第二章數(shù)控系統(tǒng)(6、7節(jié))

數(shù)控機(jī)床與編程寧波大學(xué)工學(xué)院2013.2第二章數(shù)控系統(tǒng)及工作原理

第一節(jié)概述第二節(jié)數(shù)控插補(bǔ)原理第三節(jié)數(shù)控補(bǔ)償原理第四節(jié)位移與速度檢測(cè)第五節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)與控制第六節(jié)CNC裝置第七節(jié)CNC系統(tǒng)中的可編程控制器（PLC）

CNC系統(tǒng)包括CNC裝置、PLC和部分輸入／輸出設(shè)備，其核心是CNC裝置。

CNC裝置由硬件和軟件構(gòu)成，軟件在硬件的支持下完成所要求的數(shù)控功能。

CNC硬件構(gòu)成（圖）CNC系統(tǒng)的主要功能：接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理、計(jì)算、發(fā)出各種控制命令即輸出相應(yīng)的指令脈沖，以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。第六節(jié)CNC裝置1.

CPU中央處理器CentralProcessingUnit

2.總線BUS3.存儲(chǔ)器RAMEPROM4.輸入輸出接口I/O5.手動(dòng)輸入與顯示器MDI/CRT/LCD6.位置控制單元與速度控制單元7.PLCProgrammableLogicController8.紙帶閱讀機(jī)CNC裝置的硬件構(gòu)成CNC系統(tǒng)的硬件組成CNC裝置的軟件是為實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)的各項(xiàng)功能而編制的專(zhuān)用軟件，又稱(chēng)為系統(tǒng)軟件。由管理軟件和控制軟件兩大部分組成。CPU的作用微型處理器CPU由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器的功能：數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯墓δ埽孩艑⒋鎯?chǔ)器中的程序指令進(jìn)行譯碼。⑵繼而向CNC裝置的執(zhí)行部件發(fā)出控制信號(hào)。⑶接收?qǐng)?zhí)行部件的反饋信息。微處理器（CPU）主要擔(dān)負(fù)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)控制任務(wù)。數(shù)據(jù)處理包括：譯碼、刀補(bǔ)、速度處理。實(shí)時(shí)控制包括：插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、各種輔助功能控制。存儲(chǔ)器EPROM

可編程只讀存儲(chǔ)器，又稱(chēng)程序存儲(chǔ)器，用于存放CNC裝置的系統(tǒng)程序，其上的內(nèi)容只能由CNC裝置的生產(chǎn)廠家寫(xiě)入（固化），它只能由CPU讀出，一般不能寫(xiě)入新內(nèi)容。RAM

隨即存儲(chǔ)器，又稱(chēng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存放用戶編寫(xiě)的加工程序和加工運(yùn)算的結(jié)果。CRTCathodeRayTube

LCDLiquidCrystalDisplayMDIManualDateInputPLC數(shù)控系統(tǒng)中利用可編程控制器的邏輯運(yùn)算功能實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)量的控制。CNC控制過(guò)程：根據(jù)輸入的信息即加工程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡信息，繼而輸出到執(zhí)行部件，加工出所需要的零件。一、數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)類(lèi)型按CNC裝置中各印制電路板的插接方式，可以分為大板式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)。按CNC裝置中微處理器的個(gè)數(shù)，可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。按CNC裝置硬件的制造方式，可以分為專(zhuān)用型結(jié)構(gòu)和通用型結(jié)構(gòu)。按CNC裝置的開(kāi)放程度又可分為封閉式結(jié)構(gòu)、PC嵌入NC式結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。（一）大板式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)

1．大板式結(jié)構(gòu)

由主電路板、位置控制板、PLC板、圖形控制板和電源單元等組成，其特征是將主電路做成大塊印制電路板，稱(chēng)為主板，其他電路制成小板，可插在大板的插槽內(nèi)。主板上是控制核心電路，稱(chēng)微機(jī)基本系統(tǒng)，由CPU、存儲(chǔ)器（ROM和RAM）、定時(shí)和中斷等控制電路組成。通常還將CNC裝置一些特有的功能電路（如位置控制電路）和對(duì)外接口也制作在主板上。大板式結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，但其硬件功能不易變動(dòng)，柔性低。FANUC6MBCNC系統(tǒng)采用大板式結(jié)構(gòu)。2．模塊式結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)是將整個(gè)CNC裝置按功能劃分為若干個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊按模塊化方法做成尺寸相同的印制電路板（稱(chēng)為功能模板），各板均可插接到符合相應(yīng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線的母板插槽內(nèi)。對(duì)應(yīng)各功能模塊的控制軟件也是模塊化的。

常用的功能模板有CPU板、擴(kuò)展存儲(chǔ)器板、位置控制板、PLC板、圖形板和通信板等。連接各模板的總線可選用各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，如工業(yè)PCI（PeripheralComponentInterconnect）總線、STD總線等。

模塊化結(jié)構(gòu)的CNC裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，調(diào)試與維修方便，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。

FANUC15系列的CNC系統(tǒng)就采用了模塊式結(jié)構(gòu)。

（二）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)

1．單微處理器結(jié)構(gòu)

只有一個(gè)CPU，集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，主要用于經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床。優(yōu)點(diǎn)：投資小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：系統(tǒng)功能受到CPU字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制。在CNC系統(tǒng)發(fā)展的初期使用較多，現(xiàn)在已經(jīng)被多微處理器的主從結(jié)構(gòu)取代。單微處理機(jī)CNC結(jié)構(gòu)圖2．多微處理器結(jié)構(gòu)

按各CPU之間的關(guān)系又分成主從、多主和分布三種不同的結(jié)構(gòu)。

（1）主從式結(jié)構(gòu)

（2）分布式結(jié)構(gòu)

每個(gè)CPU都有自己完整和獨(dú)立的系統(tǒng)，即功能模塊。在每個(gè)功能模塊內(nèi)，CPU有自己的運(yùn)行環(huán)境（總線、存儲(chǔ)器、操作系統(tǒng)等），各功能模塊之間采用松耦合，即在空間上可以較分散，通過(guò)一條外部通信鏈路連接在一起，采用通信的方式交換信息和共享資源。

（3）多主結(jié)構(gòu)

多主結(jié)構(gòu)的多微處理器CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上主CPU及其功能模塊對(duì)系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)，這些功能模塊之間采用緊耦合，即采用總線互連方式，有集中的操作系統(tǒng)，可共享資源。多個(gè)主CPU之間通過(guò)總線仲裁器來(lái)解決并行總線的爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器來(lái)交換信息。典型的有共享總線結(jié)構(gòu)、共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。

1）功能模塊①CNC管理模塊：主要完成初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯(cuò)識(shí)別和處理、系統(tǒng)硬件與軟件診斷等功能，負(fù)責(zé)管理和組織整個(gè)CNC裝置有條不紊地工作。②CNC插補(bǔ)模塊：主要完成插補(bǔ)前預(yù)處理和實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算。③位置控制模塊：負(fù)責(zé)對(duì)插補(bǔ)輸出的指令位置（或位移）和檢測(cè)反饋的實(shí)際位置（或位移）進(jìn)行比較并獲得位置偏差，進(jìn)行速度和位置控制。④PLC（或PMC）模塊：負(fù)責(zé)對(duì)零件程序中的開(kāi)關(guān)量順序控制指令(S、M、T)、來(lái)自機(jī)床操作面板的控制信號(hào)和機(jī)床上各行程開(kāi)關(guān)的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的啟停、換刀、轉(zhuǎn)臺(tái)分度、工件計(jì)數(shù)等功能，以及各功能和操作方式之間的聯(lián)鎖等。⑤輸入輸出和顯示模塊：用于零件程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)以及各種操作命令的輸入輸出和各種信息的顯示。⑥存儲(chǔ)器模塊：提供程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器以及各功能模塊間數(shù)據(jù)傳送用的共享存儲(chǔ)器。

2）共享總線結(jié)構(gòu)

主模塊從模塊3）共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

（三）專(zhuān)用型結(jié)構(gòu)和通用型結(jié)構(gòu)

1．專(zhuān)用型結(jié)構(gòu)：由各制造廠專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造，具有布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊、專(zhuān)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。封閉式的體系結(jié)構(gòu)。如FANUC系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)、美國(guó)A-B系統(tǒng)等。目前在生產(chǎn)中使用的數(shù)控設(shè)備大多數(shù)都是采用這類(lèi)CNC裝置。2．通用型結(jié)構(gòu)：

以工業(yè)PC機(jī)作為硬件支撐平臺(tái)，再根據(jù)數(shù)控功能的需要插入專(zhuān)用控制卡，與數(shù)控軟件一起構(gòu)成相應(yīng)CNC裝置。開(kāi)放性和可維修性好。目前，世界各國(guó)都在致力于這類(lèi)CNC系統(tǒng)的研發(fā)。美國(guó)ANILAM公司和AI公司生產(chǎn)的CNC裝置均屬這種類(lèi)型。（四）封閉式結(jié)構(gòu)、PC嵌入NC式結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)

1．封閉式結(jié)構(gòu)

封閉式結(jié)構(gòu)CNC裝置的功能擴(kuò)展、改變和維修，都必須求助于系統(tǒng)供應(yīng)商，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)這些方面是不開(kāi)放的。

FANUC0、MITSUBISHIM50、SIEMENS810等系統(tǒng)都屬于封閉體系結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。2．PC嵌入NC式結(jié)構(gòu)

采用在CNC裝置內(nèi)部加裝PC的方法來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展功能，使CNC系統(tǒng)具有一定的開(kāi)放性。但由于其基礎(chǔ)部分仍然是傳統(tǒng)的CNC系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)還是不開(kāi)放的，用戶無(wú)法介入系統(tǒng)的核心。FANUC18i和16i、SIEMENS840D、Numl060、AB9／360等CNC系統(tǒng)均是這種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，但價(jià)格昂貴。3．NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)這類(lèi)CNC系統(tǒng)由開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制卡加PC機(jī)構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)控制卡本身就是一個(gè)CNC系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用，通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和順序邏輯控制能力。美國(guó)DeltaTau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMACCNC系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL640CNC數(shù)控系統(tǒng)等。4．軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)

數(shù)控軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，用戶只需選配計(jì)算機(jī)及其與伺服系統(tǒng)和外設(shè)之間的標(biāo)準(zhǔn)化接口。用戶可以在WindowsNT平臺(tái)上，利用開(kāi)放的CNC內(nèi)核，開(kāi)發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類(lèi)型的高性能CNC系統(tǒng)。典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)PowerAutomation公司的PA8000NT等。

5．開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的定義

參照IEEE對(duì)開(kāi)放式系統(tǒng)的規(guī)定，一個(gè)真正意義上的開(kāi)放式CNC系統(tǒng)必須具備使不同應(yīng)用程序協(xié)調(diào)地運(yùn)行于系統(tǒng)平臺(tái)上的能力，提供面向功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)工具以及標(biāo)準(zhǔn)化的用戶界面，并應(yīng)具有以下特征：1）按分布式控制原則，采用系統(tǒng)、子系統(tǒng)和模塊等分級(jí)式控制結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造應(yīng)是可移植的和透明的。2）根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)重構(gòu)和編輯，以便實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)多種用途。3）各模塊相互獨(dú)立，系統(tǒng)廠、機(jī)床廠和最終用戶都可很容易地把一些專(zhuān)用功能和有個(gè)性的模塊加入平臺(tái)中。通過(guò)系統(tǒng)的初始化設(shè)置實(shí)現(xiàn)功能分配，允許機(jī)床廠、用戶對(duì)系統(tǒng)實(shí)施補(bǔ)充、擴(kuò)展、裁減或修改。4）具有一種較好的通信和接口協(xié)議，以使各相對(duì)獨(dú)立的功能模塊互相交換信息，并滿足實(shí)時(shí)控制的要求。二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

1．多任務(wù)

2．并行處理：

3．實(shí)時(shí)性

（一）CNC裝置的任務(wù)特點(diǎn)

控制任務(wù)：譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)、位置控制等

管理任務(wù)：輸入、I/O處理、顯示、診斷等

加工、顯示、I/O處理、故障診斷等同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)

弱實(shí)時(shí)性任務(wù)（編輯、顯示等）

實(shí)時(shí)突發(fā)性任務(wù)（急停、故障等）

實(shí)時(shí)周期性任務(wù)（插補(bǔ)、位控等）

（二）CNC裝置的軟件特點(diǎn)

1．資源分時(shí)共享并行處理在一定的時(shí)間長(zhǎng)度（通常稱(chēng)為時(shí)間片）內(nèi)，根據(jù)系統(tǒng)各任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求程度，規(guī)定它們占用CPU的時(shí)間，使它們按規(guī)定順序分時(shí)共享系統(tǒng)的資源，進(jìn)行各任務(wù)的處理。2．時(shí)間重疊流水處理

其關(guān)鍵是時(shí)間重疊，即在每一段較小的時(shí)間間隔內(nèi)，不再僅處理一個(gè)子過(guò)程，而是處理兩個(gè)或更多的子過(guò)程。這樣一來(lái)，每個(gè)程序段的輸出之間的時(shí)間間隔大為減小，從而保證了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和刀具移動(dòng)的連續(xù)性。

3．實(shí)時(shí)中斷處理CNC裝置軟件的另一個(gè)重要特征是實(shí)時(shí)中斷處理，CNC裝置的多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性決定了中斷處理成為其軟件必不可少的重要組成部分。1）外部中斷（外部監(jiān)控終端、操作面板輸入中斷等）2）內(nèi)部定時(shí)中斷（插補(bǔ)周期定時(shí)、位置采樣周期定時(shí)中斷等）3）硬件故障中斷（存儲(chǔ)器出錯(cuò)、插補(bǔ)運(yùn)算器超時(shí)等中斷）4）程序性中斷（程序中運(yùn)算溢出報(bào)警等）

（三）CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

所謂CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)軟件的任務(wù)（程序）組織管理方式。不同的軟件結(jié)構(gòu)，對(duì)各項(xiàng)任務(wù)的安排方式不同，管理方式也不同。在單CPU的CNC裝置中，常采用前后臺(tái)型或多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)。在多CPU的CNC裝置中，各CPU分別承擔(dān)一定的任務(wù)，具有很高的并行處理能力，其中某個(gè)CPU承擔(dān)多任務(wù)時(shí)，仍然采用前后臺(tái)型或多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)。如果某個(gè)CPU承擔(dān)的任務(wù)比較單一，該CPU的軟件可以是循環(huán)往復(fù)式的結(jié)構(gòu)，即順序執(zhí)行程序結(jié)構(gòu)。

1．前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)

2．多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)

三、典型CNC系統(tǒng)簡(jiǎn)介1．FANUCCNC系統(tǒng)簡(jiǎn)介

FANUC生產(chǎn)的CNC裝置有F0，F(xiàn)10/11/12，F(xiàn)15，F(xiàn)16，F(xiàn)18等系列。F0Mate為F0系列的派生品。它與F0系列比較，是功能簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)更為緊湊的經(jīng)濟(jì)型CNC裝置。F00/100/110/120/150系列是在F0/10/11/12/15系列的基礎(chǔ)上加了MMC（Manmachinecontroller）功能，即CNCPMCMMC三位一體的CNC系統(tǒng)。目前FANUC公司的主流CNC系統(tǒng)為FANUC0系列，它的主要特點(diǎn)是體積小，價(jià)格低。FANUC0系列是多微處理器CNC系統(tǒng)。

FANUC0A、0B和0C系列的主CPU分別為80186、80286和80386。

三軸控制系統(tǒng)的主控制電路以及輸入/輸出接口、PMC和CRT電路等，都制作在一塊大型印制電路板上，與操作面板、CRT組成一體。

FANUC0-MA/MB/MEA/MC/IMF用于加工中心、銑床和鏜床FANUC0-TA/TB/TEA/TC/TF用于車(chē)床FANUC0-TTA/TTB/TTC/用于一個(gè)主軸雙刀架或兩個(gè)主軸雙刀架的4軸控制車(chē)床FANUC0-GA/GB用于磨床，F(xiàn)ANUC0-PB用于回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)。北京發(fā)那科機(jī)電有限公司生產(chǎn)的FANUC0系列有BEIJING-FANUC0C和0D系列，其中D為普及型，C為全功能型。BEIJING-FANUC0Mate為FANUC0系列的派生產(chǎn)品，是功能簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)更為緊湊的經(jīng)濟(jì)型CNC系統(tǒng)。在多軸控制方面，目前FANUC公司有FANUC15、FANUC16和FANUC18系列CNC系統(tǒng)。

2．SIEMENSCNC系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前在低端CNC系統(tǒng)中，SIEMENS公司的主流產(chǎn)品有20世紀(jì)90年代中后期推出的SINUMERIK802系列。

SINUMERIK802S/802C是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，可驅(qū)動(dòng)三個(gè)進(jìn)給軸。SINUMERIK802S是用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的CNC系統(tǒng)。SINUMERIK802C是用于伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的CNC系統(tǒng)。SINUMERIK802S/802C均提供一個(gè)－10V～＋10V的輸出接口，用于驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)。SINUMERIK802S/802C由數(shù)控操作面板、機(jī)床操作面板、NC單元、PLC模塊等幾部分組成。SINUMERIK802D是用于數(shù)字式伺服系統(tǒng)的CNC系統(tǒng)，可控制最多4個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)主軸。目前在高端CNC系統(tǒng)中，SIEMENS公司的主流產(chǎn)品有SINUMERIK810D/DE、SINUMERIK840C等系列的CNC系統(tǒng)。

作業(yè)2-44

簡(jiǎn)要介紹多微處理器CNC裝置的幾種結(jié)構(gòu)。2-45

何謂開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)？2-46CNC裝置的任務(wù)特點(diǎn)主要有哪些？第二章數(shù)控系統(tǒng)及工作原理第一節(jié)概述第二節(jié)數(shù)控插補(bǔ)原理第三節(jié)數(shù)控補(bǔ)償原理第四節(jié)位移與速度檢測(cè)第五節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)與控制第六節(jié)CNC裝置第七節(jié)

CNC系統(tǒng)中的可編程控制器（PLC）

第七節(jié)CNC系統(tǒng)中的可編程控制器（PLC）1．PLC的概念可編程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)控制裝置，早期主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器順序邏輯控制裝置。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC的控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇，發(fā)展成為一種功能強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（ProgrammableController），簡(jiǎn)稱(chēng)PC。為了與personalcomputer個(gè)人計(jì)算機(jī)相區(qū)分，還用PLC的縮寫(xiě)微型和小型PLC：I/0≤128點(diǎn)，一體化。中型以上PLC：I/0≥

129點(diǎn)，功能電路制成具有統(tǒng)一插槽和尺寸的標(biāo)準(zhǔn)模塊。

一、PLC簡(jiǎn)介

2．PLC的硬件

PLC=CPU+存儲(chǔ)器+輸入／輸出單元+電源+編程器采用總線結(jié)構(gòu)（1）CPU：CPU是系統(tǒng)的核心，完成全部運(yùn)算和控制任務(wù)。（2）存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作數(shù)據(jù)。（3）I/O單元：是CPU與被控對(duì)象或其他外部設(shè)備的連接部件，是PLC有別于其它計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的特色部分。（4）擴(kuò)展接口：用于PLC主機(jī)與擴(kuò)展單元模塊之間的連接。（5）智能I/O單元：自身有單獨(dú)的CPU，能夠通過(guò)駐留在單元上的程序完成某種專(zhuān)用功能。（6）電源：負(fù)責(zé)提供PLC內(nèi)部以及輸入單元所需要的直流電源。（7）編程器：用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和運(yùn)行監(jiān)視，還可用于調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。

典型的I/O單元：1）直流開(kāi)關(guān)量輸入單元：接近開(kāi)關(guān)、按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、繼電器等2）直流開(kāi)關(guān)量輸出單元：大功率晶體管3）交流開(kāi)關(guān)量輸入單元4）交流開(kāi)關(guān)量輸出單元：雙向晶閘管5）繼電器輸出單元：微型繼電器6）模擬量輸入單元（A/D單元）：電壓型和電流型7）模擬量輸出單元（D/A單元）：電壓型和電流型

3．PLC的軟件（1）系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等，由生產(chǎn)廠家提供并固化到ROM中，對(duì)用戶是不透明的，不能由用戶存取，也不需要用戶干預(yù)。（2）用戶程序用戶程序是用戶針對(duì)要解決的控制問(wèn)題，用PLC編程語(yǔ)言編制的的應(yīng)用程序。

4．用戶程序的編制和輸入方法

（1）梯形圖：梯形圖編程方法是在電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是PLC的主要編程方法。（2）語(yǔ)句表：語(yǔ)句表編程類(lèi)似于匯編語(yǔ)言編程，直接采用指令助記符。（3）控制系統(tǒng)流程圖編程方法。（4）計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程方法。

5．PLC的用戶程序執(zhí)行過(guò)程

1）輸入采樣：PLC以掃描方式將所有輸入端的輸人信號(hào)狀態(tài)（ON或OFF）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來(lái)，稱(chēng)為對(duì)輸入信號(hào)的采樣。

2）程序執(zhí)行：PLC對(duì)用戶程序按順序進(jìn)行掃描、運(yùn)算處理，將狀態(tài)寄存，將結(jié)果送入輸出映像寄存器。

3）輸出刷新：將輸出映像寄存器中的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出端子輸出信號(hào)去驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，這就是PLC的實(shí)際輸出。PLC重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次就是一個(gè)工作周期

二、PLC在CNC系統(tǒng)中的應(yīng)用

1．PLC在CNC系統(tǒng)的作用

實(shí)現(xiàn)S、T、M等輔助功能控制：

1）機(jī)床主軸的起停和正反轉(zhuǎn)控制以及主軸轉(zhuǎn)速的控制、倍率的選擇等。2）機(jī)床冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的接通和斷開(kāi)。3）機(jī)床刀庫(kù)的起停和刀具的選擇與更換。4）機(jī)床卡盤(pán)的夾緊和松開(kāi)。5）機(jī)床自動(dòng)門(mén)的打開(kāi)和閉合。6）機(jī)床尾座和套筒的前進(jìn)與后退。7）機(jī)床排屑器等輔助裝置的控制。2．CNC系統(tǒng)用PLC的分類(lèi)

（1）內(nèi)裝型PLC

內(nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與NC間的信號(hào)傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)。

內(nèi)裝型PLC與獨(dú)立型PLC相比具有如下特點(diǎn)：

1）實(shí)質(zhì)上是CNC裝置帶有PLC的功能，其性能指標(biāo)由CNC裝置的性能、規(guī)格來(lái)確定，其硬件和軟件部分被作為CNC系統(tǒng)的基本功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊，功能針對(duì)性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)合理等優(yōu)點(diǎn)。

2）有與CNC裝置共用微處理器和具有專(zhuān)用微處理器兩種類(lèi)型。前者利用CNC裝置微處理器的余力來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC的功能，輸入/輸出點(diǎn)數(shù)較少；后者由于有獨(dú)立的CPU，多用于程序復(fù)雜、動(dòng)作速度要求快的場(chǎng)合。3）與CNC裝置的其它電路通常裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，不需另備電源，可與CNC裝置的其它電路制做在同一塊印制線路板上，或單獨(dú)制成附加印制電路板。

4）采用內(nèi)裝型PLC后，CNC裝置擴(kuò)展了某些控制功能，如梯形圖編輯和傳送功能、在CNC裝置內(nèi)部直接處理PLC窗口的信息等，提高了CNC的性能價(jià)格比。

（2）獨(dú)立型PLC獨(dú)立型PLC在軟件和硬件上均獨(dú)立于CNC裝置，并能獨(dú)立完成順序邏輯控制任務(wù)。

獨(dú)立型PLC的特點(diǎn)：

1）可以根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能的要求靈活選購(gòu)或自行開(kāi)發(fā)通用型PLC。2）具有安裝方便、功能構(gòu)成和擴(kuò)展容易的優(yōu)點(diǎn)。3）在性能/價(jià)格比上不如內(nèi)裝型PLC。4）專(zhuān)門(mén)為柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)系統(tǒng)（FMS）、工廠自動(dòng)化開(kāi)發(fā)的獨(dú)立型PLC具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能。

3．在CNC系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用特點(diǎn)（1）較多地使用功能指令PLC的指令分基本指令和功能指令兩種?；局噶钪饕ㄗx/寫(xiě)指令、位邏輯運(yùn)算指令等，它們都是簡(jiǎn)單的、基本的操作。功能指令都是較復(fù)雜的、組合的操作。滿足數(shù)控機(jī)床信息處理和