车床电气及可编程控制系统研究样本.doc

车床电气及可编程控制系统研究

作者姓名:周宏威

专业名称:电气工程及其自动化

指引教师:王 安 讲师

摘要
近年来，可编程控制器（如下简称PLC）从其产生到当前，实现了接线逻辑到存储逻辑奔腾；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简朴控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务跨越。今天PLC在解决模仿量、数字运算、人机接口和网络各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大作用。
论文简介了PLC在普通卧式车床中应用，给出了普通卧式车床电气控制软、硬件设计，基于PLC设计出完整车床电气控制系统。硬件某些简介了运用PLC进行控制系统设计环节；软件某些阐述了程序设计思路，并给出I/O接口，梯形图。本系统既可以用于新型车床开发也可以用于车床数控改造。

核心词：可编程控制器 单体设备简朴控制 工业控制

Abstract
For many years，the programmable controller (has hereafter referred to as PLC) to produce from it to the present，has realized the wiring logic to the stored logic leap；Its function from weak ones to strong ones，realized logic to control the numerical control the progress；Its application domain from infancy to maturity，realized the monomer equipment to control the competent movement control，the process control and the collection and distribution control simply and so on each kind of duty spanning. Today PLC in the processing simulation quantity，the digital operation，the man-machine connection and network various aspects ability all largely enhanced，becomes the industry control domain the mainstream control device，is playing the more and more major role in all the various trades and occupations.
The whole system has adopted a PLC to control，the whole control system sets up a control room and utilize a PLC control milling machine to run. It realized the function of milling machine’s start or stop ，trouble stop ，stop promptly. And it has two kinds of control methods the manually control and automatically control，thus realized the automatic function of the milling machine’s operation.

Keywords：PLC，Monomer equipment simple control，Industry control

目录

摘要 I
Abstract II
目录 III
前言 1
1.车床简介、发展及构成 3
1.1车床简介 3
1.2车床发展和分类 3
1.3普通车床构成及功用 5
1.4车床使用 7
2.PLC基本知识及工作原理 9
2.1 PLC基本知识 9
2.2 PLC基本工作原理 13
2.2.1 PLC工作过程 13
2.2.2 PLC工作方式 15
2.3 PLC 控制与继电器控制区别 16
2.4 PLC控制系统设计基本原则 17
2.5 PLC应用选型 17
3.普通卧式车床电气控制线路 22
3.1车床电气控制线路设计规定 22
3.2 CM6132普通车床电气控制线路分析 23
3.3 C650普通车床电气控制线路分析 26
4.PLC在C650普通卧式车床中设计 30
4.1 PLC机型选取、硬件连接及I/O地址分派 30
4.2 C650车床PLC程序设计 31
4.2.1 梯形图设计 31
4.2.2 梯形图控制分析 33
总结 38
致 谢 39
参照文献 40

前言
可编程控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC，是指以计算机技术为基本新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布PLC原则草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。它采用可以编制程序存储器，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指令，并能通过数字式或模仿式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC及其关于外围设备都应当易于与工业控制系统形成一种整体，易于扩展其功能原则而设计。
世界上公认第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制。限于当时元器件条件及计算机发展水平，初期PLC重要由分立元件和中小规模集成电路构成，可以完毕简朴逻辑控制及定期、计数功能。20世纪70年代初浮现了微解决器。人们不久将其引入可编程控制器，使PLC增长了运算、数据传送及解决等功能，完毕了真正具备计算机特性工业控制装置。为了以便熟悉继电器、接触器系统工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似梯形图作为重要编程语言，并将参加运算及解决计算机存储元件都以继电器命名。此时PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合产物。
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，使其功能发生了奔腾。更高运算速度、超小型体积、更可靠工业抗干扰设计、模仿量运算、PID功能及极高性价比奠定了它在当代工业中地位。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特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段另一种特点是世界上生产可编程控制器国家日益增多，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，可编程控制器发展特点是更加适应于当代工业需要。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，诞生了各种各样特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样控制场合；从产品配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器工业控制设备配套更加容易。当前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域应用都得到了长足发展。
21世纪，PLC会有更大发展。从技术上看，计算机技术新成果会更多地应用于可编程控制器设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强品种浮现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品配套性上看，产品品种会更丰富、规格更齐全，完美人机界面、完备通信设备会更好地适应各种工业控制场合需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品状况会随着国际竞争加剧而打破，会浮现少数几种品牌垄断国际市场局面，会浮现国际通用编程语言；从网络发展状况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网构成大型控制系统是可编程控制器技术发展方向。当前计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量可编程控制器应用。随着着计算机网络发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络重要构成某些，将在工业及工业以外众多领域发挥越来越大作用。
国内可编程控制器引进、应用、研制、生产是随着着改革开放开始。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种公司生产设备及产品中不断扩大了PLC应用。当前，国内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CF系列、杭州机床电器厂生产DKK及D系列、大连组合机床研究所生产S系列、苏州电子计算机厂生产YZ系列等各种产品已具备了一定规模并在工业产品中获得了应用。可以预期，随着国内当代化进程进一步，PLC在国内将有更辽阔应用天地。

1.车床简介、发展及构成
1.1车床简介
　　车床是重要用车刀对旋转工件进行车削加工机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应加工。车床重要用于加工轴、盘、套和其她具备回转表面工件，是机械制造和修配工厂中使用最广一类机床。铣床和钻床等旋转加工机械都是从车床引伸出来。
1.2 车床发展和分类
一、车床发展
古代车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削。

脚踏车床
图1.1脚踏车床
1797年，英国机械创造家莫兹利创制了用丝杠传动刀架当代车床，并于18采用互换齿轮，可变化进给速度和被加工螺纹螺距。18，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来变化主轴转速。
为了提高机械化自动化限度，1845年，美国菲奇创造转塔车床；1848年，美国又浮现回轮车床；1873年，美国斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久她又制成三轴自动车床 ；20世纪初浮现了由单独电机驱动带有齿轮变速箱车床。
第一次世界大战后，由于军火、汽车和其她机械工业需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件生产率，40年代末，带液压仿形装置车床得到推广，与此同步，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。
二、车床依用途和功能区别为各种类型。
按用途和构造不同，车床重要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式车床加工尺寸公差级别可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。近年来，计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之浮现了数控车床、车削加工中心等机电一体化产品。
1.普通车床：加工对象广，主轴转速和进给量调节范畴大，能加工工件内外表面、端面和内外螺纹。这种车床重要由工人手工操作，生产效率低，合用于单件、小批生产和修配车间。
2.转塔车床和回转车床：具备能装多把刀具转塔刀架或回轮刀架，能在工件一次装夹中由工人依次使用不同刀具完毕各种工序，合用于成批生产。
3.自动车床：按一定程序自动完毕中小型工件多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样工件，合用于大批、大量生产。
4.多刀半自动车床：有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴先后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高3～5倍。
5.仿形车床：能仿照样板或样件形状尺寸，自动完毕工件加工循环，合用于形状较复杂工件小批和成批生产，生产率比普通车床高10～15倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。
6.立式车床：主轴垂直于水平面，工件装夹在水平回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。合用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装工件，分单柱和双柱两大类。
7.铲齿车床：在车削同步，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等成形齿面。普通带有铲磨附件，由单独电动机驱动小砂轮铲磨齿面。
8.专门化车床：加工某类工件特定表面车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。
9.联合车床：重要用于车削加工,但附加某些特殊部件和附件后还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具备"一机多能"特点，合用于工程车、船舶或移动修理站上修配工作。
10.数控车床：数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定运动轨迹，进行自动加工机电一体化加工装备，通过半个世纪发展，数控机床已是当代制造业重要标志之一，在中华人民共和国制造业中，数控机床应用也越来越广泛，是一种公司综合实力体现。数控车床是数字程序控制车床简称，它集通用性好万能型车床、加工精度高精密型车床和加工效率高专用型车床特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广一种数控机床。
11.马鞍车床：马鞍车床在车头箱处左端床身为下沉状，可以容纳直径大零件。车床外形为两头高，中间低，形似马鞍，因此称为马鞍车床。马鞍车床适合加工径向尺寸大，轴向尺寸小零件，适于车削工件外圆、内孔、端面、切槽和公制、英制、模数、经节螺纹，还可进行钻孔、镗孔、铰孔等工艺，特别适于单件、成批生产公司使用。马鞍车床在马鞍槽内可加工较大直径工件。机床导轨经淬硬并精磨，操作以便可靠。车床具备功率大、转速高，刚性强、精度高、噪音低等特点。

1.3 普通车床构成及功用
一、车床型号
机床均用汉拼音字母和数字，按一定规律组合进行编号，以表达机床类型和重要规格。
车床型号C6132含义如下：
C——车床类；6——普通车床组；1——普通车床型；32——最大加工直径为320mm。
二、车削运动
为了使车刀可以从毛坯上切下多余金属，车削加工时，车床主轴带动工件作旋转运动，称主运动；车床刀架带动车刀作纵向、横向或斜向直线移动，称进给运动。通过车刀和工件相对运动，使毛坏被切削成一定几何形状、尺寸和表面质量零件，以达到图纸上所规定规定。
在机械加工车间中，车床约占机床总数一半左右。车床加工范畴很广，重要加工各种回转表面，其中涉及端面、外圆、内圆、锥面、螺纹、回转沟槽、回转成形面和滚花等。普通车床加工尺寸精度普通为IT10～IT8,表面粗糙度值Ra=6.3～1.6μm。
三、车床构成某些及其功用
普通车床由床身、床头箱、变速箱、进给箱、光杆、丝杆、溜板箱、刀架、床腿和尾架等某些构成。
1.床身：是车床基本零件，用来支承和安装车床各部件，保证其相对位置，如床头箱、进给箱、溜板箱等。床身具备足够刚度和强度，床身表面精度很高，以保证各部件之间有对的相对位置。床身上有四条平行导轨，供大拖板（刀架）和尾架，相对于床头箱进行对的移动，为了保持床身表面精度，在操作车床中应注意维护保养。
2.床头箱（主轴箱）：用以支承主轴并使之旋转。主轴为空心构造。其前端外锥面安装三爪卡盘等附件来夹持工件，前端内锥面用来安装顶尖，细长孔可穿入长棒料。C6132车床主轴箱内只有一级变速，其主轴变速机构安放在远离主轴单独变速箱中，以减小变速箱中传动件产生振动和热量对主轴影响。
3.变速箱：由电动机带动变速箱内齿轮轴转动，通过变化变速箱内齿轮搭配（啮合）位置，得到不同转速，然后通过皮带轮传动把运动传给主轴。
4.进给箱，又称走刀箱：内装进给运动变速齿轮，可调节进给量和螺距，并将运动传至光杆或丝杆。
5.光杆、丝杆：将进给箱运动传给溜板箱。光杆用于普通车削自动进给，不能用于车削螺纹。丝杆用于车削螺纹。
6.溜板箱（拖板箱）：与刀架相联，是车床进给运动操纵箱。它可将光杆传来旋转运动变为车刀纵向或横向直线进给运动；可将丝杆传来旋转运动，通过“对开螺母”直接变为车刀纵向移动，用以车削螺纹。
7.刀架：用来夹持车刀并使其作纵向、横向或斜向进给运动。它涉及如下各某些。
(1) 大拖板（大刀架、纵溜板）：与溜板箱连接，带动车刀沿床身导轨纵向移动，其上面有横向导轨。
(2) 中溜板（横刀架、横溜板）：它可沿大拖板上导轨横向移动，用于横向车削工件及控制切削深度。
(3) 转盘：它与中溜板用螺钉紧固，松开螺钉，便可在水平面上旋转任意角度，其上有小刀架导轨。
(4) 小刀架（小拖板、小溜板）：它控制长度方向微量切削，可沿转盘上面导轨作短距离移动，将转盘偏转若干角度后，小刀架作斜向进给，可以车削圆锥体。
(5) 方刀架：它固定在小刀架上，可同步安装四把车刀，松开手柄即可转动方刀架，把所需要车刀转到工作位置上。
8.尾架：安装在床身导轨上。在尾架套筒内安装顶尖，支承工件；也可安装钻头、铰刀等刀具，在工件上进行孔加工；将尾架偏移，还可用来车削圆锥体，使用尾架时注意：
(1) 用顶尖装夹工件时，必要将固定位置长手柄扳紧，尾架套筒锁紧。
(2) 尾架套筒伸出长，普通不超过100mm。
(3) 普通状况下尾架位置与床身端部平齐，在摇动拖板时严防尾架从床身上落下，导致事故。

1.4 车床使用
一、工具和车刀安放
工具和车刀不要放在床面上，以免敲坏导轨。如需要放话般先在床面上盖上床盖板，把工具和车刀放在床盖板上。
1．在砂光工件时，要在工件下面床面上用床盖板或纸盖住；砂光后，仔细擦净床面。
2．在车铸铁工件时，在扼板上装护轨罩盖，同步要擦去切屑可以飞溅到一段床面上润滑油。
3. 不使用时，必要做好车床清洁保养工作，防止切屑、砂粒或杂质进入车床导轨滑动面，把导轨“咬坏”或加剧它磨损。
4．在使用冷却润滑液前，必要清除车床导轨及冷却润滑液盛盘里垃圾；使用后，要把导轨上冷却润滑液擦干，并加机械润滑保养。
二、车床润滑
为了使车床达到正常运转和减少磨损，车床上所有摩擦某些都需进行润滑，须用3号工业润滑脂(即黄油)进行润滑外，别的都使用4Q号机械油。
主轴箱中除了主轴后轴承以油绳润滑外，别的均用齿轮溅油法和往复式油泵进行润滑。操作工应在每班开车后从油标孔中观测油泵工作状况，如发现油泵有故障时，应及时修理，防止事故。同步要注意箱内油面高低，油面应达泊面指标牌处。换泊期普通为每三个月一次。
挂轮箱机构重要是靠齿轮溅油法进行润滑。油面高低可通过油标孔观测。换油期同样为每三个月一次。

2.PLC基本知识及工作原理
从可编程控制器发展历史可知，可编程控制器功能不断变化，其名称演变经历了如下过程：初期产品名称为“Programmable Logic Controller”（可编程逻辑控制器），简称PLC，重要代替老式继电接触控制系统，随着微解决器技术发展，可编程控制器功能也不断地增长，因而可编程逻辑控制器（PLC）已不能描述其多功能特点。1980 年，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufacturers Association）给它一种新名称“ProgrammableController”，简称PC。然而PC 这一简写名称在国内早已成为个人计算机（Personal Computer）代名词，为了避免导致名词术语混乱，因而国内仍沿用初期简写名称PLC 表达可编程控制器，但此PLC 并不意味只具备逻辑功能。
PLC 是在老式顺序控制器基本上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成一代新型工业控制装置，其用途是取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程控系统。
PLC 具备通用性强、使用以便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简朴等特点。可以预料，在工业控制领域中，PLC 控制技术应用必将形成世界潮流。
2.1 PLC基本知识
(1) PLC发展历程
在PLC 浮现此前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成控制系统都是按预先设定好时间或条件顺序地工作，若要变化控制顺序就必要变化控制系统硬件接线，因而，其通用性和灵活性较差。
20 世纪60 年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，由于价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等因素，未能在工业控制领域获得推广。
1968 年，美国最大汽车制造商——通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新需要，规定寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快新型工业控制器，并从顾客角度提出了新一代控制器应具备十大条件，及时引起了开发热潮。这十大条件重要是：
① 编程以便，可现场修改程序；
② 维修以便，采用插件式；
③ 可靠性高于继电器控制柜；
④ 体积不大于继电器控制柜；
⑤ 数据可直接送入管理计算机；
⑥ 成本与继电器控制柜相称；
⑦ 输入可为交流115 V；
⑧ 输出可为交流115 V、2 A 以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；
⑨ 扩展时原系统变化至少；
⑩ 顾客存储器不不大于4 KB。
这些条件事实上提出将继电器控制简朴易懂、使用以便、价格低长处与计算机功能完善、灵活性、通用性好长处结合起来，将继电接触器控制硬接线逻辑转变为计算机软件逻辑编程设想。1969 年，美国数字设备公司（DEC 公司）研制出了第一台PLC（PDP-14），在美国通用汽车公司生产线上试用成功，并获得了满意效果，PLC 自此诞生。
PLC 自问世以来，发展极为迅速。1971 年，日本开始生产PLC。1973 年，欧洲开始生产PLC。国内从1974 年也开始研制PLC，1977 年开始工业应用。到当前，世界各国某些知名电气工厂几乎都在生产PLC 装置。PLC 已作为一种独立工业设备被列入生产中，成为当代电控装置主导。
PLC 从诞生到当前，经历了三次换代，如表2-1 所示。
代次
器件
功能
应用范畴
第一代
1969～1972
1 位微解决器
逻辑运算、定期、计数
代替老式继电控制
第二代
1973～1975
8 位微解决器及存储器
数据传送和比较、模仿量运算，产品系列化
能同步完毕逻辑控制、模仿量
控制
第三代
1976～1983
高性能8 位微解决器及位片式微解决器
解决速度提高，向多功能及联网通信发展
复杂控制系统及联网通信

第四代
1983～至今
16 位、32 位微解决器及高性能位片式微解决器
逻辑、运动、数据解决、联网功能名副其实多功能

分级网络控制系统
表2-1

(2) PLC构成
从构造上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC涉及CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一种不可拆卸整体。模块式PLC涉及CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配备。
(3) CPU构成
CPU是PLC核心，起神经中枢作用，每套PLC至少有一种CPU，它按PLC系统程序赋予功能接受并存贮顾客程序和数据，用扫描方式采集由现场输入装置送来状态或数据，并存入规定寄存器中，同步，诊断电源和PLC内部电路工作状态和编程过程中语法错误等。进入运营后，从顾客程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定任务产生相应控制信号，去指挥关于控制电路。CPU重要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系数据、控制及状态总线构成，CPU单元还涉及外围芯片、总线接口及关于电路。内存重要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少构成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU内部电路，但对各某些工作机制还是应有足够理解。CPU控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参加运算，并存储运算中间成果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC重要参数，它们决定着PLC工作速度，IO数量及软件容量等，因而限制着控制规模。
(4) I/O模块
PLC与电气回路接口，是通过输入输出某些（I/O）完毕。I/O模块集成了PLCI/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模仿量输入（AI），模仿量输出（AO）等模块。
惯用I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模仿量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，尚有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数拟定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理基本配备能力，即受最大底板或机架槽数限制。
(5) 电源模块
PLC电源用于为PLC各模块集成电路提供工作电源。同步，有还为输入电路提供24V工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（惯用为24VDC）。
(6) 底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间联系，使CPU能访问底板上所有模块，机械上，实现各模块间连接，使各模块构成一种整体。
(7) PLC系统其他设备
1) 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运营、检查维护不可缺少器件，用于编程、对系统作某些设定、监控PLC及PLC所控制系统工作状况，但它不直接参加现场控制运营。小编程器PLC普通有手持型编程器，当前普通由计算机（运营编程软件）充当编程器。也就是咱们系统上位机。
2) 人机界面：最简朴人机界面是批示灯和按钮，当前液晶屏（或触摸屏）式一体化操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运营组态软件）充当人机界面非常普及。
(8) PLC通信联网
依托先进工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因而，网络在自动化系统集成工程中重要性越来越明显，甚至有人提出"网络就是控制器"观点说法。PLC具备通信联网功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其她智能设备之间可以互换信息，形成一种统一整体，实现分散集中控制。多数PLC具备RS-232接口，尚有某些内置有支持各自通信合同接口。PLC通信当前重要采用通过多点接口（MPI）数据通讯、PROFIBUS或工业以太网进行联网。
2.2 PLC基本工作原理
2.2.1 PLC工作过程
PLC工作过程普通分为三个重要阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，如图2.1所示。
输
入
端
子
输
入
映
像
区
输
出
映
像
区
输
出
锁
存
梯形图
输
入
信
号
输
出
端
子
输
出
端
子
输入采样
程序执行
输出刷新
输入刷新
刷出刷新
.
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.
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图2.1 PLC工作过程
（一）输入刷新阶段
PLC以扫描工作方式按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态输入映像寄存器中存储，这一过程称为采样。在本工作周期内这个采样成果内容不会变化，并且这个采样成果将在PLC执行时被采用。
（二）程序执行阶段
PLC按顺序对程序进行扫描，即从上到下，从左到右地扫描每条指令，并分别从输入映像寄存器和输出映像寄存器中获得所需数据进行运算、“解决”，再将程序执行成果写入寄存执行成果输出映像寄存器中保存。但这个成果在所有程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。
（三）输出刷新阶段
在执行完顾客所有程序后，PLC将映像寄存器中内容送入到寄存输出状态输出所存器中，再去驱动顾客设备，这就是输出刷新。
PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次时间称为一种扫描周期。PLC在一种工作周期中，输入扫描和输出刷新时间普通为4ms左右，而程序执行时间可因程序长度不同而不同。PLC一种扫描周期普通为40—100ms之间。
PLC一种工作周期重要有上述三个阶段，但严格来说还应涉及下述四个过程，但这四个过程都是在输入扫描过程进行。
(1) 系统自监测，检查程序执行与否对的，如果超时则停止中央解决工作。
(2) 与编程器互换信息，这在使用编程器输入和调试程序时才执行。
(3) 与数字解决器互换信息，这只有在PLC中配备有专用数字解决器时才执行。
(4) 网络通信，当PC配备有网络通信模块时，应与通信对象进行数据互换。
2.2.2 PLC工作方式
PLC 采用循环扫描工作方式，这个工作过程普通涉及5 个阶段：内部解决、与编程器等通信解决、输入扫描、执行顾客程序、输出解决，其工作过程如图1-1 所示。图2-2 中当PLC 方式开关置于RUN（运营）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3 个阶段，此时可进行通信解决，如对PLC 联机或离线编程。

图2.2 PLC工作原理图
PLC 输入解决、执行顾客程序和输出解决过程原理如图2-2 所示。PLC 执行5个阶段，称为一种扫描周期，PLC 完毕一种周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。
2.3P LC 控制与继电器控制区别
在PLC 编程语言中，梯形图是最为广泛使用语言。PLC 梯形图与继电器控制线路图十分相似，重要因素是PLC 梯形图编写大体上沿用了继电器控制电路元件符号，仅个别处有些不同。同步，信号输入/输出形式及控制功能也是相似，但PLC 控制与继电器控制也有不同之处，重要体当前如下几方面。
1．构成器件不同
继电器控制线路由许多真正硬件继电器构成，而梯形图则由许多所谓“软继电器”构成。这些“软继电器”实质上是存储器中每一位触发器，可以置“0”或置“1”。硬件继电器易磨损，而“软继电器”则无磨损现象。
2．触点数量不同
硬继电器触点数量有限，用于控制继电器触点数普通只有4～8 对；而梯形图中每只“软继电器”供编程使用触点数有无限对。由于在存储器中触发器状态(电平)可取用任意次数。
3．实行控制办法不同
在继电器控制线路中，要实现某种控制是通过各种继电器之间硬接线解决。由于其控制功能已包括在固定线路之间，因而它功能专一，不灵活。而PLC 控制是通过梯形图即软件编程解决，因此其灵活多变。
此外，在继电器控制线路中，为了达到某种控制目，而又要安全可靠，同步还要节约使用继电器接点，因而设立了许多制约关系联锁电路；而在梯形图中，因它是扫描工作方式，不存在几种支路并列同步动作因素，同步在软件编程中也可将联锁条件编制进去，因而PLC 电路控制设计比继电器控制设计大大简化了。
4．工作方式不同
在继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处在受制约状态，即该吸合继电器都同步吸合，不应吸合继电器都因受某种条件限制不能吸合。这种工作方式有时称为并行工作方式；而在梯形图控制线路中，图中各软继电器都处在周期性循环扫描接通中，受同一条件制约各个继电器动作顺序决定于程序扫描顺序。这种工作方式有时称为串行工作方式。
2.4 PLC控制系统设计基本原则
(1) 最大限度满足被控对象控制规定。
(2) 在满足控制规定前提下，力求使控制系统简朴、经济、使用和维护以便。
(3) 保证控制系统安全可靠。
(4) 考虑到生产发展和工艺改进在选取PLC容量时应恰当留有余量。
2.5 PLC应用选型
在PLC系统设计时，一方面应拟定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程特点和应用规定是设计选型重要根据。PLC及关于设备应是集成、原则，按照易于与工业控制系统形成一种整体，易于扩充其功能原则选型所选用PLC应是在有关工业领域有投运业绩、成熟可靠系统，PLC系统硬件、软件配备及功能应与装置规模和控制规定相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及关于编程语言有助于缩短编程时间，因而，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程特点、控制规定，明确控制任务和范畴拟定所需操作和动作，然后依照控制规定，估算输入输出点数、所需存储器容量、拟定PLC功能、外部设备特性等，最后选取有较高性能价格比PLC和设计相应控制系统。
1、输入输出（I/O）点数估算
I/O点数估算时应考虑恰当余量，普通依照记录输入输出点数，再增长10%～20%可扩展
余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需依照制造厂商PLC产品特点，对输入输出点数进行圆整。
2、存储器容量估算
存储器容量是可编程序控制器自身能提供硬件存储单元大小，程序容量是存储器中顾客应用项目使用存储单元大小，因而程序容量不大于存储器容量。设计阶段，由于顾客应用程序尚未编制，因而，程序容量在设计阶段是未知，需在程序调试之后才懂得。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，普通采用存储器容量估算来代替。
存储器内存容量估算没有固定公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数10～15倍，加上模仿I/O点数100倍，以此数为内存总字数（16位为一种字），此外再按此数25%考虑余量。
3、控制功能选取
该选取涉及运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和解决速度等特性选取。
（1）运算功能
简朴PLC运算功能涉及逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC运算功能还涉及数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中尚有模仿量PID运算和其她高档运算功能。随着开放系统浮现，当前在PLC中都已具备通信功能，有些产品具备与下位机通信，有些产品具备与同位机或上位机通信，有些产品还具备与工厂或公司网进行数据通信功能。设计选型时应从实际应用规定出发，合理选用所需运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模仿量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。
（2）控制功能
控制功能涉及PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应依照控制规定拟定。PLC重要用于顺序逻辑控制，因而，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模仿量控制，有时也采用专用智能输入输出单元完毕所需控制功能，提高PLC解决速度和节约存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿模仿单元、ASC码转换单元等。
（3）通信功能
大中型PLC系统应支持各种现场总线和原则通信合同（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信合同应符合ISO/IEEE通信原则，应是开放通信网络。
PLC系统通信接口应涉及串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、惯用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配备，通信总线应符合国际原则，通信距离应满足装置实际规定。
PLC系统通信网络中，上级网络通信速率应不不大于1Mbps，通信负荷不不不大于60%。PLC系统通信网络重要形式有下列几种形式：1)PC为主站，多台同型号PLC为从站，构成简易PLC网络；2)1台PLC为主站，其她同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3)PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS子网；4)专用PLC网络（各厂商专用PLC通信网络）。
为减轻CPU通信任务，依照网络构成实际需要，应选取具备不同通信功能（如点对点、现场总线、工业以太网）通信解决器。
（4）编程功能
离线编程方式：PLC和编程器公用一种CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完毕编程后，编程器切换到运营模式，CPU对现场设备进行控