第四讲 数控机床的可编程序控制器
第四讲 数控机床的可编程序控制器
在这一讲，我们一起学习 可编程序控制器的结构及工作原理 可编程序控制器的指令与编程
◼ 在这一讲，我们一起学习 ◼ 可编程序控制器的结构及工作原理 ◼ 可编程序控制器的指令与编程
一、】 可编程序控制器的产生与发展 早期的电气控制是采用继电器一接触器逻辑控制，这种 控制装置具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点， 在工业生产中应用很广。但是，这些控制装置体积大、 动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是传统的继电 器一接触器控制采用的是固定接线方式，一旦生产过程 有所变动，就得重新设计线路和连线安装，不利于产品 的更新换代
◼ 一、可编程序控制器的产生与发展 ◼ 早期的电气控制是采用继电器—接触器逻辑控制，这种 控制装置具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点， 在工业生产中应用很广。但是，这些控制装置体积大、 动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是传统的继电 器—接触器控制采用的是固定接线方式，一旦生产过程 有所变动，就得重新设计线路和连线安装，不利于产品 的更新换代
于是，有人设想把计算机的功能完善、通用灵活的优点 与继电接触器控制简单易懂、操作方便、价格便宜等优 点结合起来，制成一种通用控制装置，以取代原有的继 电器控制柜。终于，美国数字设备公司根据以上设想和 要求，在1969年研制出第一台可编程序控制器，型号为 PDP14,在通用汽车公司的汽车生产线上首次应用，并 获得了成功。由于当时只是用它来取代继电接触器控制 功能限于逻辑运算、计时、计数等，所以称之为“可编 程逻辑控制器(PLC)
◼ 于是，有人设想把计算机的功能完善、通用灵活的优点 与继电接触器控制简单易懂、操作方便、价格便宜等优 点结合起来，制成一种通用控制装置，以取代原有的继 电器控制柜。终于，美国数字设备公司根据以上设想和 要求，在1969年研制出第一台可编程序控制器，型号为 PDP-14，在通用汽车公司的汽车生产线上首次应用，并 获得了成功。由于当时只是用它来取代继电接触器控制， 功能限于逻辑运算、计时、计数等，所以称之为“可编 程逻辑控制器（PLC）”
1985年1月，国际电工委员会又对可编程序控制器作了 如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系 统，专为工业环境生产应用而设计。它采用可编程序的 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，并通过数字式或 模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过 程 目前，PLC正朝着两个方向发展。其一是向大型化、快 速、高功能方面发展，以取代工业计算机的部分功能 其二是向小型化、专用化、成本低方向发展，以真正成 为继电器的替代品。PLC总的发展趋势就是：功能越来 越强，使用越来越方便，而性能价格比又不断地提高。 可见，PLC的发展方兴未艾，前景十分可观
◼ 1985年1月，国际电工委员会又对可编程序控制器作了 如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系 统，专为工业环境生产应用而设计。它采用可编程序的 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，并通过数字式或 模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过 程” 。 ◼ 目前，PLC正朝着两个方向发展。其一是向大型化、快 速、高功能方面发展，以取代工业计算机的部分功能。 其二是向小型化、专用化、成本低方向发展，以真正成 为继电器的替代品。PLC总的发展趋势就是：功能越来 越强，使用越来越方便，而性能价格比又不断地提高。 可见，PLC的发展方兴未艾，前景十分可观
二、可编程序控制器的基本结构 PLC是一种面向工业环境设计的专用计算机系统，它与 般计算机的结构类似，也是由硬件和软件所组成的。 1.PLC的硬件结构 PLC内部硬件结构框图如图6.1所示。由中央处理单元 CPU)、存储器、输入/输出接口、编程器、 电源等几 部分组成。 行程开关 CPU 接触器 输 按钮 存储器 输出接口 口 指示灯 电源 编程器或其他设备 图6.1PLC的硬件结构框图
◼ 二、可编程序控制器的基本结构 ◼ PLC是一种面向工业环境设计的专用计算机系统，它与 一般计算机的结构类似，也是由硬件和软件所组成的。 ◼ 1.PLC的硬件结构 ◼ PLC内部硬件结构框图如图6.1所示。由中央处理单元 （CPU）、存储器、输入/输出接口、编程器、电源等几 部分组成。 图6.1 PLC的硬件结构框图
1)中央处理单元(CPU) 中央处理单元CPU是PLC的 核心，其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，并将处 理结果输出到输出接口。 2)存储器 PLC的存储器是用来存储数据或程序的。 存储器中的程序包括系统程序和应用程序。 3)/O接口电路 I/0(输入/接口)接口是CPU与现场/0 设备联系的桥梁 输入接口接收和采集输入信号。数字量（或称开关量） 输人接口用来接收从按钮、开关、限位开关、接近开关 压力继电器等来的数字量输入信号：模拟量输入接口用 来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变 化的模拟量电流电压信号。PLC的输入接口电路见图6.2 为防止各种干扰信号和高电压信号，输入接口一般要加 光电耦合器进行隔离，图62中VL2就是光电耦合器
◼ 1）中央处理单元（CPU） 中央处理单元CPU是PLC的 核心，其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，并将处 理结果输出到输出接口。 ◼ 2）存储器 PLC的存储器是用来存储 数据或程序的。 存储器中的程序包括系统程序和应用程序。 ◼ 3）I/O接口电路 I/0（输入/接口）接口是CPU与现场I/0 设备联系的桥梁。 ◼ 输入接口接收和采集输入信号。数字量（或称开关量） 输人接口用来接收从按钮、开关、限位开关、接近开关、 压力继电器等来的数字量输入信号；模拟量输入接口用 来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变 化的模拟量电流电压信号。PLC的输入接口电路见图6.2。 ◼ 为防止各种干扰信号和高电压信号，输入接口一般要加 光电耦合器进行隔离，图6.2 中VL2就是光电耦合器
+24V R +5V 部 R +5V R 至内部 开 电路 L1中 R3 至内部 电路 VL2 24V VL2 外部 开关 a) b) 外部 开关 ci R +5V 交流 +120V 本 至内部 R 电路 VL2 R c) 图6.2PLC的输入接口电路
图6.2 PLC的输入接口电路
现在以图6.2b)为例简要说明以下开关信号输入的原理 当外部开关打开时，光电耦合器VL2中的发光二极管没 有电流流过，光敏三极管处于结止状态，所以电路输 出高电平到PLC内部电路。若外部开关关闭，大家可以 看到：光电耦合器VL2中的发光二极管所在的回路有电 流流过，发光二极管驱动光敏三极管处于饱和导通状 态，电路输出低电平到PLC内部电路
◼ 现在以图6.2 b)为例简要说明以下开关信号输入的原理： 当外部开关打开时，光电耦合器VL2中的发光二极管没 有电流流过，光敏三极管处于结止状态，所以电路输 出高电平到PLC内部电路。若外部开关关闭，大家可以 看到：光电耦合器VL2中的发光二极管所在的回路有电 流流过，发光二极管驱动光敏三极管处于饱和导通状 态，电路输出低电平到PLC内部电路
负载 OM CO 國料 负载 COM a b) 图6.3PLC的输出接口电路 刚才我们分析了输入接口电路，那么，输出接口电路 将内部电路输出的弱电信号转换为控制现场需要的强 电信号输出，以驱动执行元件。数字量输出模块用来 控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯等开关量输出 设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等连 续控制的执行装置。PLC的各种输出接口电路见图6.3 输出接口电路分为继电器输出、晶体管输出和晶闸管 输出三种形式，目前，采用继电器输出方式较多
图6.3 PLC的输出接口电路 ◼ 刚才我们分析了输入接口电路，那么，输出接口电路 将内部电路输出的弱电信号转换为控制现场需要的强 电信号输出，以驱动执行元件。数字量输出模块用来 控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯等开关量输出 设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等连 续控制的执行装置。 PLC的各种输出接口电路见图6.3。 输出接口电路分为继电器输出、晶体管输出和晶闸管 输出三种形式，目前，采用继电器输出方式较多