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组合机床可编程序控制器的概述

一、可编程控制器的由来

1968年美国zui大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即：

1）  编程简单方便，可在现场修改程序；

2）  硬件维护方便，zui好是插件式结构；

3）  可靠性要**继电器控制装置；

4）  体积小于继电器控制装置；

5）  可将数据直接送入管理计算机；

6）  成本上可与继电器柜竞争；

7）  输入可以是交流115V；

8）  输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；

9）  扩展时，原有系统只需做很小的改动；

10）              用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上*台PLC（PDP—14型  ），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。

二、    可编程控制器的应用领域

目前，可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

开关量的逻辑控制

这是可编程控制器zui基本、zui广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

运动控制

可编程控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用**的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

过程控制

　　过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行**的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

数据处理

　　现代可编程控制器具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

通信及联网

　　可编程控制器通信含可编程控制器间的通信及可编程控制器与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

21世纪，可编程控制器会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看，会进一步向**小型及**大型方向发展;从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，**的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS(Distributed Control System)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

三、    可编程控制器的特点

　可编程控制器实际上是面向用户需要，适宜安装在工作现场的、为进行生产控制所设计的**计算机。因而它和计算机有基本类似的结构，但按其作用它有自己的特点：

（1）编程简单，使用面向控制操作的控制逻辑语言。比如，梯形图、顺序功能流程图。生产现场的工人易于掌握和使用它，便于普及和应用。

（2）可靠性高，抗干扰能力强，适于在恶劣的生产环境下运行。它完全不需要一般计算机所要求的环境。因为它采用了很多硬件措施（屏蔽、滤波、隔离等）和软件措施（故障的检测与处理、信息的保护与恢复等），以提高可靠性，适应生产现场的要求。

（3）系统采用了分散的模块化结构。这不但使之可针对各类不同控制需要进行组合，便于扩展；也易于检查故障和维修更换，从而大大提高了效率。目前较高档的PC还配有各类智能化模板，如：模拟量I/O模板，PID过程控制模板，I/O通讯模板，视觉输入、伺服及编码等**模板等等，大大提高了PC的功能与适应性。

（4）由于PC采用了大规模集成电路技术和微处理器技术，故可将其设计得紧凑、坚固、小体积，再加上它的可靠性，PC易于装入机械设备内部，实现机电一体化。

（5）相对于继电器逻辑控制而言，PC可节省大量继电器，故降低了成本且提高了可靠性，而且用程序来执行控制功能，使其灵活易于修改。这一切都大大提高了其性能价格比。

（6）目前中、高档PC均具有较强的联网通讯能力。通过简单的组合可连成工业局域网，在网络间通讯。并可通过网络连接主控级的计算机，实现计算机集成制造系统对全厂的自动化生产和管理都能进行控制。

四、    PLC的基本结构

PLC实质是一种**于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 　　a、电源 　　PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 　　b. *处理单元(CPU) 　　*处理单元(CPU)是PLC的控制**。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，zui后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 　　为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 　　c、存储器 　　存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 　　存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 　　d、输入输出接口电路 　　1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 　　2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 　　e、功能模块 　　如计数、定位等功能模块 　　f、通信模块 　　如以太网、RS485、通讯模块等

五、    可编程控制器的发展趋势

PLC的技术从诞生之日起，就不停地发展。PLC的定义也经过多次变动。1987年，国际电工**IEC颁布了可编程序控制器zui新的定义：

       可编程控制器是一种能够直接应用于专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

可见，PLC的定义实际是根据PLC的硬件和软件技术进展而发展的。这些发展不仅改进了PLC的设计，也改变了控制系统的设计理念。这些改变，包括硬件和软件的。

以下列出了PLC的硬件进展：

采用新的、先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间；

小型的、低成本的PLC，可以替代4到10个继电器，现在获得更大的发展动力；

高密度的I/O系统，以低成本提供了节省空间的接口；

基于微处理器的智能I/O接口，扩展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，网络，CAN总线，现场总线，ASCII通信，定位，主机通讯模块，和语言模块（如BASIC，PASCAL）；

包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子更加集成；

特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上，如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等；

外部设备改进了操作员界面技术，系统文档功能成为了PLC的标准功能。

以上这些硬件的改进，导致了PLC的产品系列的丰富和发展，使PLC从zui小的只有十个I/O点的微型PLC，到8000点的大型PLC，应有尽有。这些产品系列，用普通的I/O系统和编程外部设备，可以组成局域网，并与办公网络相连。整个PLC的产品系列概念对于用户来说，是一个非常节约成本的控制系统概念。

与硬件的发展相似，PLC的软件也取得了巨大的进展，大大强化了PLC的功能：

PLC引入了面向对象的编程工具，并且根据国际电工**的IEC61131-3的标准形成了多种语言；

小型PLC也提供了强大的编程指令，并且因此延伸了应用领域；

高级语言，如BASIC，C在某些控制器模块中已经可以实现，在与外部通讯和处理数据时提供了更大的编程灵活性；

梯形图逻辑中可以实现高级的功能块指令，可以使用户用简单的编程方法实现复杂的软件功能；

诊断和错误检测功能，从简单的系统控制器的故障诊断，扩大到对所控制的机器和设备的过程和设备进行诊断；

浮点运算可以进行控制应用中计量、平衡和统计等所牵涉的复杂计算；

数据处理指令得到简化和改进，可以进行涉及大量数据存储、跟踪和存取的复杂控制和数据采集和处理功能。

尽管PLC比原来复杂了很多，但是，他们依然保持了令人吃惊的简单性，对操作员来说，今天的高功能的PLC与三十年**样那么容易操作。

六、    PLC的基本技术领域

在当今的工业界，只要涉及控制的地方，都离不开PLC这个大脑，简单的讲，可大概分为两个领域：

       其一为单机控制为主的一切设备自动化领域，比如：包装机械、印刷机械、纺织机械、注塑机械、自动焊接设备、隧道盾构设备、水处理设备、切割、多轴磨床、冶金行业的辊压、连铸机械....太多了，这些设备的所有动作，加工都需要靠依据工艺设定在PLC内的程序来指导执行和完成，就如人的大脑；

       其二为过程控制为主的流程自动化行业，比如污水处理、自来水处理、楼宇控制、火电主控、辅控、水电主控、辅控、冶金行业、太阳能、水泥、石油、石化、铁路交通...也太多了。这些行业所有设备的连续生产运行，总存在许多的监控点和大量的实时参数，而要监视、控制、和采集这些流程参数和相关的工艺设备，也必须依靠PLC这个大脑来完成，当然传统叫法也有DCS，尽管设计之初的理念不一样，但现技术路线已逐渐融合。

维修数控系统严格遵守数控系统的数控、电气柜的散热通风系统操作及维护系统的规则，尽量少开的输入输出装置的定期维护定期检查和直流电机无刷直流电机电刷磨损过渡替代数控柜柜门定期清洗，会影响电动机的性能，甚至造成电机损坏。为此，电机电刷应定期检查并更换。数控车床，数控铣床，加工中心，应每年检查一次。很长一段时间的备用的印制电路板维修蓄电池备用电路板定期更换，应定期安装在数控系统一段时间，以防损坏。维修机械零件定期调整主轴驱动皮带的松紧度，防止丢失现象，由于皮带的打滑；检查主轴润滑恒温槽，调节温度范围，补充油，并清洗过滤器；长时间的工具主轴夹紧装置在使用时，会有一个缺口，刀具装夹的影响，以便及时调整液压缸活塞的位移。定期检查滚珠丝杠螺纹副的维护和调整螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查螺丝和床连接松动；螺纹保护装置有损坏要及时更换，防止灰尘或切屑进入。定期小型数控铣床对液压与气动系统的维护，过滤器或过滤器进行清洗或更换润滑液压及气动系统；常规试油的检查和压力系统的液压系统液压油的更换；定期保养空气滤水定期在机器和机械精度的检查和校正精度