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第二章 可编程序控制器的基础知识
2.1 可编程序控制器的基本组成及发展
可编程序控制器，简称PC，因早期主要用于开关量的逻辑控制，因此也成为PLC，即可编程序逻辑控制器 。现代的可编程序控制器是以微处理器为基础的,高度集成化的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。可编程序控制器是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。目前它已被广泛的应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。
随着科技技术的迅猛发展，PLC应用的领域也越来越多。PLC的发展主要向以下几个方向发展：
（1）大型化。主要是向分布式控制系统方面发展，是系统具有DCS方明的功能。 （2）高可靠性。由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，PLC已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛地应用于现有产品中，许多公司已经推出了高可靠性的冗余系统。
（3）多功能。为了适应各种特殊功能的需要，在原有智能模块的基础上，各公司日益推出了新的功能模块。
（4）小型化、低成本、简单易用。随着市场的扩大和用户投资规模的不同，许多公司也开始重视小型化、低成本、简单易用的系统。
（5）编程语言向高层次发展。PLC的编程语言在原有的梯形图语言、顺序功能块语言和指令语言的基础上，不断丰富，并向高层次发展。
2.2 PLC的结构及工作原理
PLC实际上就是一种工业控制计算机，PLC也与计算机控制系统的组成十分相似，也是有中央处理单元、存储器、输入\\输出接口、I\\O扩展接口、外部设备接口、编程器、电源等组成。
PLC运行时，需要进行大量的操作，这迫使PLC中的CPU只能根据分时操作原理，按一定的顺序，每一时刻执行一个操作，这种分时操作的方式称为CPU的扫描工作方式，也称PLC的工作方式为循环扫描工作方式。PLC在初始化后，进入循环扫描。PLC
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一次扫描的过程，包括内部处理、通信服务、输入采样、程序处理、输出刷新共五个阶段，其所需的时间称为扫描周期。
PLC再进入初始化后，主要是将所有内部继电器复位，输入输出暂存器清零，定时器预置，识别扩展单元等，以保证它们进入循环扫描后能完全正确无误地工作。在内部处理阶段,PLC自行诊断内部硬件是否正常，并把CPU内部设置的监视器自动复位等。在通信服务阶段，PLC与上下位机通信 ，与其他带微处理器的智能装置通信，接收并根据优先级别处理来自 他们的中断请求，响应编程器输入的命令，更新编程器显示的内容等。当PLC处于停止状态时，PLC只循环完成内部处理任务，通信服务工作。当PLC处于运行状态时，除完成内部处理和通信服务的操作外，还要完成输入采样、程序处理、输出刷新三个阶段的工作。
PLC用户程序执行的过程分为输入采样、程序处理、输出刷新三个阶段。输入采样阶段，PLC读入所有输入端子的状态，并将个状态存入暂存器。同时输入暂存器的刷新仅仅在输入采样阶段完成，输入端状态的每一次变化，只有在一个扫描周期的输入采样阶段才会被读入。在程序处理阶段，PLC以从左至右、自上而下的顺序，对用户程序的指令逐条扫描，运算。在处理每一条用户程序指令的同时，PLC根据用户程序指令的需要，从输入暂存器或输出暂存器读取所需的内容，然后进行算术逻辑运算，并将运算结果写入输出暂存器中。在输出刷新阶段，输出暂存器将上一阶段中最终存入的内容转存入输出锁存器中。而输出锁存器所存入的内容，作为PLC输出的控制信息，通过输出端去驱动输出端所接的外部负载。
2.3 可编程序控制器的特点
可编程序的特点极好的解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要的特点如下：
（1）可靠性高抗干扰的能力强。
PLC的故障平均间隔时间可达几十万小时。PLC循环扫描的工作方式极大地减少软故障的发生。一些高档的PLC采用双核进行工作，一旦其中一个发生故障，PLC仍可正常工作，并对损坏的那个进行维修或更换。除此之外，PLC还采用了软件与硬件的干扰措施。
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硬件方面：在微处理器与I\\O电路之间，采用了光电隔离措施，有效的抑制了外部干扰对PLC的影响。还可以防止外部电压进入CPU模块。此外有些模块还设置了联锁保护、自诊断电路等。
软件方面：设置了故障检测与诊断程序。PLC在每一次循环扫描的内部处理期间，检测系统硬件是否正常，电池电压是否过低，外部环境是否正常。当软故障条件出现时，立即把现状态的重要信息存入指定暂存器，软硬件配合封闭储存器。如此，一旦外部环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作。
（2）编程简单，使用方便。
目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，这是一种面向生产，面向用户的编程方式，有常用的微机语言相比更容易被操作人员接受并掌握。一些PLC还针对具体问题，设计了诸如步进梯形指令，功能图和功能指令等，进一步简化了编程。
（3）设计、安装容易，维护工作量小
由于PLC已经实现了产品的系列化、标准化、通用化，用PLC组成控制系统，在设计、安装调试和维修等方面，表现出了明显的优越性。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中的大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计，安装接线工作大为减少。模拟调试好后再将PLC控制系统安装到现场，这样既安全有快速方便，大大的缩短了应用设计和调试周期。
（4）功能完善、通用性强
现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还有A\\D、D\\A转换，数值运算和数据处理等功能。因此，即可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制；即可控制单台设备，也可控制一条生产线或全部生产工艺过程。
（5）体积小、耗能低
由于体积小，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 （6）性价比高
总之，PLC系统的特点就是:可靠、方便、通用、价廉。
2.4 可编程序控制器的应用领域
目前，PLC在国外已经广泛的应用于冶金、水泥、石油、化工、机械制造、汽车、轻工业等行业。大致可分为以下几个领域。
（1）逻辑控制
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利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能进行逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，可用于单片机控制、多机群控制、生产自动线控制等。
（2）位置控制
较高档次的PLC都有拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，PLC把描述目标位置的数据传送给位置控制模块，模块控制一轴或数轴移动到目标位置。当每个轴移动时，由位置控制模块控制轴保持适当的速度和加速度，确保运行平滑。
（3）过程控制
大中型PLC具有多路模拟量输入输出和PID控制，有的小型PLC也带有模拟量输入输出。因此PLC可用于模拟量控制，具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制系统，用于过程控制。
（4）监控系统
PLC具有较强的监控功能。它能记忆某些异常情况或发生异常情况时自动终止运行。利用PLC组成监控系统，可进行数据的采集与处理，监控生产过程的等。
（5）集散控制
随着计算机控制技术的发展，国外近几年几乎兴起了工厂自动化网络系统。PLC与PLC之间，PLC与上位机之间联网起来，通过光缆传送信息，构成分布式控制系统制系统
第三章 铣床的硬件结构
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