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摘 要：目前，可编程控制器（PLC）广泛用于数控机床等工业控制中，数控机床的控制部分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、卡盘加紧和松开、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。
关键词：可编程控制器；数字控制；顺序控制
一、PLC的发展趋势
PLC是微机技术与继电器常规技术相结合的产物，是顺序控制和徽机控制器的基础上发展起来的新型控制器它不仅光用微处理器的优点来满足各种工业领域的控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的编程语言的表达形式，独具风格的形成一套一件电器为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。PLC现已成为现代工业控制三大支柱之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改程序、具有远程通信功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高束技术与位控高性能模块等优异功能日以取代有大量继中间继电器、时间继电器、计数继电器、等组成的传统传统继电-接触控制系统随着科学技术的迅猛发展，在航天、航空、机械、化工、石油、冶金、轻工、电力、电字、交通、技术监督与测试行业得到广泛應用，而且也正逐步引入到人们有的日常生活中去。可以说，测试技术与自动控制水平的高低是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。
二、PLC的应用领域
在工业发达的国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。随着PLC性能价格比的不断提高，其应用范围不断扩大，主要有以下几个方面。
（一）开关量逻辑控制
PLC具有“与”“或”“非”等逻辑指令，可以实现触点和电路的串、并联，代替继电器组合逻辑控制、定时控制、与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到家庭。
（二）运动控制
PLC使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可以实现单轴、双轴、三轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机的结合在一起。PLC运动控制广泛的用于各种机械，如金属切削机床、金属成型机械、装配机械、机器人、电梯等场合。
（三）闭环的过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D与D/A的转换，并对模拟量实行闭环PID控制。现在的大中型PLC一般都有PID闭环控制功能，之一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。PID闭环控制功能已经广泛的应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。
（四）数据处理
现代的PLC具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能能传送到别的智能装置，或者将他们打印制表。
（五）通信连网
PLC的通信包括主机与远程I/O接口之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其它智能控制设备之间的通信。PLC与其它智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。必须指出，并不是所有的PLC都有上述全部功能，有些小型PLC只有上述的部分功能，但是价格较低。
三、PLC的工作原理
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个阶段。
（一） 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。
（二） 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、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。
数控系统的主要特点：使用数控机床加工工件改变时除了重新装加工件和更换刀具外其它只需改变该零件的加工程序，不需要对机床作任何调整这种通用灵活通迅速适应工件的特点称为柔性，数控机床采用计算机控制所以增加了机床的柔性。数控机床的突出特点是：对零件加工的适应性强，灵活性好，加工精度高，加工质量稳定、加工生产率高能完成复杂型的加工减轻劳动强度有利于生产管理型的顺序控制装置。
PLC适应在工业环境中使用的要求，还具有以下特点：抗干扰能力强、工作可靠。一般PLC硬件都采用屏蔽；电源采用多级滤波；在CPU和I/O之间采用光电隔离措施。在软件方面，PLC具有断电保护和故障自诊断功能，适宜在各种恶劣的环境下，直接安装在机械设备上工作。与现场信号直接连接。针对不同的现场信号，有相应的输入或输出模块可与现场的工业器件直接连接，并通过数据总线与微处理器模块相连接。编程简单。一般使用与继电器电路原理相似的梯形图编程方式，由于简单、形象，故易于现场操作人员的理解和掌握。组合灵活。PLC通常采用积木式结构，便于将PLC与数据总线连接，组合成灵活的控制系统。安装简单、维修迅速方便。PLC对环境的要求不高，使用时只需将检测器件及执行设备与PLC的I/O端子连接无误，系统即可工作。故障的80%以上时出现在外围的输入/输出部件上，能准确快速的诊断故障。
PLC的位置控制、过程控制、数据处理等方面在数控机床中得到了广泛应用，数控装置必须和PLC配合才能完成控制功能。PLC与数控机床的控制可分为二部分：一部分是数字控制；另一部分是顺序控制。一台数控机床从结构上可分为：CNC系统、机床电气、伺服系统和机床本体。
PLC在数控机床中的应用分为二大类：一类是由CNC生产厂家将数控装置和PLC综合起来专为实现数控机床顺序控制而设计制造的，称之为内装型PLC；另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它的输入/输出接口技术规范、输入/输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均满足数控机床控制要求的，称之为独立性PLC。
结束语
数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
参考文献
[1] 《PLC编程及应用（第3版）》 主编廖常初 机械工业出版社 2008.01.0 1
关键词：可编程控制器；数字控制；顺序控制
一、PLC的发展趋势
PLC是微机技术与继电器常规技术相结合的产物，是顺序控制和徽机控制器的基础上发展起来的新型控制器它不仅光用微处理器的优点来满足各种工业领域的控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的编程语言的表达形式，独具风格的形成一套一件电器为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。PLC现已成为现代工业控制三大支柱之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改程序、具有远程通信功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高束技术与位控高性能模块等优异功能日以取代有大量继中间继电器、时间继电器、计数继电器、等组成的传统传统继电-接触控制系统随着科学技术的迅猛发展，在航天、航空、机械、化工、石油、冶金、轻工、电力、电字、交通、技术监督与测试行业得到广泛應用，而且也正逐步引入到人们有的日常生活中去。可以说，测试技术与自动控制水平的高低是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。
二、PLC的应用领域
在工业发达的国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。随着PLC性能价格比的不断提高，其应用范围不断扩大，主要有以下几个方面。
（一）开关量逻辑控制
PLC具有“与”“或”“非”等逻辑指令，可以实现触点和电路的串、并联，代替继电器组合逻辑控制、定时控制、与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到家庭。
（二）运动控制
PLC使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可以实现单轴、双轴、三轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机的结合在一起。PLC运动控制广泛的用于各种机械，如金属切削机床、金属成型机械、装配机械、机器人、电梯等场合。
（三）闭环的过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D与D/A的转换，并对模拟量实行闭环PID控制。现在的大中型PLC一般都有PID闭环控制功能，之一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。PID闭环控制功能已经广泛的应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。
（四）数据处理
现代的PLC具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能能传送到别的智能装置，或者将他们打印制表。
（五）通信连网
PLC的通信包括主机与远程I/O接口之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其它智能控制设备之间的通信。PLC与其它智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。必须指出，并不是所有的PLC都有上述全部功能，有些小型PLC只有上述的部分功能，但是价格较低。
三、PLC的工作原理
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个阶段。
（一） 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。
（二） 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、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。
数控系统的主要特点：使用数控机床加工工件改变时除了重新装加工件和更换刀具外其它只需改变该零件的加工程序，不需要对机床作任何调整这种通用灵活通迅速适应工件的特点称为柔性，数控机床采用计算机控制所以增加了机床的柔性。数控机床的突出特点是：对零件加工的适应性强，灵活性好，加工精度高，加工质量稳定、加工生产率高能完成复杂型的加工减轻劳动强度有利于生产管理型的顺序控制装置。
PLC适应在工业环境中使用的要求，还具有以下特点：抗干扰能力强、工作可靠。一般PLC硬件都采用屏蔽；电源采用多级滤波；在CPU和I/O之间采用光电隔离措施。在软件方面，PLC具有断电保护和故障自诊断功能，适宜在各种恶劣的环境下，直接安装在机械设备上工作。与现场信号直接连接。针对不同的现场信号，有相应的输入或输出模块可与现场的工业器件直接连接，并通过数据总线与微处理器模块相连接。编程简单。一般使用与继电器电路原理相似的梯形图编程方式，由于简单、形象，故易于现场操作人员的理解和掌握。组合灵活。PLC通常采用积木式结构，便于将PLC与数据总线连接，组合成灵活的控制系统。安装简单、维修迅速方便。PLC对环境的要求不高，使用时只需将检测器件及执行设备与PLC的I/O端子连接无误，系统即可工作。故障的80%以上时出现在外围的输入/输出部件上，能准确快速的诊断故障。
PLC的位置控制、过程控制、数据处理等方面在数控机床中得到了广泛应用，数控装置必须和PLC配合才能完成控制功能。PLC与数控机床的控制可分为二部分：一部分是数字控制；另一部分是顺序控制。一台数控机床从结构上可分为：CNC系统、机床电气、伺服系统和机床本体。
PLC在数控机床中的应用分为二大类：一类是由CNC生产厂家将数控装置和PLC综合起来专为实现数控机床顺序控制而设计制造的，称之为内装型PLC；另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它的输入/输出接口技术规范、输入/输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均满足数控机床控制要求的，称之为独立性PLC。
结束语
数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
参考文献
[1] 《PLC编程及应用（第3版）》 主编廖常初 机械工业出版社 2008.01.0 1