1、 毕 业 论 文 论 文题目 PLC在数控机 床 中 的 应用 系 别 机 械 工 程 系 专 业 数 控 技 术 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 日 期 目录 毕业论文任务书 . 错误 !未定义书签。 毕业论文开题报告 . 错误 !未定义书签。 1 【摘要】 .2 【 ABSTRACT】 .3 第一章 概述 .4 1.1 PLC 的国内外状况 . 4 1.2 PLC 的工作原理 . 6 第二章 PLC 在数控机床中的应用 . 10 2.1 PLC 和 NC 的关系 . 10 2.2 PLC 在数控机床中的应用 . 11 2.3 数控机床的控制对象及接口信号 . 13 2.4 PLC
2、的特点 . 13 第三章 PLC 的应用现状 . 17 结论 . 20 致谢 . 21 参考文献 . 22 2 【 摘要 】 目前 ,可编程 序 控制器（ PLC）广泛应用于数控机床等工业控制中。数控机床的控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分 ,数字控制部分包括对各坐标轴位置的连续控制 ,而顺序控制包括对主轴正 /反转和启动 /停止、换刀、卡盘夹紧和松开、冷却、尾架、排屑等辅助动作的控制。现代数控机床采用 PLC 代替继电器控制来完成逻辑控制 ,使数控机床结构更紧凑 ,功能更丰富 ,响应速度和可靠性大大提高 ! 可编程 序 控制器是一种专为 在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它
3、采用一种可编 程序的存储器， 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，通过数字式、模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备和生产过程。组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。 【 关键词 】 ：可编程 序 控制器 数字控制 顺序控制 操作指令 组合机床 自动循环 3 【 Abstract】 Summary At
4、 present, the programmable logic controller (PLC) is widely used in NC machine tools and other industrial control. CNC machine tool control part of digital control and sequential control can be divided into two parts, the digital control segment consists of continuous control over the axis position
5、and sequence control including the spindle forward/reverse and start/stop, tool change, clamping and releasing the Chuck, cooling, tailstock, swarf and other auxiliary movement control. Modern CNC machine tools PLC instead of relay control to complete the logical control, numerical control machine t
6、ool structure is more compact, more feature-rich, responsiveness and reliability greatly improved! Programmable controller is the especially for the application in industrial environments and the design of digital electronic systems of arithmetic operations, it uses a programmable program memory, pe
7、rforms a logical calculation in its internal storage, order control, timer, counting and arithmetic operations such as operation instruction, through digital, analog inputs and outputs to control various types of mechanical equipment and production processes. Combined machine tool is designed for a
8、particular job, specific processing and design of a highly efficient automated processing equipment, such equipment most of more than one tool at work, and has the automatic circulation function. Usually consists of modular machine tool general part and special part combination for standard, power p
9、art with motor or hydraulic systems drive, automatic circulation control by electrical systems, is typical of the mechanical and electrical or mechanical-electrical-hydraulic integration of automatic processing equipment. 【 Key words】 : instruction combined machine tool numerical control of PLC sequ
10、ence control operation automatic circulation 4 第一章 概述 1.1 PLC 的国内外状况 1.1.1 PLC 的雏形 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采 集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（ DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable ,是世界上
11、公认的第一台PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。 20 世纪 70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器， 使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器
12、的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC）。 1.1.2 PLC 的实体化 20 世纪 70 年 代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广5 泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标
13、志着可编程控制器已步入成熟阶段。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期 ，年增长率一直保持为 3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 1.1.3 PLC 的应用 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面
14、单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机 械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长 久 的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工 业产品中获得了应用。此外，无锡华
15、光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入， PLC 在我国将有更广阔的应用天地。 6 1.2 PLC 的工作原理 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传 统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的 。 继电器控制装置采用 逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序 的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点 (包括其常开或常闭触点 )不
16、会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100 毫秒 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100 毫秒 ，因此， PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式 （ 扫描技术 ） 。这样在对于 I/O 响应要求不高的场合， PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 1.2.1 扫描技术 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三 个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重
17、复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 ； 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中相应 的 单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽 度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被 读入 ； 用户程序执行阶段 ； 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右
18、、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应7 位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象 区或系统存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的 逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对 其上面的程序起作用。 输出刷新
19、阶段当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间， CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。比较下二个程序的异同： 程序 1： 8 程序 2： 这两段程序执行的结果完全一样，但在 PLC 中执行的过程却不一样。程序 1只用一次扫描周期，就可完成对 %M4 的刷新；程序 2 要用四次扫描周期，才能完成对 %M4 的刷新。 这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其 排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如
20、果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。 9 1.2.2 PLC 的 I/O 响应时间 为了增强 PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性， PLC 的每个开关量输入端都采用光电隔离等 技术。 为了能实现继电器控制线路的 逻辑并行控制， PLC 采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。 以上两个主要原因，使得 PLC 得 I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统 慢 的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 所谓 I/O响应时间指从 PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的 I/O 响应时间与最长的 I/O 响应时间如图所示： 最短 I/O 响应时间： 最长 I/O 响应时间： 以上是一般的 PLC 的工作原理，但在现代出现的比较先进的 PLC 中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经 可以 各自独立的工作，提高了 PLC 的执行效率。在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写 出质量好、效率高的工艺程序。
