电气车床毕业设计.doc

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1、摘要更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，购买新的机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机床改造，不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径。该设计是对C5225立式车床的控制系统的PLC控制改造的研究设计。电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。采用连线少、体积小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系

2、统，来代替电气控制系统中继电器控制逻辑，配以合适的控制系统，可使机床控制功能更加丰富，自动化水平大大提高。此次设计从被控对象的I/O点数和性价比高、综合成本低这几个主要原则出发，主要进行了控制装置选型，PLC的地址分配和用梯形图编辑的PLC控制程序设计。关键词：电气改造；继电器；PLC；梯形图ABSTRACTRetrofitting obsolete old machine tools is an industry developed in the recent years , Purchasing new machines is an important way to improve pro

3、duction precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much . Enterprises equipment updating step are counteracted severly. So General lathes reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency. this design makes a reconstruct

4、ion towards Research and Design for C5225 vertical type lathe Reconstruction on PLC Control. The electrical control system control logic of the hardware connection, relay use machinery series or parallel contacts and other components of the control logic, the attachment is much and complex, large si

5、ze, power, system structure, want to change or add a function more difficult. In addition, relay contact quantity is limited, so the electrical control system of flexibility and expansibility is very limited. My purpose is to use the state of PLC memorizer unit to replace the relay mechanical touch

6、in series or parallel connection in electric control system, Systems controlled by PLC have few line connected and small cubage, little power cost and high control speed as well as precision, and that PLC have count function, which the electric control system dont have commonly. This design on the p

7、rinciple of the number of I/O spot in object controlled and high performance to price ratio and low comprehensive cost . PLCs address distribution and PLC control edited by ladder diagram is mainly designed. Keywords: electric control reconstruction; relay; PLC; ladder program目录第1章 绪论11.1 车床的历史及发展11

8、.1.1 车床的历史11.1.2 车床的诞生及发展11.2 普通机床及C5225立式车床的简介21.2.1 普通机床的基本知识21.2.2 C5225立式车床简介2第2章 系统总设计52.1 PLC控制系统的设计基本内容52.2 PLC控制系统设计原则与步骤52.2.1 PLC控制系统设计的基本原则52.2.2 PLC控制系统设计步骤5第3章 PLC及其在立式车床加工中的应用73.1 可编程控制器的背景73.2 PLC简介73.2.1 PLC的组成73.2.2 可编程控制器的特点93.2.3 PLC的分类103.3 PLC的工作103.3.1 PLC的性能指标103.3.2 PLC工作原理11

9、3.3.3 PLC的编程语言133.4 PLC在我国的车床中的应用16第4章 系统硬件设计174.1 主要电气元件的简介174.1.1 电动机的概述174.1.2 交流接触器和中间继电器184.1.3 保护电气184.1.4 控制电器184.2 PLC的选型194.2.1 PLC选型的基本内容194.2.2 西门子S7-200的控制性能的优点194.2.3 S7-200 PLC功能介绍204.3 I/O地址的分配214.4 I/O接线图23第5章 C5225立式车床控制原理电路图概述及原理分析255.1 车床改造的目的255.2 PLC控制系统与电气控制系统的比较255.3 C5225型立式车

10、床接触器-继电器控制电路概述265.3.1 油泵电动机M2控制265.3.2 主轴电动机M1控制275.3.3 横梁升、降控制285.3.4 刀架控制285.4 C5225型立式车床控制特点295.5 PLC控制梯形图设计295.6 PLC控制指令语句表325.7 线路安装过程中的问题35第6章 总结36参考文献37致谢38附录39第1章 绪论1.1 车床的历史及发展1.1.1 车床的历史公元前二千多年出现的树木车床是机床最早的雏形。工作时，脚踏绳索下端的套圈，利用树枝的弹性是工件有绳索带动旋转，手拿贝壳或石片等作为刀具，沿板条移动工具的切削工作。中世纪的弹性杆棒车床运用的仍是这一原理。十五世

11、纪由于制造钟表和武器的需要，出现了钟表匠用的螺纹车床和齿轮加工车床，以及水力驱动的炮筒鏜床。1500年左右，意大利人奥纳多.达芬奇曾绘制过车床，鏜床，纹加工机床和内圆磨床的构想草图，其中已有曲柄，飞轮，顶尖和轴承等新机构。中国明朝出版的天工开物中也载有磨床的结构，用脚踏的方法是铁盘旋转，加上沙子和水剖切玉石。1979年，英国人莫兹利创造成的车床由丝杆转动刀架，能实现机动进给和车削螺纹，这是机床结构的一次重大变革。莫兹利也因此被称为“ 英国机床工业之父”。随着电动机的发明，机床开始先采用电动机集中驱动，后有广泛使用单独电动机驱动。二十世纪初，为了加工精度更高的工件，夹具和螺纹加工工具，相继创造出

12、坐标鏜床和螺纹磨床。同时为了适应汽车和轴承等工业大量生产的需要，有研制成能自动更换刀具，以进行多工序加工的加工中心。从此，随着电子技术和计算机的发展和应用，使机床在驱动方式，控制系统功能等方面都发生显著变革。1.1.2 车床的诞生及发展 （1）车床的诞生记在发明车床的故事中，最引人注目的是一名叫莫兹利的英国人，因为他于1797年发明了划时代的刀架车床，这种车床带有精密的导螺杆和可互换的齿轮。莫兹利生于1771年，18岁的时候，他是发明家布拉默的得力助手。直到26岁才离开布拉默，因为布拉默粗暴地拒绝了莫兹利提出的把工资增加到每周30先以上的请求。就在莫兹利离开布拉默的那一年，他制造成了第一台螺纹

13、车床，3年以后，莫兹利在他自己的车间制造出了一台更加完善的车床，19世纪，由于高速工具钢的发明和电动机的应用，车床不断完善，终于达到高速度和高精度的现在水平。（2） 车床的发展史车床的发展大致可以分为四个阶段：雏形期，基本架构期，独立动力期与数值控制期，下面针对其发展的过程给予介绍。车床的诞生不是发明出来的，而是逐渐演进而成，早在四千年前就有人利用单的拉弓原理完成钻孔的工作，这是由记录最早的工具机，这段期间可称为雏形期。18世纪开始的工业革命，象征着以工匠主导的农业社会结束，取而代之的强调大量生产的工业社会，由于各种金属制品被大量使用，为了满足金属零件的加工，车床成了关键性的设备，到了19世纪

14、才有完全以铁制零件组合完成的车床，再加上诸如螺杆等传动机构的导入，一部具有基本功能的车床总算开发出来，为其基本结构架。瓦特发明了蒸汽机，机床可由蒸汽机产生的动力来启动车床运转，20世纪初拥有了独立动力源的动力车床（Engine Lathe）终于被开发，也将车床带到新的领域。20世纪中，计算机被发明，不久计算机即被用在工具机上，为数值控制期。 1.2 普通机床及C5225立式车床的简介1.2.1 普通机床的基本知识 车床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱面，圆锥表面，回转曲面和端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于多数机器零件具有回转表面，车床的通用性又较广，因此，在机械制造厂中，车床应用极为广

15、泛，在金属切削机床中占的比例比较大，约占总台数的20%-35%。车床的种类很多，按其结构和用途主要可以分为：a立式车床。b卧式车床和落地车床。 c转塔车床。d单轴和多轴自动，半自动车床。 e仿行车床和多刀车床。f数控车床和车削中心。g各种专门化车床。车床型号的组成：通用车床的型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业自定。型号（从左到右）构成如下：分类代码,类代号,通用特性,结构特性代号,组代号,系代号,主参数或设计顺序号 主轴数或第二主参数,重大改进系号/其他特性代号,企业代号。 车床的类代号：C表1-1 车床的通用特性代号，通用特性高

16、精度精密自动半自动数控仿形轻型代号GMZBKFQ读音高密自半控仿轻1.2.2 C5225立式车床简介C5225立式车床是我国设计制造的金属切削加工车床。它曾经在加工方面具有良好的性能，操作比较方便、外观比较整洁等特点。C5225立式车床为双柱立式车床。如下图1-1为C5225立式车床的结构简图。图1-1 C5225立式车床的结构简图对于立式车床，主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，分单柱和双柱两大类。C5225立式车床由立柱、横梁、滑座、滑枕、刀架、圆形工作台等组成。机床最大加工工件直径2500mm，最大加工

17、工件高度1600mm，最大加工工件净质量10t，工作台直径2250mm，工作台转速16级，工作台转速范围263rmin，工作台的最大扭矩M=61740Nm，交流主电机功率为55kW，刀架水平行程1400mm，刀架垂直行程1000mm。该机床系属万能性双立柱立式车床，具有两个刀架，可以车削圆柱、圆锥和平面，镗圆柱与圆锥孔，供铸铁、钢及有色金属零件的粗精加工之用，一般应用于冶金行业车制各种大型工件。如下图1-2为C5225型立式车床的外观。图1-2 C5225型立式车床的外观1.主运动传动 主运动是车床速度最高、消耗功率最大的运动。主运动传动链的两个末端件是主动机与主轴，它的作用是把动力源的运动及

18、动力传给主轴，是主轴带动工件旋转，实现主运动，并把满足立式车床主轴变速的换向的要求。2.进给运动进给运动是维持切削持续下去的运动。进给运动传动链是实现刀具纵向或横向移动的传动链。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。进给量以工件每转刀架的移动量计算。立式车床在车削螺纹时，进给传动链是内联系传动链。主轴每转刀架当作传动链的两个末端。第2章 系统总设计2.1 PLC控制系统的设计基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，用以完成预期的控制目的与相应的控制要求。因此PLC控制系统设计的基本内容应包括：（1）了解设备电器的工作原理。根据生产的工艺过程分析控制要求，如需完

19、成的动作（动作顺序，必须的保护和连锁等），操作方式（手动、点动、自动、连续等）。根据控制要求确定系统控制方案，进行系统的总体设计。（2）进行PLC控制系统配置的设计，主要为PLC的选择，PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PLC，应包括机型的选择、I/O模块的选择等。（3）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、行程开关等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），这些设备属于一般的电器元件。（4）根据控制要求基本确定I/O点数和模拟量通道数，进行I/O初步分配，绘

20、制I/O接线图（5）程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、语句表程序，控制程序是控制整个系统工作的核心条件，是保证系统工作正常，安全，可靠的关键。（6）联机调试。按照控制电路原理图连接硬件，将编写好的控制程序下载至PLC。进行软硬件联调，如果不满足控制要求，再返回修改程序或检查接线，直到满足控制系统的要求为止。2.2 PLC控制系统设计原则与步骤2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则（1）最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前应深入现场进行调查研究，搜集资料，并拟定电气控制方案。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。（3）保证控制系统安全可靠。（

21、4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的容量时，应适当留有裕量。2.2.2 PLC控制系统设计步骤PLC控制系统的设计步骤图如图2-1所示。图2-1 PLC控制系统的设计步骤图 第3章 PLC及其在立式车床加工中的应用3.1 可编程控制器的背景1969年，在美国出现第一台可编程序逻辑控制器（Programmable Logic ControllerPLC）以来，经过40年的发展，现在已经成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。它应用大规模集成电路、微型机技术和通信技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC系列产品，应用于从

22、继电器控制系统到监控计算机之间的许多过程控制领域。可编程序控制器已和数控技术及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。初期的PLC只是用于逻辑控制场合，代替继电器控制系统。随着微电子技术的发展，PLC以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。目前，可编程序控制器既保留了原来可编程序逻辑控制器的所有优点，又吸收和发展了其他控制装置的优点，包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。在许多场合，可编程序控制器可以构成各种综合控制系统，例如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集和控制系统、图形工作站等等。3.2 PLC简介3.2

23、.1 PLC的组成1）PLC的输入通过对继电器控制特点的介绍和最初通用汽车公司提出的要求分析。PLC要想取代继电器控制，首先要解决外部设备的直接输入问题。由于当时主要集中在开关量控制，也就是开关量（触点的开闭状态）如何直接接入PLC并被PLC所识别，对此就需要解决以下几个问题：有源接入，无源接入，绝缘问题，隔离问题和互相干扰问题。PLC就是一个计算机控制系统，在其发展过程，人们曾将计算机直接用于工业控制，但是由于以下两大问题没有解决好而难以发展：一是I/O（输入/输出）问题，计算机不能直接和工业现场设备连接现在了应用；二是计算机的I/O功能，开关逻辑处理不够丰富和强大。现在的PLC成功的解决了

24、这两个方面的问题，可以让PLC和外部设备直接进行物理的连接。计算机的内部提供了丰富的从位逻辑到双字运算的强大的运算功能，使其能够完成复杂的控制功能，这也是PLC能够迅速发展的原因。2） PLC的输出输出问题主要是接点的驱动能力问题，或者说是带负载能力和输出方式的问题。输出动作次数的限制，是保证PLC的输出接点能否驱动接触器、电磁阀这样的控制执行元器件的问题至少要能直接驱动中间继电器。现在的PLC产品已经完全有能力驱动这些元器件,并提供了多种输出方式且动作次数可保证万次无故障的产品。3）PLC的控制机制PLC已经完全取代继电器控制系统。只要对其控制机制有了准确的理解，才能对其持续的开发并创造性的

25、使用它。I/O电路已经保证了PLC与现场设备的直接连接，并在内部寄存器存储了这些状态。但是，为了取代继电器的控制，更重 要的是如何组织和使用这些开关量，从而达到软件程序代替硬件连线的目的。在这里通过对继电器的控制的电路的特点的介绍，已经知道继电器控制电路的特点在于各个控制单元是否动作是由其接点条件控制的，并不受其前后位置的影响。同一时刻，可有多个不同的控制单元继电器的动作（翻转），控制的结果、逻辑动作顺序也是由接点条件来控制的。这于计算机顺序执行的工作的特点是矛盾的。主要体现在：一是乱序，只要条件满足就执行；而另一个是顺序执行。PLC充分利用了计算机存储程序的思想和高速的特点，采用了控制系统中

26、的离散控制方式，使它的控制能够完全代替继电器的控制。具体的说就是将连续的控制用离散的控制代替，如下式： Y(n)=f(x(n-1),y(n-1) 式中，Y（n）为某一时间段的输出值； Y（n-1）为上一时间段的输出值； X（n-1）为上一时间段某一时刻的输入值； F为他们应满足的控制关系。即某一时间段的输出完全取决于上一时间某一时刻的输入和上一时间段的输出。至于上一时间段的输出，在参加计算的时候，只是存储在映像寄存器中的输出结果，执行运算过程中并不修改端子的输出值。真实的输出已表现在端子的接点上，并要保持一个时间段，也就是采取集中输出的方式，在计算的过程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而

27、不会对先阶段的输出产生影响。这样只要时间段足够短，并且PLC周而复始的运行着就完全可以模仿继电器的控制并且取代它。由于采用集中I/O的思想，其I/O状态存储在寄存器中，可以充分发挥计算机的强大逻辑家能力，以完成更复杂的控制功能。PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行I/O变换，并将这个变换物理实现，应用与工业现场。（1）输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由相互如开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读其值，但是不可以写或进行修改。（2）输出寄存器输出寄

28、存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的真实输出值，在程序执行过程中，CPU可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。（3）存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能修改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功

29、能。（4）CPU单元CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中的程序的解释执行工作，是PLC的大脑。（5）其他单元接口其他单元接口用语提供PLC与其他设备和模块进行连接通信的物理条件。可编程控制器其具体的基本结构如下图3-1所示。图3-1 可编程序控制器的基本结构3.2.2 可编程控制器的特点1可靠性高。由于可靠性是用户选用的首位依据，因此，每个PLC生产厂都将可靠性作为第一指标而加以研制，以单片机为核心，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施，使PLC的平均无故障时间达到30万小时以上，使用寿命更长。2控制功能强。PLC具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、四则运算

30、和数据传送等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。3编程方便，易于使用。PLC采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编，深受电气技术人员和电工的欢迎，容易推广应用。PLC可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技术改造。4使用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。5具有各种接口，与外部设备连接非常方便。6采用积木式结构或模块式结构，具有较大的灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。7维修方便。PLC上有I/O指示灯（LED），哪个I/O元件有故障，一目了然。8可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不用更改硬接线，灵活性大，适应性强。3.2.3 PLC的分类不同的

31、分类标准会造成不同的分类结果，PLC常用的分类方式有如下两种。按其I/O点数一般分为微型（32点以下）、小型（128点以下）、中型（1024点以下）、大型（2048点以下）、超大型（从2048点以上可达8192点以上）5种。按结构可分为箱体式、模块式和平板式3种。3.3 PLC的工作3.3.1 PLC的性能指标（1）存储容量这里专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型PLC的存储容量变化范围一般为2KB2MB。（2）I/O点数 I/O点数，即PLC面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多，外部可以连接的I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一

32、。（3）扫描速度 扫面速度是指PLC执行程序的快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的吻合程度。从自动控制的观点来看，决定了系统的实时性和稳定性。（4）指令的多少她是衡量PLC能力强弱的标志，决定了PLC的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。（5）内部寄存器的配置和容量 它直接对用户编制程序提供支持，对PLC指令的执行速度及可完成的功能提供直接的支持。（6）扩展能力 扩展能力包括I/O点数的扩展和PLC功能的扩展两方面的内容。（7）特殊功能单元 特殊功能单元种类多，也可以说PLC的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。3

33、.3.2 PLC工作原理1）循环扫描CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通讯请求、执行CPU自诊断测试及写输出等等内容。PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。他意识周而复始的循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分的内容。典型的PLC在一个周期中可以完成以下5个扫描过程。（1）自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠行，及时放映所出现的故障，PLC都具有自监视功能。（2）与网络进行通讯的扫描过程。一般小型系统没有

34、这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通讯扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。（3）用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一个扫描周期内都包含该扫描过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短会影响过程所用的时间。（4）读输入、写输出扫描过程。机器在正常运行状态下，每一个扫描周期都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CUP在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的，运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映象寄存器：一个为输入映象寄存器，另一个为输出映象寄存器。用户

35、程序所用的输入值是输入映象寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器：在输出扫描过程中CPU把输出映像寄存器的值的输出点。 循环扫描有如下特点：（1）扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。（2）输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。（3）对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。（4）各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。 在读输入阶

36、段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入映象寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映象寄存器和输出映象寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映象寄存器。在程序执行期间，即使输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变输入端子状态变化只能在下一个周期的输入阶段才被集中读入。输入/输出采用映象寄存器的优点：（1） 集中采用I/O，程序扫描期间输入值固定不变，程序执行完后统一输出，这种I/O的方式保证的程序的顺序执行与外部电路乱序执行的统一，使系统更加稳定可靠。（2）程序执行时，存取映象寄存器要

37、比读写I/O端点快的多，这样可以加快程序执行速度。（3）I/O点必须按位存取，而映象寄存器可按位、字节、字、双字灵活的存取，增加了程序的灵活性。在执行程序时，其输入输出的信号传递过程如下图3-2 PLC信号的传递过程所示。图3-2 PLC信号的传递过程2） I/O响应时间由于PLC采用循环扫描的工作方式，而且对输入和输出信号只在没个扫描周期的固定时间集中输入/输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号滞后的现象。扫描周期越长，滞后现象越严重。响应时间由输入延迟、输出延迟和程序执行时间部分决定。（1）PLC输入电路设置了滤波器，滤波器的常数越大，对输入信号的延迟作用越强。输入延迟是由硬件决定的，有

38、的PLC滤波器时间常数可调。（2）从输出锁存器到输出端子所经历的时间称为输出延迟，对于不同的输出形式，其值大小不同。它也是由硬件决定的，对于不同信号的PLC可以通过查表得到。（3）程序执行时间主要由程序长短来决定，对于一个实际的控制程序，编程人员须对此进行现场测算，使PLC的响应时间控制在系统允许的范围内。在最有利的情况下，输入状态经过一个扫描周期在输出得到响应的时间，称为最小I/O响应时间。在最不利的情况下，输入点的状态恰好错过了输入的锁入时刻，造成在下一个输出锁定才能被响应，这就需要两个扫描周期时间，称为最大I/O响应时间。它们是由PLC的扫描执行方式决定的，与编程方法无关。3） PLC中

39、的存储器PLC中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器。（1）系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的PLC的指令的系统编写的系统程序，它决定了PLC的功能，用户不能更改其内容。 （2）用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。 （3）用来存储工作数据的区域称为工作数据区。3.3.3 PLC的编程语言PLC的硬件系统中，与PLC的编程应用关系最直接的要算数据存储器。计算机运行处理的是数据，数据存储在存储区中，找到待处理的数据一定要知道数据的存储地址。PLC和其他的计算机一样，为了使用方便，数据存储器都作了分区，为了每个存储单元编排了地址，并且经机内系统

40、程序为每个存储单元赋予了不同的功能，形成了专用的存储元件。这就是前面提到过的编程的“软”元件。为了理解方便，PLC的编程元件用“继电器”命名， 认为它们象继电器一样具有线圈以及触点，并且线圈得电，触点动作。当然这个线圈和触点只是假象，所谓线圈得电不过是存储单元置1，线圈失电，不过就是存储单元置0，也正因为如此，我们称之为“软”元件。但是这种“软”继电器也有个突出的好处，可以认为它们具有无数多对动合动断触点，因此每取用一次它的触点，不过是读一次它的存储数据而已。1）PLC的编程结构功能图 任何语言都有编程的对象和基础，重要介绍梯形图语言和语句表语言，而功能图是理解这两种语言的基础。输入继电器是由

41、外部输入驱动的，梯形图中只能使用其介入点状态值，用户不能改变输入继电器的状态。辅助继电器的种类和多少决定了PLC控制功能的强弱，相当于工作寄存器的多少和功能的强弱。实际的PLC中并没有图中的物理继电器，用继电器来表示PLC的内部功能结构是为了使习惯于继电器控制的工程技术人员更好的理解PLC的功能，更好的使用PLC，就像他在设计继电器控制电路一样。梯形图语言是一种图形化的语言，是一种面向控制过程的“自然语言”。梯形图编程语言形象、直观、准确的描述了逻辑控制关系，容易被广大的工程技术人员所掌握。如图3-3所示为PLC内部的结构功能示意图。PLC与被控对象所连接的只是I/O条件，而I/O之间的组合控

42、制关系需要用软件的方法来描述清楚，梯形图是一种描述方法，当然还有语句等表示其他的语言。语言的支持取决于厂家开发的系统程序只要将其输入PLC的用户程序存储器中，PLC就能够直接解释并实现I/O间的控制关系。当控制关系发生改变时，只要修改梯形图程序，重新输入到PLC的存储器即可。 图3-3 PLC内部的结构功能示意图2 ）梯形图编程语言PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。PLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、功能图、逻辑方程等。梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符

43、来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。一般而言，梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。逻辑通常被分解成小的容易理解的片，这些片通常被称为“梯级”或网络。程序一次扫描执行一次网络，按照从做到右、从上到下的顺序进行。一旦CUP执行到程序的结尾，就又从上到下执行程序。在每一个网络中，指令以列为基础被执行，从上而下、从左到右依次执行，直到本网络的最后一个线圈列。因此为了充分利用存储器容量，使扫描时间尽可能短，利用梯形图编程时应限制触点之间的距离，并使网络左上边这部分空白最少。其中，串联触点较多的支路要写在上面，并联支路应写在左边，线圈

44、放于触点的右边。如图3-4 所示是用PLC控制的梯形图程序，可完成与继电器控制的电动机直接起、停（起、保、停）继电器控制电路图相同的功能。梯形图和继电器控制电路图很相似，这是可以用PLC控制取代继电器控制的基础，可以把经过实践证明设计是成功的继电器电路图进行转换，从而设计出具有相同功能的PLC控制程序，充分发挥PLC的功能完善、可靠性高、控制灵活的特点。当然，它们还是存在着本质上的区别，主要表现如下所述。图3-4 梯形图（1）继电器控制电路中使用的继电器是物理的元器件，继电器与其他控制电器之间的连接必须通过硬件连接线来完成。PLC中的继电器是内部的寄存器位，称为“软继电器”，它具有物理继电器相

45、似的功能。当它的“线圈”通电时，其所属的常开触点闭合，常闭触点断开；当它的线圈断电时，其所属的常开触点和常闭触点均恢复常态。PLC梯形图中的接线称为“软接线”，这种“软接线”是通过编程来实现的，具有更改简单、调试方便等特点。而继电器控制电路图是点线连接图，相对来素施工困难、更改费力。（2）PLC中的每一个继电器都对应着一个内部的寄存器，由于可以随时不受限地读取其内容，所以，可以认为PLC的继电器有无数个常开、常闭触点供用户使用。PLC梯形图中的触点代表的是“逻辑”输入条件、外部的实际开关、按钮或内部的继电器触点条件等。而物理继电器的触点个数是有限的。（3）PLC的输入继电器是由外部信号驱动的，

46、在梯形图中只能用其触点，这在物理继电器中是不可能的。线圈通常代表“逻辑”输出结果，如灯、电机启动器、中间继电器、内部输出条件等。（4）继电器控制系统中是按照触点的动作顺序和是延迟逐个动作的，动作顺序与电路图的编写顺序无关。PLC按照扫描方式工作，首先采取输入信号，然后对所有梯形图进行计算，造成了宏观与动作顺序的无关，但是微观上在一个时间段上的是实际执行顺序与梯形图的编写顺序一致而不是无关的。（5）PLC梯形图中的两根母线以失去原有的意义，它只表示一个梯形的起始和终了，并无实际电流通过，假象的概念电流只能从左向右流。为了充分发挥CPU的逻辑运算功能，设置了大量的称为盒的附加命令，如定时器、计算器

47、、格式转换、模拟量I/O、PID调节或数学运算指令等，充分的发挥了计算机的强大计算功能，他们与内部继电器一起完成PLC的各种复杂控制功能。3.4 PLC在我国的车床中的应用传统的继电器接触器控制系统由于其结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中曾占主导地位，但是继电器接触器控制有着明显的缺点：设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变；因此对于程序固定，控制过程不太复杂的系统还是适合的。但是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，所以当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜就要改接或更改，通用性和灵活性较差。但可编程序控制器（PLC）以其完善的功能，很强