功能的原则设计。 定义强调了可编程控制器是进行数字运算的电子系统，能直接应用于工业环境下的计算机定义强调了可编程控制器是进行数字运算的电子系统，能直接应用于工业环境下的计算机；是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向；是以微处理器为基础，结合计算机

12、技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的用户的“自然语言自然语言”编程；是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置编程；是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。第7页/共206页第八页，共207页。二、可编程控制器的分类二、可编程控制器的分类(fn li)及特点（及特点（1） 按结构形式分类按结构形式分类 从组成结构形式上从组成结构形式上PLC PLC 分为整体式和模块式两类。分为整体式和模块式两类。 （1 1） 整体式结构。它的特点是将整体式结构。它的特点是将PLCPLC的基本部件，如的基本部件，如CPUCPU中央处理器、中央处理器、I I

13、O O接口、电源等都集成在一个机壳内，构成一个整体。整体式结构的接口、电源等都集成在一个机壳内，构成一个整体。整体式结构的 体积小，成本低，安装方便。体积小，成本低，安装方便。OMRONOMRON公司公司(n s)(n s)的的C20PC20P，C40PC40P，C60PC60P；三菱公司；三菱公司(n s)(n s)的的F1 F1 系列；西门子公司系列；西门子公司(n s)(n s)的的S7S7200200系列等都系列等都属于这种结构。属于这种结构。 （2 2） 模块式结构。这种结构的模块式结构。这种结构的PLCPLC由一些标准模块单元构成，如电源由一些标准模块单元构成，如电源模块、模块、C

14、PUCPU模块、模块、I IO O模块等。这些模块在功能结构上是相互独立的，可根模块等。这些模块在功能结构上是相互独立的，可根据具体的应用要求，选择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一据具体的应用要求，选择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的个完整的PLCPLC应用系统。应用系统。OMRONOMRON公司公司(n s)(n s)的的C200HC200H，C1000HC1000H，C2000HC2000H；西；西门子公司门子公司(n s)(n s)的的S7S7300300，S7S7400400等都属于这种结构。等都属于这种结构。第8页/共206页第九页，共207页。二、可

15、编程控制器的分类二、可编程控制器的分类(fn li)及特点（及特点（2） 按按I IO O点数和内存容量分类点数和内存容量分类 （1 1） 超小型超小型PLCPLC。I IO O点数小于点数小于6464点，内存容量在点，内存容量在256B256B1KB1KB。 （2 2） 小型小型PLCPLC。I IO O点数在点数在6565128128点，内存容量在点，内存容量在1 13.6KB3.6KB。小型和超小型。小型和超小型PLCPLC结构上一般是整体式的，主要用于中等容量的开关量控制结构上一般是整体式的，主要用于中等容量的开关量控制(kngzh)(kngzh)，具有逻辑运算、，具有逻辑运算、定时、

16、计数、顺控、通信等功能。定时、计数、顺控、通信等功能。 （3 3） 中型中型PLCPLC。I IO O点数在点数在129129512512点，内存容量在点，内存容量在3.63.613KB13KB。中型。中型PLCPLC增加了增加了数据处理能力，适用于小规模的综合控制数据处理能力，适用于小规模的综合控制(kngzh)(kngzh)系统。系统。 （4 4） 大型大型PLCPLC。I IO O点数在点数在513513896896点，内存容量在点，内存容量在13KB13KB以上。以上。 （5 5） 超大型超大型PLCPLC。I IO O点数在点数在896896点以上，内存容量在点以上，内存容量在13K

17、B13KB以上。大型和超大型以上。大型和超大型PLCPLC增强了编程终端的处理能力和通信能力，适用于大型分散控制增强了编程终端的处理能力和通信能力，适用于大型分散控制(kngzh)(kngzh)系统。系统。第9页/共206页第十页，共207页。三、可编程控制器的特点三、可编程控制器的特点(tdin)（1） 可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 PLC PLC生产厂家在硬件和软件上采取了一系列的抗干扰措施，如硬件上采用隔离和滤生产厂家在硬件和软件上采取了一系列的抗干扰措施，如硬件上采用隔离和滤波；软件上设置故障检测与诊断程序，使波；软件上设置故障检测与诊断程序，使PLCPLC稳定而可靠地

18、工作稳定而可靠地工作(gngzu)(gngzu)，平均故障间，平均故障间隔时间达几十万小时。隔时间达几十万小时。 适应性强，应用灵活适应性强，应用灵活 PLC PLC产品品种齐全，多数采用模块式结构，组合及扩展方便，可满足不同控制系统产品品种齐全，多数采用模块式结构，组合及扩展方便，可满足不同控制系统的要求。的要求。 编程简单，使用方便编程简单，使用方便 PLC PLC采用继电器控制形式的梯形图编程，直观易懂，便于电气技术人员的掌握。采用继电器控制形式的梯形图编程，直观易懂，便于电气技术人员的掌握。第10页/共206页第十一页，共207页。三、可编程控制器的特点三、可编程控制器的特点(tdin

19、)（2） 设计、安装、调试方便设计、安装、调试方便 PLC PLC中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元软元件件”，又用程序代替硬接线，安装接线工作量少。而，又用程序代替硬接线，安装接线工作量少。而PLCPLC的用户程序大部分的用户程序大部分可以在实验室进行模拟调试，因此，调试非常方便。可以在实验室进行模拟调试，因此，调试非常方便。 维修方便维修方便 PLC PLC有完善的自我诊断、履历情报存储及监视功能，维修人员可以根据有完善的自我诊断、履历情报存储及监视功能，维修人员可以根据其内部工作状态其内部工作状态(zhungti

20、)(zhungti)、通信状态、通信状态(zhungti)(zhungti)、异常状态、异常状态(zhungti)(zhungti)和和I IO O状态状态(zhungti)(zhungti)的显示，迅速查明故障，及时处理。的显示，迅速查明故障，及时处理。 功能完善功能完善 现代现代PLCPLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有有A AD D、D DA A 转换、数值运算、数据处理和过程控制等功能。转换、数值运算、数据处理和过程控制等功能。第11页/共206页第十二页，共207页。四、可编程控制器的应用四、可编程控制器

21、的应用(yngyng)范围范围（1） 开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制 这是这是PLCPLC最基本最基本(jbn)(jbn)、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统，实现、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制，可用于单机控制、多机群控、自动化生产线的控制等。逻辑控制、顺序控制，可用于单机控制、多机群控、自动化生产线的控制等。 位置控制位置控制 PLC PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，使制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，使运动控制更方便。运动控制更方便。 过程控制过程控制 过程控制是指对

22、温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC PLC 模拟量模拟量I IO O模块，实现模拟量与数字量之间的模块，实现模拟量与数字量之间的A AD D、D DA A转换，并对模拟量进行闭环转换，并对模拟量进行闭环PIDPID控制。控制。第12页/共206页第十三页，共207页。四、可编程控制器的应用四、可编程控制器的应用(yngyng)范围范围（2） 数据处理数据处理 现代的现代的PLCPLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，也具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，也能完成数据的采集、分

23、析和处理。能完成数据的采集、分析和处理。 通信联网通信联网 PLC PLC的通信包括的通信包括(boku)PLC(boku)PLC相互之间，相互之间，PLCPLC与上位计算机及与上位计算机及PLCPLC和其它智能设和其它智能设备之间的通信。备之间的通信。PLCPLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转换器系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转换器相连接构成网络，以实现信息的交换，并可构成相连接构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制集中管理、分散控制”的分布的分布式控制系统。式控制系统。第13页/共206页第十四页，共207页。五、现代五、现代(xin

24、di)可编程控制器的发展趋势可编程控制器的发展趋势（1） 现代现代PLCPLC的发展有两个主要趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强、价的发展有两个主要趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强、价格格(jig)(jig)更低的微小型更低的微小型PLCPLC方向发展；二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容方向发展；二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性、多功能方面发展。性、多功能方面发展。 大型网络化大型网络化 主要是朝主要是朝DCSDCS（集散控制）方向发展，使其具有（集散控制）方向发展，使其具有DCSDCS系统的一些功能。网络化系统的一些功能。网络化和强化通信能力是和强化通信能力是PLCPL

25、C发展的一个重要方面，向下将多个发展的一个重要方面，向下将多个PLCPLC、多个、多个I IO O 框架相连框架相连；向上与工业计算机、以太网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。；向上与工业计算机、以太网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。 多功能多功能 为了适应各种特殊功能的需要，各个公司陆续推出了多种智能模块。主要有为了适应各种特殊功能的需要，各个公司陆续推出了多种智能模块。主要有模拟量模拟量I IO O、PIDPID回路控制、通信控制、机械运动控制、高速计数、中断输入等，回路控制、通信控制、机械运动控制、高速计数、中断输入等，使过程控制的功能和实时性大为增强。使过程控制的功能和实时性大为

26、增强。第14页/共206页第十五页，共207页。五、现代五、现代(xindi)可编程控制器的发展可编程控制器的发展趋势（趋势（2） 高可靠性高可靠性 由于控制系统由于控制系统(xtng)(xtng)的可靠性日益受到重视，一些公司已将自诊断技的可靠性日益受到重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛地应用到现有产品中，推出高可靠性的冗余系术、冗余技术、容错技术广泛地应用到现有产品中，推出高可靠性的冗余系统统(xtng)(xtng)，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 好的兼容性好的兼容性 现代现代PLCPLC已不再是单个的、独立的

27、控制装置，而是整个控制系统已不再是单个的、独立的控制装置，而是整个控制系统(xtng)(xtng)中的一部分或一个环节。好的兼容性是中的一部分或一个环节。好的兼容性是PLCPLC深层次应用的重要保证深层次应用的重要保证。 小型化、低成本、简单易用小型化、低成本、简单易用 随着应用范围的扩大和用户投资规模的不同，小型化、低成本、简单易随着应用范围的扩大和用户投资规模的不同，小型化、低成本、简单易用的用的PLCPLC将广泛应用于各行各业，小型将广泛应用于各行各业，小型PLCPLC由整体结构向小型模块化结构发展由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性。，增加了配置的灵活性。 编程语言向高层

28、次发展编程语言向高层次发展 编程语言向高级语言方向发展，便于使用。编程语言向高级语言方向发展，便于使用。第15页/共206页第十六页，共207页。五、现代五、现代(xindi)可编程控制器的发展趋可编程控制器的发展趋势（势（3）思考与练习思考与练习 可编程控制器有哪些可编程控制器有哪些(nxi)(nxi)控制功能？控制功能？ 可编程控制器可以应用在哪些可编程控制器可以应用在哪些(nxi)(nxi)方面？方面？第16页/共206页第十七页，共207页。单元(dnyun)二可编程控制器的组成可编程控制器的组成(z chn)及及工作原理工作原理第17页/共206页第十八页，共207页。单元单元(dn

29、yun)一可编程控制器概况一可编程控制器概况单元学习目标单元学习目标了解整体式和模块式可编程控制器的基本了解整体式和模块式可编程控制器的基本(jbn)(jbn)组成及各部分作用；组成及各部分作用；掌握可编程控制器各工作过程的工作原理及特点；掌握可编程控制器各工作过程的工作原理及特点；了解可编程控制器各种编程语言的特点；了解可编程控制器各种编程语言的特点；掌握数控机床中可编程控制器的作用；掌握数控机床中可编程控制器的作用；了解数控机床内装式和独立式可编程控制器异同点。了解数控机床内装式和独立式可编程控制器异同点。单元学习内容单元学习内容 第18页/共206页第十九页，共207页。1 1、可编程控

30、制器的基本组成、可编程控制器的基本组成2 2、可编程控制器各组成部分的作用、可编程控制器各组成部分的作用3 3、可编程控制器的工作原理、可编程控制器的工作原理(yunl)(yunl)4 4、可编程控制器的编程语言、可编程控制器的编程语言5 5、数控机床的、数控机床的PLCPLC目 录第19页/共206页第二十页，共207页。一、可编程控制器的基本一、可编程控制器的基本(jbn)组成（组成（1） PLC PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用作控是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用作控制的计算机，因此它的组成部分与一般微机装

31、置类似。主要制的计算机，因此它的组成部分与一般微机装置类似。主要(zhyo)(zhyo)由中央处理单元、输入接由中央处理单元、输入接口、输出接口、存储器、电源、通信接口等部分组成。口、输出接口、存储器、电源、通信接口等部分组成。 整体式整体式PLCPLC的逻辑框图如图的逻辑框图如图7.17.1所示。所示。第20页/共206页第二十一页，共207页。一、可编程控制器的基本一、可编程控制器的基本(jbn)组成（组成（2）第21页/共206页第二十二页，共207页。一、可编程控制器的基本一、可编程控制器的基本(jbn)组成（组成（3） 模块模块(m kui)(m kui)式式PLCPLC的逻辑框图如

32、图的逻辑框图如图7.27.2所示。所示。 第22页/共206页第二十三页，共207页。二、可编程控制器各组成部分二、可编程控制器各组成部分(z chn b fn)的的作用（作用（1） 中央处理单元中央处理单元CPUCPU 与一般计算机一样，与一般计算机一样，CPUCPU是是PLCPLC的核心，它按的核心，它按PLCPLC中系统程序赋予的功能中系统程序赋予的功能指挥指挥PLCPLC进行工作，主要任务有：接收和存储从编程器键入的用户程序和数进行工作，主要任务有：接收和存储从编程器键入的用户程序和数据；通过据；通过I IO O 部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据部件接收现场的状态或

33、数据，并存入输入映像存储器或数据存储器；诊断存储器；诊断PLCPLC内部电路的故障和编程中的语法错误；逐条读取用户指令内部电路的故障和编程中的语法错误；逐条读取用户指令，并按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术，并按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术(sunsh)(sunsh)运算等；根据运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制。实现输出控制。第23页/共206页第二十四页，共207页。二、可编程控制器各组成部分二、可编程控制器各组成部分(z chn b fn)的作用的作用

34、（2） 存储器存储器 存储器主要用于存放存储器主要用于存放(cnfng)(cnfng)系统程序、用户程序和工作数据。系统程序、用户程序和工作数据。 系统程序完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、系统程序完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信和各种参数设定等功能。系统程序在通信和各种参数设定等功能。系统程序在PLCPLC使用过程中是不变的，由生产使用过程中是不变的，由生产厂家固化在厂家固化在PROMPROM存储器中。存储器中。 用户程序是指用户根据工程现场的生产过程和工艺要求而编写的应用程用户程序是指用户根据工程现场的生产过程和工艺要求而编写的应用程序，一般存

35、放序，一般存放(cnfng)(cnfng)于带有后备电池的于带有后备电池的SMOSSMOS静态静态RAMRAM、EPROMEPROM或或EEPROMEEPROM中中。 工作数据是工作数据是PLCPLC运行过程中需要经常存取、并且会随时改变的一些中间运行过程中需要经常存取、并且会随时改变的一些中间数据，为了适应随机存取的要求，它们一般存放数据，为了适应随机存取的要求，它们一般存放(cnfng)(cnfng)在在RAMRAM中。中。 可见，可见，PLCPLC所用存储器基本上由所用存储器基本上由PROMPROM、EPROMEPROM和和RAMRAM等组成。存储器总容等组成。存储器总容量的大小随量的大

36、小随PLCPLC类别或规模的不同而改变。类别或规模的不同而改变。第24页/共206页第二十五页，共207页。二、可编程控制器各组成部分二、可编程控制器各组成部分(z chn b fn)的作用的作用（3） 输入输出接口输入输出接口 输入输出接口是输入输出接口是PLCPLC与外部设备之间的桥梁。输入接口用来接收和采与外部设备之间的桥梁。输入接口用来接收和采集外部现场信号，并转换成标准的逻辑集外部现场信号，并转换成标准的逻辑(lu j)(lu j)电平；输出接口与执行元件电平；输出接口与执行元件相连，将相连，将PLCPLC内部信号转换成外部执行元件所要求的信号。根据信号性质分内部信号转换成外部执行元

37、件所要求的信号。根据信号性质分为数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块。为数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块。 编程器编程器 编程器是用来开发、调试、监控应用程序的特殊工具，可以是专用设备编程器是用来开发、调试、监控应用程序的特殊工具，可以是专用设备，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统，通过通信接口与，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统，通过通信接口与PLC PLC 相相连。连。第25页/共206页第二十六页，共207页。二、可编程控制器各组成部分二、可编程控制器各组成部分(z chn b fn)的作用的作用（4） 电源电源 PLC PLC配有开关式稳压电源，将外部提供的交

38、流电转换为配有开关式稳压电源，将外部提供的交流电转换为PLCPLC内部所需的直流电，有的还提供内部所需的直流电，有的还提供DC24DC24输出。电源单元一般有三路输出：一路供给输出。电源单元一般有三路输出：一路供给CPUCPU使用，另一路供给编程器接口使用，还有使用，另一路供给编程器接口使用，还有一路供给各种接口模板使用。一路供给各种接口模板使用。 扩展扩展(kuzhn)(kuzhn)接口接口 扩展扩展(kuzhn)(kuzhn)接口用于扩展接口用于扩展(kuzhn)(kuzhn)单元与基本单元的连接，使单元与基本单元的连接，使PLCPLC的配置更加灵活。的配置更加灵活。 智能智能I IO O

39、接口接口 智能接口模块是一个独立的计算机系统，它有自己的智能接口模块是一个独立的计算机系统，它有自己的CPUCPU、存储器、系统程序，能独立完、存储器、系统程序，能独立完成某种专用功能。成某种专用功能。第26页/共206页第二十七页，共207页。三、可编程控制器的工作三、可编程控制器的工作(gngzu)原理（原理（1） PLCPLC的工作方式和运行框图的工作方式和运行框图 PLC PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。CPUCPU从第一条指令从第一条指令(zhlng)(zhlng)开始，开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后

40、返回第一条指令按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令(zhlng)(zhlng)开始新的一轮开始新的一轮扫描。扫描。PLCPLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环。除执行用户程序外，在每次扫描过程中就是这样周而复始地重复上述的扫描循环。除执行用户程序外，在每次扫描过程中还要完成输入、输出处理工作。扫描一次所用的时间称为扫描周期或工作周期。还要完成输入、输出处理工作。扫描一次所用的时间称为扫描周期或工作周期。 PLC PLC工作的全过程可用图工作的全过程可用图7.37.3所示的运行框图来表示。整个运行可分为三部分：所示的运行框图来表示。整个运行可分为三部分：第27页/共2

41、06页第二十八页，共207页。三、可编程控制器的工作三、可编程控制器的工作(gngzu)原理（原理（2）第28页/共206页第二十九页，共207页。三、可编程控制器的工作三、可编程控制器的工作(gngzu)原理（原理（3） （1 1） 上电处理。机器上电后对上电处理。机器上电后对PLCPLC系统进行一次初始化工作系统进行一次初始化工作(gngzu)(gngzu)，包括硬件初始化，包括硬件初始化，I IO O模块配置检查、停电保持范围设定及其它初始化处模块配置检查、停电保持范围设定及其它初始化处理等。理等。 （2 2） 扫描过程。扫描过程。PLCPLC上电处理完成以后进入扫描工作上电处理完成以后

42、进入扫描工作(gngzu)(gngzu)过程。过程。先完成输入处理，其次完成与其它外设的通信处理，再进行时钟、特殊寄存先完成输入处理，其次完成与其它外设的通信处理，再进行时钟、特殊寄存器更新。当器更新。当CPUCPU处于处于STOPSTOP方式时，转入执行自诊断检查。当方式时，转入执行自诊断检查。当CPUCPU处于处于RUNRUN方式方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。 （3 3） 出错处理。出错处理。PLCPLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLCPLC自身自身的

43、动作是否正常。如检查出异常时，的动作是否正常。如检查出异常时，CPUCPU面板上的面板上的LEDLED及异常继电器会接通，及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPUCPU被强制为被强制为STOP STOP 方方式，停止所有的扫描。扫描周期与用户程序的长短和扫描速度有关，典型值式，停止所有的扫描。扫描周期与用户程序的长短和扫描速度有关，典型值为为1 1100ms100ms。第29页/共206页第三十页，共207页。三、可编程控制器的工作三、可编程控制器的工作(gngzu)原理（原理（4） PLCPLC的扫描工作过程的

44、扫描工作过程 当当PLCPLC处于正常运行时，不断地重复扫描过程。如果对远程处于正常运行时，不断地重复扫描过程。如果对远程I IO O特殊特殊(tsh)(tsh)模块和其它通信服务暂不考虑，扫描过程只剩下模块和其它通信服务暂不考虑，扫描过程只剩下“输入采样输入采样”、“程序执行程序执行”、“输出刷新输出刷新”三个阶段。图三个阶段。图7.47.4为为PLCPLC的扫描工作过程。的扫描工作过程。 （1 1） 输入采样阶段。输入采样阶段。CPUCPU扫描输入模板，并将各输入状态存入内存中各对应扫描输入模板，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像区的寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。的输入映像区

45、的寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。 （2 2） 程序执行阶段。根据程序执行阶段。根据PLCPLC梯形图程序扫描原则，梯形图程序扫描原则，CPUCPU按先左后右、先上按先左后右、先上后下的步序逐句扫描。当涉及输入、输出状态时，可在输入映像区后下的步序逐句扫描。当涉及输入、输出状态时，可在输入映像区中提取有关现场信息，在输出映像区中提取历史信息，并把处理结果存入输出映中提取有关现场信息，在输出映像区中提取历史信息，并把处理结果存入输出映像区。像区。第30页/共206页第三十一页，共207页。三、可编程控制器的工作三、可编程控制器的工作(gngzu)原理（原理（5） （3 3） 输出刷新阶段。

46、在用户程序执行完后，输出刷新阶段。在用户程序执行完后，CPUCPU将输出映像区中要输出的状将输出映像区中要输出的状态传送到输出数据寄存器，然后再通过输出模板的转换送去控制态传送到输出数据寄存器，然后再通过输出模板的转换送去控制(kngzh)(kngzh)现场的现场的有关执行元件。有关执行元件。第31页/共206页第三十二页，共207页。四、可编程控制器的编程语言四、可编程控制器的编程语言（1 1） PLC PLC提供的编程语言通常有三种：梯形图、语句表和功能图。提供的编程语言通常有三种：梯形图、语句表和功能图。 梯形图编程梯形图编程 梯形图是由电路接点和软继电器线圈按一定的逻辑关系构成的梯形网

47、络。每个梯形网络由梯形图是由电路接点和软继电器线圈按一定的逻辑关系构成的梯形网络。每个梯形网络由多个梯级组成，每个输出元素构成一个梯级，每个梯级可由多个支路组成。多个梯级组成，每个输出元素构成一个梯级，每个梯级可由多个支路组成。PLCPLC的梯形图从上的梯形图从上至下按行绘制，如图至下按行绘制，如图7.57.5所示。所示。 图中竖线类似继电器电路的电源线，称作母线图中竖线类似继电器电路的电源线，称作母线(mxin)(mxin)。每一行从左至右，左侧总是安排。每一行从左至右，左侧总是安排输入触点，并把并联触点多的支路靠近最左端，输出元素在最右端，每个编程元素应按一定的输入触点，并把并联触点多的支

48、路靠近最左端，输出元素在最右端，每个编程元素应按一定的规则加标字母和数字串。梯形图中流过的电流是规则加标字母和数字串。梯形图中流过的电流是“概念概念”电流，是满足输出执行条件的形象表电流，是满足输出执行条件的形象表示方式。示方式。第32页/共206页第三十三页，共207页。四、可编程控制器的编程语言四、可编程控制器的编程语言（2 2） PLC PLC提供的编程语言通常有三种：梯形图、语句表和功能提供的编程语言通常有三种：梯形图、语句表和功能图。图。 梯形图编程梯形图编程 梯形图是由电路接点和软继电器线圈按一定的逻辑关系构梯形图是由电路接点和软继电器线圈按一定的逻辑关系构成的梯形网络。每个梯形网

49、络由多个梯级组成，每个输出成的梯形网络。每个梯形网络由多个梯级组成，每个输出(shch)(shch)元素构成一个梯级，每个梯级可由多个支路组成。元素构成一个梯级，每个梯级可由多个支路组成。PLCPLC的梯形图从上至下按行绘制，如图的梯形图从上至下按行绘制，如图7.57.5所示。所示。 图中竖线类似继电器电路的电源线，称作母线。每一行从图中竖线类似继电器电路的电源线，称作母线。每一行从左至右，左侧总是安排输入触点，并把并联触点多的支路靠近左至右，左侧总是安排输入触点，并把并联触点多的支路靠近最左端，输出最左端，输出(shch)(shch)元素在最右端，每个编程元素应按一定元素在最右端，每个编程元

50、素应按一定的规则加标字母和数字串。梯形图中流过的电流是的规则加标字母和数字串。梯形图中流过的电流是“概念概念”电电流，是满足输出流，是满足输出(shch)(shch)执行条件的形象表示方式。执行条件的形象表示方式。第33页/共206页第三十四页，共207页。四、可编程控制器的编程语言四、可编程控制器的编程语言（3 3） 语句表编程语句表编程 语句表也称指令表。每一个语句语句表也称指令表。每一个语句包括语句序号、操作码（指令助记符包括语句序号、操作码（指令助记符）和数据。）和数据。 功能图编程功能图编程 顺序功能流程图（功能图）编程顺序功能流程图（功能图）编程是用功能图来表达一个顺序控制过程是用

51、功能图来表达一个顺序控制过程。图。图7.6 7.6 所示为钻孔的顺序功能流程所示为钻孔的顺序功能流程图的例子。方框中的数字代表顺序步图的例子。方框中的数字代表顺序步，每一步对应一个控制任务，每个顺，每一步对应一个控制任务，每个顺序步的步进条件以及执行序步的步进条件以及执行(zhxng)(zhxng)的功能写在方框右边。的功能写在方框右边。第34页/共206页第三十五页，共207页。五、数控机床五、数控机床(sh kn j chun)的的PLC（1） （一）（一） 数控机床数控机床PLC PLC 的控制对象的控制对象 数控机床的控制可分为两大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制，另一部分是数控机床

52、数控机床的控制可分为两大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制，另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。在分析加工过程的顺序控制。在分析PLCPLC、CNCCNC和机床的各部分信号之间的关系和机床的各部分信号之间的关系(gun x)(gun x)时，常把数时，常把数控机床分为控机床分为“CNC“CNC侧侧”和和“MT“MT侧侧”（即机床侧）（即机床侧） 两大部分。两大部分。“CNC“CNC侧侧” ” 包括包括CNCCNC系统的硬件和系统的硬件和软件以及与软件以及与CNCCNC系统连接的外围设备。系统连接的外围设备。“MT“MT侧侧”包括机械部分、辅助装置、机床操作面板、机包括机械部分、辅助装置、机床

53、操作面板、机床强电线路等。床强电线路等。PLCPLC处于处于CNCCNC和和MTMT之间，对之间，对CNCCNC侧和侧和MTMT侧的输入、输出信号进行处理。侧的输入、输出信号进行处理。 第35页/共206页第三十六页，共207页。五、数控机床五、数控机床(sh kn j chun)的的PLC（2） CNCCNC到到MTMT CNC CNC的输出数据经的输出数据经PLCPLC逻辑处理，通过逻辑处理，通过(tnggu)(tnggu)输入输出接口送至输入输出接口送至MTMT侧。侧。CNCCNC到机床的信号主要是到机床的信号主要是M M、S S、T T等功能代码。等功能代码。 S S功能的处理：在功能

54、的处理：在PLCPLC中可用中可用4 4位代码直接指定转速。位代码直接指定转速。 T T功能的处理：数控机床通过功能的处理：数控机床通过(tnggu)PLC(tnggu)PLC管理刀库，进行自动换刀。管理刀库，进行自动换刀。 M M功能的处理：功能的处理：M M功能是辅助功能，根据不同的功能是辅助功能，根据不同的M M代码，代码，PLCPLC可控制主轴的可控制主轴的正、反转和停止，主轴齿轮箱的换挡变速，主轴准停，切削液的开关，卡盘正、反转和停止，主轴齿轮箱的换挡变速，主轴准停，切削液的开关，卡盘的夹紧、松开，机械手的取刀、归刀等。的夹紧、松开，机械手的取刀、归刀等。 MTMT到到CNCCNC从

55、机床侧输入的开关量经从机床侧输入的开关量经PLCPLC逻辑处理传送到逻辑处理传送到CNCCNC装置中。机床侧传递给装置中。机床侧传递给PLCPLC的信号是机床操作面板上各开关、按钮等信息。的信号是机床操作面板上各开关、按钮等信息。第36页/共206页第三十七页，共207页。五、数控机床五、数控机床(sh kn j chun)的的PLC（3） （二）（二） 数控机床数控机床PLC PLC 的形式的形式 数控机床用数控机床用PLCPLC分为两大类：一分为两大类：一类是专为数控机床应用而设计制造的类是专为数控机床应用而设计制造的内装型内装型PLCPLC；另一类是那些输入输；另一类是那些输入输出接口技

56、术规范、输入输出点数、出接口技术规范、输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等程序存储容量以及运算和控制功能等均满足数控机床控制要求的独立型均满足数控机床控制要求的独立型PLCPLC。 内装型内装型PLCPLC 内装型内装型PLCPLC从属于从属于CNCCNC装置，装置，PLCPLC与与CNCCNC间的信号传递在间的信号传递在CNCCNC装置内部即装置内部即可实现。可实现。PLCPLC与与MTMT侧则通过侧则通过CNCCNC输入输入输出接口电路输出接口电路(dinl)(dinl)实现信号传送实现信号传送，如图，如图7.77.7所示。所示。第37页/共206页第三十八页，共207页。五、数

57、控机床五、数控机床(sh kn j chun)的的PLC（4） 内装型内装型PLCPLC实际上是实际上是CNCCNC装置带有装置带有PLCPLC功能，其性能指标是根据所从属的功能，其性能指标是根据所从属的CNCCNC系统的规格、性系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的，因此系统硬件和软件整体结构十分紧凑；内装型能、适用机床的类型等确定的，因此系统硬件和软件整体结构十分紧凑；内装型PLCPLC可与可与CNCCNC共共用用CPUCPU，也可单独使用，也可单独使用CPUCPU，不单独配备，不单独配备I IO O 接口接口(ji ku)(ji ku)，而使用，而使用CNCCNC系统本身的系统本身的I

58、 IO O接口接口(ji ku)(ji ku)；采用内装型；采用内装型PLCPLC结构，结构，CNCCNC系统可以具有某些高级控制功能，如梯形图编辑和传送系统可以具有某些高级控制功能，如梯形图编辑和传送功能等。功能等。 目前，世界上著名的目前，世界上著名的CNCCNC厂家生产的厂家生产的CNCCNC系统，大多开发了内装型系统，大多开发了内装型PLCPLC功能。功能。第38页/共206页第三十九页，共207页。五、数控机床五、数控机床(sh kn j chun)的的PLC（5）独立独立(dl)(dl)型型PLCPLC 又称通用型又称通用型PLCPLC。独立。独立(dl)(dl)型型PLCPLC独

59、立独立(dl)(dl)于于CNCCNC装置，具有完备的硬件和装置，具有完备的硬件和软件功能，能独立软件功能，能独立(dl)(dl)完成规定的控制任务。采用独立完成规定的控制任务。采用独立(dl)(dl)型型PLCPLC的数控机床的数控机床系统框图如图系统框图如图7.87.8所示。所示。 独立独立(dl)(dl)型型PLCPLC大多采用模块化结构，输入输出点数可以通过输入输出大多采用模块化结构，输入输出点数可以通过输入输出模块的增减灵活配置。模块的增减灵活配置。第39页/共206页第四十页，共207页。五、数控机床五、数控机床(sh kn j chun)的的PLC（6） 生产通用型生产通用型PL

60、CPLC的厂家很多，较常见的有的厂家很多，较常见的有SIEMENSSIEMENS公司公司SIMATIC S5SIMATIC S5、S7 S7 系列，系列，日本立石公司日本立石公司OMROM SYSMAC OMROM SYSMAC 系列，系列，FANUC FANUC 公司公司PMC PMC 系列，三菱公司系列，三菱公司FX FX 系列等。系列等。思考与练习思考与练习 PLCPLC由哪几部分组成？由哪几部分组成？ PLCPLC的扫描工作过程是怎样的？的扫描工作过程是怎样的？ 数控机床的数控机床的PLCPLC分为哪几类？各有什么特点？分为哪几类？各有什么特点？ 目前，世界上著名的目前，世界上著名的C