數(shù)控機(jī)床plc_plc在數(shù)控機(jī)床中的作用_plc在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

　　PLC介紹

　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC主要有CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖所示。有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來(lái)完成對(duì)操作面板、機(jī)床外部開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)、輸出信號(hào)等的控制功能

　　1、CPU模塊

　　CPU的模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦，他不斷采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存續(xù)乎其用來(lái)儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)。

　　2、I/O模塊

　　輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡(jiǎn)稱I/O模塊，他們相當(dāng)于系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。

　　輸入模塊用來(lái)接収和采集輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸入模塊用來(lái)接収從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等過(guò)來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來(lái)接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變速器的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號(hào)。

　　開(kāi)關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。

　　CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC的輸入/輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流24V和交流220V。從外部引入的尖峰電流和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模塊中用光耦合器、光電晶閘管、小型繼電器的器件來(lái)隔離PLC內(nèi)部電路和外部I/O電路，I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。

　　3、編程器

　　編程器是PLC必不可少的重要外部設(shè)備。編程器將用戶所希望的功能通過(guò)編程語(yǔ)言送到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。編程器不僅能對(duì)程序進(jìn)行寫入、讀出、修改，還能對(duì)PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也是用戶與PLC之間進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的界面。手持編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫指令編程器。它的體積小，價(jià)格便宜，一般用來(lái)給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。

　　使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)的屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以不同編程語(yǔ)言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC ，也可以將PLC的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。

　　4、電源

　　PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為各模塊提供DC5V，正負(fù)12V，24V等直流電源。小型PLC一般都可以作為輸入電路和外部的電子傳感器（如接近開(kāi)關(guān)）提供24V直流電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。

　　PLC在數(shù)控機(jī)床中的發(fā)展方向

　　1、國(guó)內(nèi)外PLC的現(xiàn)狀

　　目前，全世界約有PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。全球PLC發(fā)運(yùn)件數(shù)1998年為1456萬(wàn)件，1999年為1620萬(wàn)件，2000年達(dá)到1778萬(wàn)件。在1995年發(fā)運(yùn)的PLC中，按最終用戶分：汽車占23％，糧食加工占16.4%，化學(xué)藥品占14.6%金屬、礦山占11.5％，紙漿、造紙占11.3％，其他占23.2％，PLC逐漸成為占自動(dòng)化裝置及過(guò)程控制系統(tǒng)最大市場(chǎng)份額的產(chǎn)品。2000年P(guān)LC的銷售額在控制市場(chǎng)份額中超過(guò)50％。在全球PLC制造商中，世界PLC主要生產(chǎn)廠家分別是Siemens（西門子）公司、Allen-Bradley（A—B）公司、Schneider（施耐德）公司、Mitsubishi（三菱）公司、Omron（歐姆龍）公司，他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。

　　我國(guó)的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型PLC已批量生產(chǎn)，中型PLC已有產(chǎn)品，大型PLC已經(jīng)開(kāi)始研制。有的產(chǎn)品不僅供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，而且還有出口。國(guó)內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，但是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率不超過(guò)10％，另一方面，國(guó)產(chǎn)PLC許多仍停留在全套引進(jìn)或以仿制為主的階段上，這種方式在研究開(kāi)始是必要的，但是停留在這個(gè)水平上是絕對(duì)不可取的。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在價(jià)格上占有明顯的優(yōu)勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)PLC的發(fā)展有一定的基礎(chǔ)。但從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，我國(guó)自主研制及引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的PLC大都屬于中低檔產(chǎn)品，至今沒(méi)有形成主流產(chǎn)品和完整的系列產(chǎn)品。

　　2、PLC的發(fā)展趨勢(shì)

　　自60年代未引入PLC技術(shù)以來(lái)，PLC由最初的只能處理丌關(guān)量而發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù)，以后又與其他技術(shù)相結(jié)合，利用其不同的性能和特點(diǎn)，相互滲透和融合、集成以及網(wǎng)絡(luò)化，構(gòu)成各種新型的自動(dòng)控制系統(tǒng)，以滿足各種自動(dòng)控制的要求?？傮w來(lái)講，PLC的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　?。?）微型、小型PLC功能明顯增強(qiáng)

　　很多有名的PLC廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的PLC。三菱的FXOSl4（8個(gè)24VDC輸入，6個(gè)繼電器輸出），其尺寸僅為58mmx89mm，僅大于信用卡幾個(gè)毫米，而功能卻有所增強(qiáng)，使PLC的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到遠(yuǎn)離工業(yè)控制的其它行業(yè)，如快餐廳、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等，甚至引入家庭住宅、娛樂(lè)場(chǎng)所和商業(yè)部門。

? ? ? （2）向開(kāi)放型轉(zhuǎn)變，編程語(yǔ)言多樣化

　　傳統(tǒng)PLC存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開(kāi)放的，絕大多數(shù)的PLC是專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，編程雖多為梯形圖，但各公司的組態(tài)、尋址、語(yǔ)文結(jié)構(gòu)不一致，使各種PLC互不兼容。國(guó)際電工協(xié)會(huì)（IEC）在1993年頒布了《可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)》，為各PLC廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路。我國(guó)也在1995按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定了可編程控制器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。《可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了5種編程語(yǔ)言（我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中也遵守此規(guī)定）：梯形圖（LD，美、日），順序功能圖（SFC，歐洲），功能塊圖（FBD，歐洲），結(jié)構(gòu)文本（ST）和指令表（IL德、曰）。為適合不同應(yīng)用場(chǎng)合和不同國(guó)家應(yīng)用習(xí)慣的要求，允許在同一個(gè)PLC程序中使用多種編程語(yǔ)言。

　?。?）向集成化、通訊化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

　　由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使PLC向集成化方向發(fā)展，并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)化通信能力是PLC的重要發(fā)展方向。尤其是以PC為基礎(chǔ)的控制產(chǎn)品增長(zhǎng)率最快。PLC與PC集成，即將計(jì)算機(jī)、PLC及操作人員的人一機(jī)接口結(jié)合在一起，使PLC能利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，而計(jì)算機(jī)能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以PC機(jī)為基礎(chǔ)的控制方法使得用戶編程更加方便，而且提供開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需要選擇各類、各廠家的PLC或I/O設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，從而可以降低生成成本和提高生產(chǎn)率。

　?。?）PLC的新進(jìn)展——軟PLC

　　計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)又耿得了一系列新的進(jìn)展。目前有許多工業(yè)用自動(dòng)控制產(chǎn)品、機(jī)電一體化產(chǎn)品開(kāi)始轉(zhuǎn)向以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的控制方式。德國(guó)工業(yè)界最新推出了以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的SOFTPLC，可以說(shuō)是這方面的優(yōu)秀代表。軟PLC又有人稱作“PCPLC”、“嵌入式PLC”，顧名思義，軟PLC實(shí)際利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能。SOFTPLC最大的優(yōu)勢(shì)是具備柔性擴(kuò)展能力，用戶可以選擇不同廠家生產(chǎn)的各種硬件產(chǎn)品，充分利用每一軟件的最佳特性，組成最佳的控制系統(tǒng)。同時(shí)與硬件的連接也十分方便。有很多的I／O卡可以直接內(nèi)連接到SOFTPLC計(jì)算機(jī)總線上。從而在軟、硬件兩方面可以達(dá)到工控機(jī)和PLC性能的完美結(jié)合，方便了性能擴(kuò)展和人機(jī)交流，是PLC未來(lái)的一大發(fā)展趨勢(shì)。

　　PLC在數(shù)控機(jī)床中的作用

　　1、PLC是數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床間的信息交換的橋梁

　　相對(duì)于PLC，機(jī)床和CNC就是外部， PLC與機(jī)床以及CNC之間的信息交換，對(duì)于PLC的功能發(fā)揮，是非常重要的。PLC與外部的信息交換，通常有四個(gè)部分：

　?。?）機(jī)床側(cè)至PLC：機(jī)床側(cè)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)I/O單元接口輸入到PLC中，除極少數(shù)信號(hào)外，絕大多數(shù)信號(hào)的含義及所配置的輸入地址，均可由PLC程序編制者或者是程序使用者自行定義。數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機(jī)床的功能和配置，對(duì)PLC程序和地址分配進(jìn)行修改。

　?。?）PLC至機(jī)床：PLC的控制信號(hào)通過(guò)PLC的輸出接口送到機(jī)床側(cè)，所有輸出信號(hào)的含義和輸出地址也是由PLC程序編制者或者是使用者自行定義。 （3）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的信號(hào)含義和地址（開(kāi)關(guān)量地址或寄存器地址） 均由CNC 廠家確定，PLC編程者只可使用不可改變和增刪。如數(shù)控指令的M、S、T 功能，通過(guò)CNC譯碼后直接送入PLC相應(yīng)的寄存 器中。

　?。?） PLC至CNC：PLC 送至CNC 的信息也由開(kāi)關(guān)量信號(hào)或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號(hào)地址與含義由CNC 廠家確定，PLC 編程者只可使用，不可改變和增刪。

　　2、PLC在數(shù)控機(jī)床中的某些控制功能

　?。?）對(duì)操作面板的控制。操作面板分為系統(tǒng)操作面板和機(jī)床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號(hào)先是進(jìn)入CNC，再由CNC送到PLC，來(lái)控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。而機(jī)床操作面板控制信號(hào)，是直接進(jìn)入PLC，從而控制機(jī)床的運(yùn)行。 （2）控制機(jī)床外部開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)。機(jī)床側(cè)的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入到PLC，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。這些開(kāi)關(guān)信號(hào)，包括很多檢測(cè)元件信號(hào)。

　?。?）對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行控制：PLC輸出信號(hào)經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對(duì)象。

　　（4）功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)給出T指令到PLC，經(jīng)過(guò)譯碼，會(huì)在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼指定的刀號(hào)，并與主軸刀號(hào)來(lái)比較。如果不符合，會(huì)發(fā)出換刀指令，刀具換刀，換刀完成后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出完成信號(hào)。

　?。?）M功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)給出M指令到PLC，經(jīng)過(guò)譯碼，輸出控制信號(hào)，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)停止等等。M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號(hào)。