許衍彬　李愛超

摘 要：目前，可編程序控制器（PLC）廣泛應用于數(shù)控機床等工業(yè)控制中?？删幊绦蚩刂破魇且环N專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備和生產(chǎn)過程。組合機床是針對特定工件，進行特定加工而設(shè)計的一種高效率自動化專用加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時工作，并且具有自動循環(huán)的功能。組合機床通常由標準通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成，動力部件采用電動機驅(qū)動或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，由電氣系統(tǒng)進行工作自動循環(huán)的控制，是典型的機電或機電液一體化的自動加工設(shè)備。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器;數(shù)字控制;順序控制;操作指令;組合機床;自動循環(huán)

我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。

1 PLC和NC的關(guān)系

PLC用于通用設(shè)備的自動控制，稱為可編程控制器。PLC用于數(shù)控機床的外圍輔助電氣的控制，稱為可編程序機床控制器。因此，在很多數(shù)控系統(tǒng)中將其稱之為PMC（programmable machine tool controller）。數(shù)控系統(tǒng)有兩大部分，一是NC、二是PLC，這兩者在數(shù)控機床所起的作用范圍是不相同的。

2 PLC在數(shù)控機床中的應用形式

通常有兩種形式：一種稱為內(nèi)裝式;一種稱為獨立式。

內(nèi)裝式PLC也稱集成式PLC，采用這種方式的數(shù)控系統(tǒng)，在設(shè)計之初就將NC和PLC結(jié)合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內(nèi)部總線的基礎(chǔ)上進行的，因而有較高的較高交換速度和較寬的信息通道。它們可以共用一個CPU也可以是單獨的CPU這種結(jié)構(gòu)從軟硬件整體上考慮， PLC 和NC 之間沒有多余的導線連接， 增加了系統(tǒng)的可靠性， 而且NC 和PLC 之間易實現(xiàn)許多高級功能。PLC 中的信息也能通過CNC 的顯示器顯示， 這種方式對于系統(tǒng)的使用具有較大的優(yōu)勢。高檔次的數(shù)控系統(tǒng)一般都采用這種形式的PLC。獨立式PLC也稱外裝式PLC，它獨立于NC裝置，具有獨立完成控制功能的PLC。在采用這種應用方式式，可根據(jù)用戶自己的的特點，選用不同專業(yè)PLC廠商的產(chǎn)品，并且可以更為方便的對控制規(guī)模進行調(diào)整

3 PLC的特點

PLC是應社會生產(chǎn)而產(chǎn)生的，從一開始發(fā)展到現(xiàn)在一直是向可靠性高，抗干擾能力強、配套齊全，功能完善，適用性強易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎、系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造、體積小，重量輕，能耗低、對環(huán)境條件無要求、價格低廉等社會生產(chǎn)方面的要求發(fā)展。

工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性要求：平均故障間隔時間長;故障修復時間（平均修復時間）短任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：一、偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復正常，系統(tǒng)也隨之恢復正常。但對PLC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲的信息可能被破壞。二、永久性故障。由于元器件不可恢復的破壞而引起的故障。

4 PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床間的信息交換

相對于PLC，機床和NC就是外部。PLC與機床以及NC之間的信息交換，對于PLC的功能發(fā)揮，是非常重要的。PLC與外部的信息交換，通常有幾個部分;機床側(cè)至PLC：機床側(cè)的開關(guān)量信號通過I/O單元接口輸入到PLC中，除極少數(shù)信號外，絕大多數(shù)信號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)控機床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機床的功能和配置，對PLC程序和地址分配進行修改;PLC至機床：PLC的控制信號通過PLC的輸出接口送到機床側(cè)，所有輸出信號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;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的信號含義和地址（開關(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 等功能，通過CNC譯碼后直接送入PLC相應的寄存器中; PLC至CNC：PLC 送至CNC 的信息也由開關(guān)量信號或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC 廠家確定，PLC 編程者只可使用，不可改變和增刪。

5 PLC在數(shù)控機床中的工作流程

PLC在數(shù)控機床中的工作流程，通常的PLC工作流程基本上是一致的，分為以下幾個步驟：輸入采樣：輸入采樣，就是PLC以順序掃描的方式讀入所有輸入端口的信號狀態(tài)，并將此狀態(tài)，讀出輸入到映象寄存器中。當然，在程序運行周期中這些信號狀態(tài)是不會變化的，除非一個新的掃描周期的到來，并且原來端口信號狀態(tài)已經(jīng)改變，輸入到映象寄存器的信號狀態(tài)才會發(fā)生變化;程序執(zhí)行：程序執(zhí)行階段系統(tǒng)會對程序進行特定順序的掃描，并且同時讀出輸入映像寄存區(qū)、輸出映像寄存區(qū)的讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，在進行相關(guān)運算后，將運算結(jié)果存入輸出映像寄存區(qū)供輸出和下次運行使用;出刷新階段：在所指令執(zhí)行完成后，輸出映像寄存區(qū)的所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅(qū)動外部負載。

6 PCL的應用現(xiàn)狀

PLC在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應用也越來越多。在機床的實際設(shè)計和生產(chǎn)過程中，為了提高數(shù)控機床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。整機控制系統(tǒng)具有程序設(shè)計思路清晰、硬件電路簡單實用、可靠性高、抗干擾能力強，具有良好的性能價格比等顯著優(yōu)點，其軟硬件的設(shè)計思路可供礦企業(yè)的相關(guān)數(shù)控 床設(shè)計改造借鑒。

我國是一個機床生產(chǎn)和應用大國，但數(shù)控技術(shù)的應用水平還不高，嚴重制約著我國制造業(yè)水平的提高。國際上的相關(guān)開發(fā)計劃對我國的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，同時也帶來了機遇。采用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機床的運行可靠性，因而增加了設(shè)備的柔性，提高了設(shè)備的使用效率。

PLC的發(fā)展空間非常大。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應用于可編程序控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn);從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展;從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求;從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言;從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程序控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程序控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程序控制器的應用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程序控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

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