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四、可編程邏輯控制器
(一)PLC概述
1.PLC 的組成
PLC 實質上是一種工業控制計算機,它包括硬件和軟件兩部分。
PLC 硬件包括基本組成部分、I/O擴展部分和外部設備三大部分。
基本組成部分是構成PLC的最小系統,包括CPU及存儲器、輸入接口、輸出接口、電源等。
(1)基本組成部分包括
①CPU:輸入輸出處理、程序解算、通訊處理等
②存儲器:其中系統存儲器存放 PLC 的系統軟件;而用戶存儲器存放用戶程序和 I/O狀態
③輸入接口、輸出接口(I/O接口) 輸入接口將采集到的開關和現場設備信號送給 CPU ,解算后將控制信號經輸出接口轉換成電壓或電流信號驅動現場設備
④電源
(2)I/O擴展部分
當用戶所需要的輸入、輸出點數超過基本系統的輸入輸出點數時,由 I/O擴展部分擴大系統的總點數。
(3)外部設備
是開發 PLC控制系統的輔助設備,主要包括:
編程器、 EPROM 寫入器 、磁帶機、打印機、監視器等。
PLC 軟件包括系統軟件和應用軟件兩部分。
系統軟件由生產廠家編制,用于管理、協調 PLC 各部分的工作,通常被固化在ROM 中。
應用軟件是用戶根據控制的需要,用 PLC 語言編寫的程序。
應用軟件一般存在 RAM 中,并使用鋰電池進行掉電保護;不經常變化的應用軟件可以固化在 PLC 提供EPROM 模塊中。
PLC 插上裝有用戶程序的 EPROM 模塊時,PLC優先執行 EPROM 模塊中的程序;
而 PLC 機不插上裝有用戶程序的 EPROM 模塊時,PLC 執行 RAM 區的用戶程序。
2.PLC的基本技術指標
(1)存儲器容量。一般用K字節(KB)、K位來表示。IK=1024字節。
在PLC中,程序指令按“步”存放。一“步”占用一個地址單元,一個地址單元一般占用兩個字節,因此,如果有一個PLC內存容量為1000步,可以推知其內存約為2000字節。
(2)掃描速度。一般以執行1000步指令所需要的時間來衡量,單位是ms/K,或μs/步。
(3)I/O點數。I/O點數是指PLC外部輸入、輸出端子總數,這是PLC最重要的一項技術指示。
(4)編程語言。編程語言的指令條數是衡量PLC軟件功能強弱的主要指標,指令越多,編程功能越強。
3.PLC的特點。PLC作為一種新型的工業控制器具有以下特點:
(1)控制程序可變,具有良好的柔性。當生產工藝改變或生產設備更新時,無須改變硬件而只要改變相應的程序即可。
(2)采用面向過程的語言,編程方便。目前大多數PLC都使用清晰直觀的梯形圖指令RLL語言或圖形化編程語言SFC。
(3)功能完善。現代PLC不僅具有邏輯運算、算術運算、定時、計數及順序控制等基本功能,還可以提供數據傳送、矩陣處理、PID調節、ASCII碼操作、遠程I/O、運動控制、網絡通信等高級功能,還可以使用高級語言(C語言、BASIC語言等)編寫子程序嵌入到PLC程序中執行。
(4)擴充方便,配置靈活。當前PLC系統提供了各種不同功能的模塊和擴充單元,I/O點數可以從幾十點直到上萬點,甚至可以構成適應網絡相互通信的多主機分布式控制系統。
(5)系統構成簡單,安裝調試方便。需要組成系統時,用簡單的編程方法將程序寫入存儲器內,接上相應的輸入輸出,便可構成一個完整的控制系統。它的輸出可以直接驅動執行機構,從而大大地簡化了硬件接線。由于采用了模塊化結構,也使維修工作更加方便。
(6)可靠性高。可編程控制器使用大規模集成電路,和具有很多觸點的繼電器系統比較,可靠性要高得多。而且在PLC的設計中采用了容錯技術。平均無故障時間(MTBF)超過20000小時,平均修復時間(MTTR)則小于10分鐘。另外,在PLC的輸出輸入中采用屏蔽、濾波、隔離、電源高速等措施,大大提高了抗工業環境干擾的能力。
(二)PLC在數控機床中的應用
在高檔數控機床中,PLC 是CNC裝置的重要組成部分。作用是:接受來自零件加工程序的開關功能信息(M、S、T 即輔助功能、主軸轉速功能和刀具功能)、機床操作面板上的開關量信號,進行邏輯處理,完成輸出控制功能,實現各功能以及操作方式的連鎖。
數控機床使用的PLC有內裝型和獨立型。
圖5-14 獨立型PLC的CNC機床系統框圖
1.內裝型PLC的特點是:
(1)其性能指標由所屬CNC裝置的性能規格確定。它的硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統一設計,具有結構緊湊、適配性強等優點。
(2)它有與CNC共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型。前者利用CNC微處理器的余力來發揮PLC的功能,I/O點數較少;后者由于有獨立的微處理器,
多用于順序程序復雜動作速度要求快的場合。
(3)它與CNC其它電路同裝在一個機箱內,共用一個電源和地線。
(4)內裝型PLC的硬件電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上,也可以單獨制成一塊附加印刷電路板,供用戶選擇。
(5)內裝型PLC使用CNC裝置本身的I/O接口電路。
(6)采用內裝型PLC造價低,具有較高的性能/價格比。
2.獨立型PLC的特點是:
(1)可根據數控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發。
(2)有自己的I/O接口電路,PLC本身采取模塊化結構。
(3)可以擴大CNC的控制功能,可以形成兩個以上的附加軸控制。
(4)在性能/價格比上不如內裝型PLC。
總的來看,單微處理器的CNC裝置采用內裝型PLC為多,而獨立型PLC主要用在多微處理器CNC裝置,FMC或FMS、FA、CIMS中,具有較強的數據處理、通信和診斷功能,成為CNC與上級計算機聯網的重要設備。
單機CNC系統中的內裝型和獨立型PLC的作用是一樣的,主要是協助CNC裝置實現低速輔助信息的控制。
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(責任編輯:中大編輯)