CB7620型卡盘多刀半自动车床的PLC改造设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩摘 要由于 PLC 已成为电气自动化控制系统中应用最为广泛的装置，所以本论文主要根据PLC 的特点以及它在控制系统中的优势地位，提出利用 PLC 对 CA6140 车床的电气控制部分进行改造和分析，最后利用 PLC 实现车床控制电路的改造，使 CA6140 车床控制线路大大简化，克服了继电器接触器控制系统触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修困难等缺点，提高了设备操作的可靠性和安全性。同时本文也介绍了 PLC 在控制过程中的优劣势及应该注意的问题。所以在设计过程中，针对车床的控制要求进行分析，完成了 PLC 的选型、分配点、I/O 接口图的绘制、梯形图的编译、流程图的绘制以及程序的编写。本次CB7620 卡盘多刀半自动车床改造后，使它的控制系统得到了简化，工作效率、安全性和稳定性都大大的提高，最终使其逐步实现自动化，而且掌握了 PC,CAD 等制图软件的应用和论文的撰写这篇论文是对我大学三年学习生活一次全面总结。关键词：PLC 变频器 CB7620 卡盘多刀半自动车床2目 录引言 .4摘要 .5第一章 CB7620 型卡盘多刀半自动车床简介 .6一 用途及特点 .6二 主要技术参数 .6三 机床的主要结构及调整 .71、床身 .72、主轴箱 .73、刀架结构及调整 .74、卡紧油缸 .7四、液压系统的工作原理及滚压元件 .81.工作原理（图一） .8五、电气原理及电气设备清单 .10六、机床的操作 .12机床操作及调节部位图 .14第二章 PLC 简介 .15一、PLC 的基本概念 .15二、PLC 的特点： .15三、 PLC 的应用领域 .16四、PLC 的国内外状况 .17五、PLC 未来展望 .17六、PLC 的基本结构 .18a、电源 .18b. 中央处理单元(CPU) .18c、存储器 .18d、输入输出接口电路 .18e、功能模块 .19f、通信模块 .193七 、PLC 的工作原理 .19一. 扫描技术 .19八、PLC 内部运作方式 .20九、三菱 FX2N 系列基本指令系统 .20第二章、无级调速简介 .25一、无级调速的类型： .25二、变频器简介 .28三、变频器的构成与功能 .29（一） 、主电路 .29（二） 、控制电路 .32四、变频器矢量控制 .33第四章 CB7620 卡盘多刀半自动车床 PLC 改造 .34一、变频器的选用原则 .34二、导线载流量的计算与截面积的选择 .38三、 CB7620 卡盘多刀半自动车床的 PLC 控制 .42心得体会 .49参考文献 .504引 言由于市场竞争日趋激烈，产品更新极为迅速。随着重工业以及轻工业消费品生产的高速增长，中小批量零件的生产及复杂零件越来越多，精度要求也越来越高，这就要求加工设备具有很高的效率和加工精度。而传统的普通机床已远远不能满足现代生产的需要。随着现代计算机技术和自动控制的飞速发展，信息处理功不断提高，而价格不断降低。这使得计算机在机械制造行业得以广泛的应用。以数控技术为核心的现代制造技术，以微电子技术为基础，将传统的机械制造技术与现代控制技术，传感检测技术，信息处理技术有机结合在一起。构成高度信息化，高柔性，高度自动化的制造系统。微机控制的数控机床以其高精度，高柔性及适合加工复杂零件的性能，变频正好满足当今市场竞争的需要。可编程控制系统，简称 PLC，可根据不同的指令进行不同方式的信息处理。由于 PLC 可完全有软件来确定数字信息的处理过程，从而使得机床具有正真的柔性，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使机床控制系统性能和可靠性大大提高。以 PLC 为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子水平。它的推广应用对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。本文主要是将传统的 CB7620 型卡盘多刀半自动车床的电气控制系统改造成为 PLC 控制的程序控制系统。改造后的系统是以微处理器系统为控制核心，取代继电器的硬开关控制，实现软开关自动控制，工件在一次安装后，完成多道工序的加工，通过编写不同程序完成各种较为复杂的零件的加工。PLC-变频器控制的机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度，电气性能安全可靠，传动无间隙，功率大，便于操作和维修，机床 PLC 改造是应尽量达到上述要求。不能认为电子装置与普通机床连接在一起就达到了 PLC 控制的要求，还要对主要部件进行相应的改造使得达到最优的设计要求，才能获得预期的改造效果。5第一章 CB7620型卡盘多刀半自动车床简介一 用途及特点本机床是采用液压技术和电气技术相结合实现半自动循环的多刀车床，最适合高效率，大批量，加工盘类，环类，短锥类，短轴类零件。也广泛应用在轴承，齿轮，阀门，链条，汽车，离合器，自行车，矿山等行业。本机床操作简单，调整容易，维修保养方便，适应性强，不需要高级术工人。本机床未带卡具，刀台，用户可根据加工零件要求自行配制。二 主要技术参数1 加工范围最大加工直径200最大加工长度100 2 主轴转速范围（4 级）180710r/min3 主轴孔径504 主轴前端锥孔莫氏 6 号5 刀架数目2 部6 刀架最大行程1207 刀架让刀行程28 刀架回转角度任选9 单刀架快进速度8m/min10 工作进给速度无级11 油泵压力6.3MPa油泵流量32L/min12 液压系统工作压力1.52MPa13 长紧油缸工作行程2214 长紧油缸工作压力1.21.4MPa15 长紧油泵最大拉力2290kg16 主电机功率7.5KW17 油泵电机功率22KW18 机床重量约 1800kg19 外形尺寸（长*宽*高）1800*1370*1360三 机床的主要结构及调整61、床身床身为一箱体铸件，内为油箱，即是支承部件，有是连接部件，共前后，左开有窗口，前窗口，前窗口装液压元件，左窗口装油泵，后窗口用以维修液压系统。2、主轴箱主轴箱为一箱体铸件，主电机通过四根 B 型三角皮带将动力传递主油箱的第一根轴，经过第二根轴传递给主轴，主轴箱内为齿轮变速系统，可通过一个双联滑移齿轮，俩个固定齿轮，一对交换齿轮，实现四级转速，变速时，通过操纵主轴箱正面的手柄及交换箱内的交换齿轮，来实现。主轴的前支承采用了一个 3182124 型双列向心短圆柱滚子轴承，后支承采用了一个圆锥滚子轴承和一个单向推力球轴承，前后轴承间隙借助于螺母的调整。3、刀架结构及调整后刀架除底板结构不同处，其余结构相同，整体刀架由上滑板、下滑板下导轨及底板的组成，刀架油缸驱动下滑板完成切削运动，辅助油缸才驱动上滑板完成让刀动作，下导轨可以在底板上搬角度，用以加工锥度零件。辅助油缸后面装有手轮，用来微动调节刀具，调节完后，用扳手锁紧前方落套。主油缸后端盖上有一球头圆杆，当圆杆插入活塞杆的小塞杆时，即变为工作进给，操作者可根据具体需要，用扳手转动调节螺杆，确定小活塞杆的位子，即可得到工选的要求距离，顺时针旋转调节螺杆，是工进距离变短，反之变长，经过一段较大时间的工作之后，如果上滑板与下滑板的接触表面，下滑板与导轨的侧表面出现间隙，可转动调节螺钉，调节塞铁来消除，调整完后要固定赛铁。用扳手松开 4 个 M16T 型螺栓，可以调整刀架与主轴的径向距离和轴向距离，调整到最佳距离后，要锁紧 4 个 T 型螺栓，刀架与主轴的相对位置。4、卡紧油缸卡紧油缸有分油器和工作油缸组成，用 4 个螺栓与主轴后端法兰盘相连接，分油器与液压管路相连接，分配液压油进入工作油缸的前腔和后腔，使工作缸的活塞做轴向位移，完成卡紧、松开动作。5、 液压装置液压元件集成组装在一个液压块上，安设在床身内。液压用油一般采用 20 号机床液压油，油箱要保持清洁，根据使用条件更换机油，一般 8 个月更换一次。6、 油泵装置油泵与油泵电机安装在同一泵座上，油泵的吸油口安装有滤油器，滤油器应每三个月清洗一次。7、 制动器及三角皮带的调整制动器安装在主电动机底板上，通过压力油推动活塞对电动机皮带轮进行制动刹车，闸皮与皮带轮的距离可以调整，调整到最佳距离后，将 M16 六角扁螺母锁紧。主电机安装在主轴箱的后下面，松开电机底板上的 4 个 M16 螺栓就可以调整三角皮带的松紧度，调整完后将 4 个 M16 螺栓锁紧。7四、液压系统的工作原理及滚压元件1、主要液压元件及其用途滤油器： 防止污物进入液压系统叶片油泵：供给压力油溢流阀：调定和保持液压系统压力的基本稳定，维护液压系统的安全。减压阀：减低液压系统中某一部分的压力，并使这一部分油压比油泵所供的油压稳定。电磁阀：变换油液流动方向，接通或关闭油路。压力表：显示不同点的工作压力。压力表开关：为压力表提供不同点的油压并能关闭所有测量点。单向调速阀：单方向控制并稳定油量。1.工作原理（图一） （1） 、刀架的液压工作原理启动油泵后压力油分别经电磁阀 YV1、YV2 进入刀架主油缸及辅助油缸的后腔，同时经减压阀进入电磁阀 YV3,再进入卡紧油腔，按动刀架启动按钮，电磁阀 YV2 得电，油路换向，通过球头阀杆实现快慢速控制，旋转单向调速阀即可得到工作进给实现无级调速。当刀架工作到终点时，碰上单触点开关，电磁阀 YV2 断电，油路换向，实现刀架的让刀和快速后退运动。（2） 、卡紧和刹车油缸的液压工作原理通过电磁阀 YV3 的通断，实现卡紧油缸松卡动作与制动动作。8图 1、液压控制系统图五、电气原理及电气设备清单91、接通机床电源：插入钥匙开锁，逆时针旋转控制柜手柄到通电位置，信号灯亮，表明机 床接通电源。2、油泵启动与作业：按油泵启动按钮 SB3，油泵即开始工作按总停按钮 SB1,油泵停止。3、主轴点动：按油泵启动按钮 SB3 后，将旋钮 SA1 交替扳至旋转与断开位置，即实现主轴 点动。 4、刀架及刀具的调整：将旋钮 SA1 扳至 0 位，旋钮 SA2 或 SA3 扳至位，按动按钮SB4， 此时前刀架或后刀架快进工进碰 SQ1 或 SQ2 后暂停，按动按钮 SB2 刀架复位。5、卡紧与松开：将旋钮 SA4 扳至工位时，卡具夹紧，扳至另一位置时，卡具松开。6、刀架快退：当发生意外事故时或需要刀架快速退回原位，按动按钮 SB2，主轴停转，刀 架快退。7、对刀：扳动旋钮 SA5 到工位，可实现任意前进点动对刀，与此同时按快退按钮可实现后 退点动对刀。8、工作：完成下列动作时，首先将旋钮 SA1 扳至位。（1） 、前刀架单独工作：将前刀架动作，选择旋钮 SA2 搬至位置，刀架动作选择旋钮SA3 搬至 0 位置。（2） 、后刀架单独工作：将 SA3 搬至位置，SA2 搬至 0 位置。（3） 、前后刀架同时工作：将 SA2、SA3 均搬至位置。（4） 、前后刀架顺序工作：将 SA2 搬至位，SA3 搬至 位置。（5） 、后前刀架顺序工作：将 SA3 搬至位，SA2 搬至 位置。9、注意事项：（1） 、机床检修时应先切断电源（将控制柜手柄顺时针转到断电位置）（2） 、接地螺钉必须与车间接地网可靠连接。（3)、自动开关 QF 为短路，过载保护。（4） 、机床的电气设备应定期进行大、中、小型维护。10电气原理图11六、机床的操作在使用本机床前，必须了解操作手柄及各旋钮的用途，以免损坏机床。操作机床时应注意：（1） 、主轴箱手柄只允许在停车时搬动。 （2） 、刀架各锁紧螺栓有无松动，若有松动要及时用扳手锁紧。1 油泵启动及调整油压：按下油泵启动按钮 SB3,，油泵工作，根据工作需要转动溢流阀手柄，使刀架系统工作压力稳定在 1.520MPa。转动减压阀手柄，使卡紧油缸系统工作压力在 1.21.4MPa，测试压力时，将压力表开关手柄向里推进后，将手柄箭头转动上方位置侧到系统工作压力；转动到下方位置为卡紧油缸系统工作压力。测试完成后将手柄向外拉出，使压力表卸荷。2、前后刀架动作的选择：3、主轴动作选择：A、随刀架同时工作：旋钮 SA1 转至。B、主轴停止工作：旋钮 SA2 转至 0。C 、点动：4、机床的工作启动：启动油泵并调好油压后，根据工艺要求，选择好刀架动作，并将旋钮 SA1 转至。旋转旋钮 SA4 实现工件松卡。按动刀架启动按钮 SB4 主轴转动，刀架按选择的动作运 动。当刀架上的单触点相接触，即碰撞螺钉顶下导轨上单触点时，加工完毕，刀架快速退到原位，主轴停止工作，旋转旋钮 SA4 卡具松开，取下工件。5、刀架的工作调整：A、刀架的动作程序：前后两部刀架的工作状态相同，其一个方向工作行程包括快进、工进、快退。其垂直方向只有让刀运动，包括进刀和推刀，如需要有车削外圆改为车削内圆时，在 让刀油缸与走刀油缸上调换相应胶管后，刀架只用于车端面及到角，不需改接辅助油缸和油管。12两部刀架的动作程序如下：如果不需要让刀时，可将辅助油缸的活塞锁紧，锁紧方法是转动滚花螺母并紧死在辅助油缸的后盖上。B、对刀C、碰紧螺钉的调节：试切第一工件前，按电气说明对好刀具位置，试车工件达尺寸后用防松螺母把碰撞螺钉锁紧。D、切削深度的微量调节：转动调节手柄，调节后，将六角螺套锁紧。E、快速行程的调节：转动调节螺杆，顺时针旋转，工进缩短，逆时针旋转工进加长。F、进给速度的调节：转动调节手柄达到无级调速，调完后将调速阀上的防松螺套旋紧。13机床操作及调节部位图1、前刀架吃刀微动调节手柄 13、后刀架调速阀手柄2、前刀架横向油缸反向碰撞滚花螺母 14、前刀架调速阀手柄3、前刀架吃刀微动调节锁紧螺母 15、前刀架快速行程调节螺杆4、后刀架快速行程调节螺杆 16、后刀架吃刀微动调节锁紧手柄5、后刀架反向碰撞螺钉 17、前刀架反向碰撞螺钉6、对刀旋钮 18、后刀架退刀油缸活塞锁紧螺母7、信号灯 19、后刀架吃刀微动调节手柄8、油泵启动按钮 20、总停按钮 9、刀架快退按钮 21、刀架启动按钮10、工件松夹旋钮 22、前刀架动作选择开关11、主轴箱变速手柄 23、后刀架动作选择开关1412、主轴动作选择开关第二章 PLC 简介一、PLC 的基本概念PLC 是一种专门为在工业环境应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。PLC 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和易于扩展其功能的原则而设计。可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC 。二、PLC 的特点：1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。154、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。三、 PLC 的应用领域 目前，PLC 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。1、开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，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。2、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。3、运动控制 PLC 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，现在一般使用专用的运动控制模块。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。4、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处理一般是运行专用的 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。5、数据处理现代 PLC 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。166、通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 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。 四、PLC 的国内外状况 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司（ DEC）研制的。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。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。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。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足的发展。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。五、PLC 未来展望21 世纪，PLC 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，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、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，17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。六、PLC 的基本结构PLC 实质是一种专用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. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。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，最后将 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 可编程控制器配有两种存储器，存放系统软件的存储器称为系统程序存储器（EPROM)，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器(RAM)。 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。输入设备是各种开关、按钮、传感器等，信号可能是交流电压（110V 或 220V)，直流电压（1224V)等。182、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。 下面以继电器输出为例：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、Profibus-DP 通讯模块等七、PLC 的工作原理一. 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复执行上述三个阶段。 (1) 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 映象区中的相应得单元内。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。 (2) 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19后右、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 RAM 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排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 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。 八、PLC 内部运作方式虽然 PLC 所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC 内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC 执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入 CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤， “输入采样”、 “程式执行” 、 “输出刷新”说明如下： 步骤一“输入采样” ：PLC 首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关） ，并将其状态写入内存中对应之位置 Xn。步骤二“程式执行” ：将阶梯图程式逐行取入 CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU 直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端 Yn。步骤三“输出刷新” ：将步骤二中之输出状态更新至 PLC 输出部接点，并且重回步骤一。此三步骤称为 PLC 之扫描周期，而完成所需的时间称为 PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。PLC 扫描过程示意图20九、三菱 FX2N 系列基本指令系统FX2N 系列 PLC 编程元件( 由于篇幅有限，仅以改造车床够用为重)（1） 、输入继电器（X）输出继电器（ Y）输入继电器与输出继电器的编号是由基本单元固有的地址号和按照这些地址号相连的顺序给扩展设备分配的地址号组成的。这些地址号使用 8 进制数，因此不存在诸如 8，9 这样的数值。输入端子是 PC 接收外部输入信号的窗口。PC 通过光电耦合器，将外部信号的状态对应的寄存器为“1”状态，称为该输入继电器接通或动作。输入继电器有无数的常开触点和常闭触点。在梯形图中，可以任意使用输入继电器的常开触点和常闭触点。输入继电器的状态只能随外部输入 状态而改变，不能通过程序来改变它。输出端子是 PC 向外部负载发送信号的窗口，输出继电器的外部输出用触点（继电器触点、可控硅、晶体管等输出元件）在 PC 内部与输出继电器相连。每一个输出继电器有无数的常开触点和常闭触点，在梯形图中可以任意使用。（2） 、辅助继电器（M）辅助继电器（M）的编号按十进制数分配。其功能主要用于：一般用 M0M499，共 500 点：非停电保持领域。使用参数设定，可以变更停电保持领域；断电保持用 M500M3071：停电保持领域。使用参数设定，可以变更非停电保持领域；停电保持专用：有关停电保持的特性，无法用参数来改变；特殊用 M8000M8255。（3） 、定时器（T）21不用作定时器的定时器编号，也可用作数值存储用的数据寄存器。定时器累计可编程控制器内的 1ms(T246T249)，10ms(T200T245)，100ms（T0T199）等的时钟脉冲，当达到所定的设定值时输出触点动作。（4）