多工步机床PLC控制系统的设计.doc

多工步机床PLC控制系统的设计摘要介绍多工步机床PLC控制系统的设计。系统以PLC为控制中心，通过PLC控制多工步机床的每个工步的动作（快进、工进、快退等），完成工件所设计的尺寸要求。关键词：多工步机床，PLC，控制，设计Abstract：前言 可编程序控制器（Programmable Controller，缩写PC）诞生于本世纪60年代末。当时，在工业电气控制领域中，无论是对单台设备还是对整个生产制造过程的控制，普遍使用传统的继电接触控制系统。一个继电器控制柜中所使用的继电器，少则数十个，多则数百甚至上千个，线路十分复杂。由于有大量机械触电和错综复杂的连线，系统的可靠性难以提高。而且一旦发生故障，检查和修复都相当困难。每当产品型号需要更新，或者生产工艺发生变化时，通常要对继电器控制电路进行重大的变动。这种变动所涉及的工作量之大，常促使用户决定将原来的控制柜废弃不用，而另行设计、安装新的控制系统。随着工业生产的迅速发展，继电器控制系统的这些缺点变的日益突出。有时为了检修或更换电器控制线路，整个生产线不得不停工等待，造成的经济损失相当客观。可编程序控制器以其先进的构思、优异的性能和广泛的用途，从一开始就受到工业界的普遍重视。进入八十年代以后，大、中、小型各不同档次的可编程序控制器不断涌现出来，满足了各行各业的多层次需求。从单台机床控制，多机控制，生产线控制，过程控制，到整个工厂的集散控制系统，可编程序控制器已经是无所不在的。传统的继电接触控制，二极管矩阵控制，硬接线逻辑控制，以至计算机数字控制（CNC）都逐步让位于可编程序控制器。可编程序控制器正在成为工业自动控制的主要手段之一，在各工业生产领域中发挥着巨大的作用。目录前言.1摘要.1一、 绪论.4二、应用背景与要求.6三、可编程控制器(PLC)概述.71. PLC的产生.7 2. PLC的定义8 3. PLC的特点8 4. PLC的组成9 5. PLC与继电器控制系统的区别14 6. PLC的分类16 7. PLC的工作原理19四、控制系统PLC设计.23 1. 控制要求分析23 2. PLC选型及I/O分配25 3. 多工步机床PLC控制梯形图的设计.26 4. 根据梯形图写出指令语句表.五、总结.六、参考文献一、 绪论工业机床的控制在工业生产自动化控制中占有重要的地位。在机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多，控制较为复杂。采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此故障多，维修困难、费工费时。采用PLC控制，可是接线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修量，提高了功效。当前，随着电子技术和计算机技术的飞速发展，工业生产过程自动化水平越来越高。可供采用的自动化控制装置很多。主要有三类：工业控制计算机（IPC）、集散控制系统（DOS）和可编程控制器（PLC）。 近几十年来，IPC、DCS、和PLC三者在技术上都有了长足的发展，在微电子技术发展的背景下，它们之间也有许多相同之处。例如，从硬件的角度来看，它们都是由微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O摸件等组成。在软件编程方面，也有很多相同点。因此，这三类自动化控制装置在技术、功能和应用领域上不断的相互渗透，在很多场合下可以相互补充或替代。 但是，由于IPC、DOC和PLC三者的技术起源不同，技术发展的侧重点和主要应用背景上也有差异，它们又保持着各自的优点和优势，适合的应用场合也不完全相同。三者的特点比较如下。1） IPC由计算机发展起来，是为了满足快速大量数据处理要求的设备。在硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强；在软件开发方面，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持。因此，IPC在要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制方面占有优势。2） DCS是由工业自动化仪表控制系统发展而来，目前形成了以工业控制计算机为中心的集散系统。所以，DCS在模拟量处理、回路调节方面具有一定的优势，主要在连续过程控制，侧重回路调节功能。3） PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，初期的设计目标主要是用替代传统的继电器控制系统，主要用于开关量控制、顺序控制为主的控制场合。近年来，PLC在技能和功能上都发生了飞跃，模拟量处理、数值运算、闭环调节等功能大大增强，运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机，通信联网能力越来越强大，因而也可以构成一个分布式控制系统。由于PLC是专门为工业环境设计的控制装置，和其它的自动化控制装置相比较，具有的可靠性高、抗干扰能力强、易于编程、便于安装和维修等突出特点，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境中适用，更加适合工业现场的要求。因此近几十年来，PLC在工业生产自动化、传统产业技术改造等方面得到了广泛的应用，被称为现代工业控制的三大支柱之一。二、应用背景与要求某多工步机床是用于加工棉纺锭子锭脚的一种加工机床，其锭脚加工工艺比较复杂，零件加工前为实心坯件，整个机械加工过程由七个刀具分别按照七个工步要求依次进行切削。七个工步依次为：钻孔、车平面、钻深孔、车外圆及钻孔，粗铰双节孔及倒角、精铰双节孔、铰锥孔，各工步的动作分解如图1所示。图1.锭脚加工过程示意图该加工机床以PLC来控制，来完成七个工步的控制过程。三、 可编程控制器（PLC）概述1.PLC的产生 20世纪60年代末，由于市场的需要，工业生产从大批量、少品种的生产方式转变为小批量、多品种的生产方式。但是，当时这种大规模生产线的控制大多是继电器控制系统，体积大、耗电多，改变生产程序非常困难。为了改变这种状况，满足用户对产品多样性的要求，1968年美国通用汽车公司对外公开招标，要求用新的电器控制装置取代继电器控制装置，以适应改变生产程序的需要。该公司提出下面10项指标：（1） 编程方便，现场可修改程序；（2） 维修方便，采用插件式结构；（3） 可靠性高于继电器控制装置；（4） 数据可直接输入管理计算机中；（5） 输入电源可为市电；（6） 输出电源可为市电，负载电流要求2A以上，可直接驱动电磁阀和接触器等；（7） 用户存储器容量大于4KB；（8） 体积小于继电器控制装置；（9） 扩展时原系统变更最少；（10） 成本与继电器控制装置相比，有一定竞争力。1969年，美国数字设备公司（DEC）制成了世界上第一台可编程序逻辑控制器（PLC），在美国通用汽车公司生产线上使用并取得了成功，从此开创了可编程序逻辑控制器的时代。 2. PLC的定义最初，可编程逻辑控制器（P rogrammable Logic Controller）简称PLC，只能进行记数、定时及开关量的逻辑控制。随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制器的功能不断扩展和完善，其功能远远超出了逻辑控制器的范围，具有了PID、A/D、D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多当面的功能，它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。于是，美国电器制造商协会（NEMA）将其正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。由于它与个人计算机（Personal Computer）的简称PC相同，所以人们习惯上仍将其称为PLC。1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。3. PLC的特点（1）可靠性高。在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用E2PROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。（2）控制功能强。PLC所采用的CPU一般是具有较强位处理机，为了增强其复杂控制功能和联网通信等管理功能，可以采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的加强。（3）编程方便易学。第一编程语言（梯形图）是一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。（4）使用于恶劣的工业环境。采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气等的应用场合。（5）与外部设备连接方便。采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。（6）体积小、重量轻、功耗低。（7）性价比高。与其他控制方式相比，性价比较高。（8）模块化结构，扩展能力强。根据现场需要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点的控制系统。（9）维修方便，功能更改灵活。程序的修改就意味着控制功能的修改，因此功能的改变非常灵活。4. PLC的组成PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图2所示。图2. PLC的结构框图（1） 中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。CPU的主要任务有控制用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。不同型号的PLC其CPU芯片是不同的，有采用通用CPU芯片的，有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。PLC的功能是随着CPU芯片技术的发展而提高和增强。（2） 存储器 PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序。它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序。通过用户指令结实程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。它的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。PLC使用的存储器类型有三种。随即存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。它是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。RAM的工作速度高，价格便宜，改写方便。在关断可编程序控制器的外部电源后，可用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据。锂电池可用25年，需要更换锂电池时，由PLC发出信号通知用户。现在大部分PLC已不用锂电池来完成掉电保护功能了。只读存储器（ROM） ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM或E2PROM） 它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比ROM长的多。EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。 （3）输入/输出单元PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按扭、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。（4）电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。（5）扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能摸块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。（6）通信借口为了实现“人机”或“机机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印；当与监视器（CRT）相连时，可将过程图象显示出来；当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或联成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合控制。（7） 编程器编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（语句表）后，它一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。（8）其他部件有些PLC还可以配有EPROM写入器、存储器卡等其他外部设备。5. PLC与继电器控制系统的区别PLC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是PLC梯形图大致上沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，仅个别之处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的，但PLC的控制与继电器的控制又有根本的不同之处，主要表现在以下几个方面。（1） 控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都能很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有48对触点。因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称为“软接线”。因此灵活性和扩展性都很好。（2） 工作方式电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合，它属于并行工作方式。而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期循环扫描过程中，属于串行工作方式。（3） 可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。（4） 控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭工作一般在几十ms数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在s数量级，且不会出现抖动。（5） 定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体震荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001s到若干天或更长。用户可根据需要在程序中设计中设置定时器，然后由软件来控制定时时间。（6） 设计和施工使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图设计）可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。从以上几个方面的比较可知，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、同用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。但在很小的系统中使用时，价格要高于继电器系统。6.PLC的分类 PLC发展到今天，已经有多种形式，而且功能也不尽相同，分类时，一般按以下原则来考虑。（1）按I/O点数容量分类一般而言，处理的I/O点数比较多，则控制关系比较复杂，用户要求的程序存储器容量比较大，要求PLC指令及其他功能比较多，指令执行的过程也比较快等。按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。 小型机小型PLC的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K左右。现在的高性能小型PLC还具有一定的通信能力和少量的模拟量处理能力。这类PLC的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。 中型机中型PLC的输入、输出总点数在2562048点之间，用户程序存储器容量达到8K字左右。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的通信功能和模拟量处理能力更强大。中型机的指令比小型机更丰富，中型机适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制场合。 大型机大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16K以上。大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当，它具有计算、控制和调节的功能，还具有强大的网络结构和通信联网能力，有些PLC还具有冗余能力。它的监视系统采用CRT显示，能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，PID调节参数等；它配备多种智能板，构成一台多功能系统。这种系统还可以和其他型号的控制器互联，和上位机相连，组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监视系统。以上划分没有一个十分严格的界限，随着PLC技术的飞速发展，某些小型的PLC也具有中性或大型PLC的功能，这也是PLC的发展趋势。（2） 按结构形式分根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。整体式结构整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CPU板、输入板、输出板、电源板等紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连，配有许多专用的特殊功能模块，如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等，以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小，成本低，安装方便。模块式结构模块式结构的PLC是由一些模块单元组成，这些标准模块如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种模块等，将这些模块模块插在框架上或基板上即可。各模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，可根据需要灵活配置。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是模块式PLC的硬件组态方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大的多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式PLC。 7.PLC的工作原理 PLC与微机在许多方面有相似之处，但其工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O动作时转入相应的子程序；当无键按下或I/O不动作时继续扫描键盘和I/O口。PLC则采用循环扫描方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符号后返回第一条指令，如此周而复试不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，扫描输入的状态，按用户程序进行运算处理，然后向输出发出相应的控制信号。PLC与继电器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电器是按“并行”方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作。而PLC是以反复扫描的方式工作的，它循环地连续逐条执行程序，任一时刻只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的，可以避免继电器控制的触电竞争和时序失配等问题。(1) PLC的循环扫描工作方式PLC采用循环扫描工作方式，可以看成是一种由系统软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，都周而复试的进行循环扫描，并执行系统程序规定的任务。每一个循环所经历的时间称为一个周期，每个扫描周期又分为几个工作阶段，每个阶段完成不同的任务。如图3所示PLC的扫描工作流程图。图4. PLC的扫描工作流程图图3. PLC的扫描工作流程图PLC循环扫描过程大体可分为四个工作阶段。自诊断在每一扫描开始之前，CPU都要进行复位监视定时器、硬件检查、用户内存检查等操作。如果有异常情况，一方面启动故障显示灯亮，另一方面判断并显示故障的性质。如果属于一般性故障，则只报警不停机，等待处理。如果属于严重故障，则停止PLC运行。自诊断所用的时间一般是固定的，不同机型的PLC有所差异。执行用户程序CPU对用户程序按先左后右、先上后下的顺序逐条地进行解释和执行。CPU从内部对应位置中读出各继电器当前的状态，并根据用户程序给出逻辑关系进行逻辑运算。 执行用户程序阶段扫描时间不是固定的，其长短大致由以下三方面来构成：a. 用户程序的语句条数多少不同。因此，为了减少扫描时间，应使所编写的程序尽量简洁。b. 对同一种控制功能若选用不同的指令进行编写，扫描的时间会有很大的差异。因为有的指令执行时间长，而有的指令执行时间短，所以实现同样的控制功能的情况下，应选择那些执行时间短的指令来编写程序。c. 程序中有改变程序流向的指令，如子程序调用指令、跳转指令、中断控制指令等。I/O刷新在I/O刷新阶段，CPU首先从输入电路中读取各输入点的状态，并将此状态写入PLC内部。此时PLC暂时与外界隔离，无论输入点的状态怎样变化，输入端都将写入的内容保持不变，直到下一个扫描周期的I/O刷新阶段，才会写进新内容。然后CPU将所有输出继电器的状态（结果）传送到PLC的输出端，驱动外部执行元件动作。I/O刷新阶段的时间长短取决与I/O点数的多少。外设端口服务在该阶段，CPU完成与外设端口连接的外围的通信处理。PLC完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而复试的进行扫描。PLC的循环扫描工作方式也为PLC提供了一条死循环自诊断功能。在PLC内部设置一个监视定时器，其定时时间可设置为大于用户程序的扫描时间，在每个扫描周期超过的公共处理阶段将监视器复位。正常情况下，监视定时器不会动作。如果由于CPU内部故障使程序执行进入死循环，此时扫描周期将超过监视定时器的定时时间，这时监视定时器动作使PLC停止运动，以提示用户排查故障。(2) PLC的I/O滞后现象由于PLC采用循环控制工作方式，且对于输入和输出信号只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入并集中输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。扫描周期越长，滞后现象越严重。但一般扫描周期只有十几毫秒，最多几十毫秒，因此滞后现象在慢速控制系统中还是允许的，但在快速响应的控制系统中就成了需要解决的问题。PLC产生的I/O滞后现象还应考虑下列因素；输入滤波器对信号的延迟作用。由于PLC的输入电路中设置了滤波器的时间常数越大，对输入信号的延迟作用就越大。有的PLC输入电路滤波器的时间常数可以调整。输出继电器的动作延迟。对继电器输出型的PLC，从输出继电器发出命令到输出触电的动作，一般需十几毫秒，所以在要求输入/输出有较快响应的场合，最好不要使用继电器输出型的PLC。用户程序语句编程。用户程序的语句编排不当也会影响I/O滞后的时间。对一般工业控制设备或对输入信号变化较慢的系统来说，这种滞后现象是完全允许的。在需要对输出作出快速响应的场合，则可以采用快速响应模块、高速计数摸块以及中断处理等措施来尽量减少滞后时间。四、 控制系统PLC设计1. 控制要求分析该锭脚加工机床的电器控制主电路如图4所示。 图4.锭脚加工机床主电路使用该机床进行加工时，工件由主轴上的夹头夹紧，并由主轴电机D1带动作旋转运动。大拖板带动回转工作台作横向进给运动，其进给速度由工作电机（慢速电机）D2、快速进给电机（快速电机）D3经电磁器阀（DT2）离合器带动丝杠控制。小拖板的纵向运动由电磁器阀（DT1）气压驱动。对于7把刀具，除第2把刀（完成地二工步，即车平面）是由小拖板纵向运动切削外，完成其余6个工步的6把刀均由大拖板带动回转工位台（六角）横向运动切削，每完成一个工步，回转工位台转动一个工位，进行下一工步的切削。为简明起见，本例只对刀具进给运动的控制进行分析与设计，刀具进给运动的控制过程如下： 刀具进给的启动由按钮QA发出启动指令。 刀具进给运动过程中，各动作之间的转换由限位开关发出指令；横向快进结束压合限位开关XK1，发出工进指令。 工进结束压合限位开关XK2，发出延时1s后开始横向快退。 横向快退结束压合限位开关XK3，发出纵向进给指令|由第一工步转入第二工步|或发出下一工步快进指令|由第三工步以后|。 纵向进给结束压合限位开关XK4，发出纵向退回指令及第三工步的快进指令，以后各工步的动作将重复第一工步的变化。另外，各动作之间应设置互锁，即某一个动作进行时，应封锁另一个动作，如快进与工进互锁、纵进与纵退互锁等。2. PLC选型与I/O分配根据对被控对象控制要求的分析，PLC控制系统的I/O点数应为：5点输入，4点输出。输入设备包括：启动按钮QA，限位开关XK1、XK2、XK3、XK4；输出设备包括：电动机接触器C1（正转）