确定PLC型号及其硬件配置的内容和方法 PLC的分类

不同型号的PLC具有不同的硬件组成和性能指标。它们的基本I／O点数和扩展范围，程序存储容量往往差别很大。因此，在进行PLC程序设计之前，要对所用PLC的型号，硬件配置（如内装型PLC是否要增加附加I／O板，通用型PLC是否要增加I／O模板等）作出选择。

    （1）输入／输出点  输入点是与机床侧被控对象有关的按钮、开关、继电器和接触器触点等连接的输入信号接口，以及由机床侧直接连接到NC的输入信号接口（如减速信号：*DECX，*DECY…，跳过信号：SKIP等）。

输出点包括向机床侧继电器，指示灯等输出信号的接口。设计者对被控对象的上述I／O信号要逐一确认，并分别计算出总的需要数量。选用的PLC所具有的I／O点数应比计算出的    I／O点数稍多一些，以备可能追加和变更控制性能的需要。

    （2）存储容量  一般来说，普通CNC车床顺序程序的规模约1000步，小型加工中心约2000步。程序规模随机床的复杂程度变化，设计者要根据具体任务对程序规模作出估算，并据此确定合理的存储容量。   

    另外，所选择PLC的处理时间，指令功能，定时器、计数器、内部继电器的技术规格、数量等指标也应满足要求。

“内装型”PLC（或称“内含型”PLC、“集成式”PLC）从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与MT间则通过CNC输入／输出接口电路实现信号传送（如图1所示）。

图1  具有内装型PLC的CNC机床系统框图

 内装型PLC有如下特点：

 1）内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种基本的或可选择的功能提供给用户。

 2）内装型PLC的性能指标（如：输入／输出点数，程序**步数，每步执行时间、程序扫描周期、功能指令数目等）是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统其他功能一起统一设计、制造的。因此，系统硬件和软件整体结构十分紧凑，且PLC所具有的功能针对性强，技术指标亦较合理、实用，尤其适用于单机数控设备的应用场合。

 3）在系统的具体结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU；硬件控制电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷板上，也可以单独制成一块附加板，当CNC装置需要附加PLC功能时，再将此附加板插装到CNC装置上，内装PLC一般不单独配置输入／输出接口电路，而是使用CNC系统本身的输入／输出电路；PLC控制电路及部分输入／输出电路（一般为输入电路）所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。

 4）采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级的控制功能。如：梯形图编辑和传送功能，在CNC内部直接处理NC窗口的大量信息等。

 自70年代末以来，**上**的CNC厂家在其生产的CNC产品中，大多开发了内装型PLC功能。随着大规模集成电路的开发利用，带与不带PLC功能，CNC装置的外形尺寸已没有明显的变化。一般来说，采用内装型PLC省去了PLC与NC间的连线，又具有结构紧凑、可靠性好、安装和操作方便等优点，和在拥有CNC装置后，又去另外配购一台通用型PLC作控制器的情况相比较，无论在技术上还是经济上对用户来说都是有利的。

国内常见的外国公司生产的带有内装型PLC的系统有：FANUC公司的FS-0（PMC-L／M），FS-0 Mate（PMC-L／M），FS-3（PLC-D），FS-6（PLC-A、PLC-B），FS-10／11（PMC-1）；FS-15（PMC-N）；Siemens公司的SINUMERIK 810，SINUMERIK 820；A-B公司的8200，8400，8600等。

调幅和检波电路

    广播和无线电通信是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上发射出去的。在接收机中还原的过程叫解调。其中低频信号叫做调制信号，高频信号则叫载波。常见的连续波调制方法有调幅和调频两种，对应的解调方法就叫检波和鉴频。

    下面我们先介绍调幅和检波电路。

    （ 1 ）调幅电路

    调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化，载波的频率和相应不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器。

   调幅是一个非线性频率变换过程，所以它的关键是必须使用二极管、三极管等非线性器件。根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路分成集电极调幅、基极调幅和发射极调幅 3 种。下面举集电极调幅电路为例。

 图 6 是集电极调幅电路，由高频载波振荡器产生的等幅载波经 T1 加到晶体管基极。低频调制信号则通过 T3 耦合到集电极中。 C1 、 C2 、 C3 是高频旁路电容， R1 、 R2 是偏置电阻。集电极的 LC 并联回路谐振在载波频率上。如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分，三极管就是一个非线性器件。因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的， 所以集电极中的 2 个信号就因非线性作用而实现了调幅。由于 LC 谐振回路是调谐在载波的基频上，因此在 T2 的次级就可得到调幅波输出。

（ 2 ）检波电路

    检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。常用的有二极管和 三极管。另外为了取出低频有用信号，还必须使用滤波器滤除高频分量，所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面举二极管检波器为例说明它的工 作。

图 7 是一个二极管检波电路。 VD 是检波元件， C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时，二极管 VD 是断续工作的。正半周时，二极管导通，对 C 充电；负半周和输入电压较小时，二极管截止， C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多，经过电容 C 滤除了高频部分，再经过隔直流电容 C 0 的隔直流作用，在输出端就可得到还原的低频信号。

   调频和鉴频电路

    调频是使载波频率随调制信号的幅度变化，而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来的低频信号，它的过程和调频正好相反。

    （ 1 ）调频电路

    能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法，也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。图 8 画出了它的大意，图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化，使载波振荡器的频率发生变化。

（ 2 ）鉴频电路

    能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路，有时也叫频率检波器。鉴频的方法通常分二步，**步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频 — 调幅波，第二步再用一般的检波器检出幅度变化，还原成低频信号。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等

脉冲电路的用途和特点

    在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。电子电路中另一大类电路的数字电子电路。它加 工和处理的对象是不连续变化的数字信号。数字电子电路又可分成脉冲电路和数字逻辑电路，它们处理的都是不连续的脉冲信号。脉冲电路是专门用来产生电脉冲和 对电脉冲进行放大、变换和整形的电路。家用电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟表、电子玩具以及电子医疗器具等，都要用到脉冲电路。

    电脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的，**有代表性的是矩形脉冲。要说明一个矩形脉冲的特性可以用脉冲幅度 Um 、脉冲周期 T 或频率 f 、脉冲前沿 t r 、脉冲后沿 t f 和脉冲宽度 t k 来表示。如果一个脉冲的宽度 t k =1 ／ 2T ，它就是一个方波。

    脉冲电路和放大振荡电路**的不同点，或者说脉冲电路的特点是：脉冲电路中的晶体管是工作在开关状态的。大多数情况下，晶体管是工作在特性曲线的饱和区或 截止区的，所以脉冲电路有时也叫开关电路。从所用的晶体管也可以看出来，在工作频率较高时都采用专用的开关管，如 2AK 、 2CK 、
DK 、 3AK 型管，只有在工作频率较低时才使用一般的晶体管。

    就拿脉冲电路中**常用的反相器电路（图 1 ）来说，从电路形式上看，它和放大电路中的共发射
电路很相似。在放大电路中，基极电阻 R b2 是接到正电源上以取得基极偏压；而这个电路中，为了保证电路可靠地截止， R b2 是接到一个负电源上的，而且 R b1 和 R b2 的数值是按晶体管能可靠地进入饱和区或
止区的要求计算出来的。不仅如此，为了使晶体管开关速度更快，在基极上还加有加速电容 C ，在脉
前沿产生正向尖脉冲可使晶体管**进入导通并饱和；在脉冲后沿产生负向尖脉冲使晶体管**进入截止状态。除了射极输出器是个特例，脉冲电路中的晶体管都是工作在开关状态的，这是一个特点。

交通灯的PLC控制梯形图设计

十字路口南北及东西方向均设有红、黄、绿三个信号灯，六个灯以一定的时间顺序循环往复工作。如下表所示：

相应的元器件安排如下：

根据以上分析，其梯形图可设计如图1

电气控制线路板安装时的要求

   1.板上安装的所有电气控制器件的名称、型号、工作电压参数，按钮的颜色等，都应正确无误，安装要牢固，在醒目处应贴上各器件的文字符号。

    2.连接导线可采用的颜色

    (1) 接地保护导线(PE)必须采用黄绿双色线;

    (2) 三相电源U, V, W分别采用黄、绿、红三色;

    (3) 交流控制电路采用红色;

    (4) 直流控制电路采用蓝色。

    3.导线的绝缘和耐压要符合电路要求;进行控制板内部布线，要求走线横平竖直、整齐、合理，接点不得松动;进行控制板外部布线，对于可移动的导线应放适当的余量，使绝缘套管(或金属软管)在运动时不承受拉力。

    4.安装时按钮的相对位置及选择的颜色

      (1)“停止”按钮应置于“启动”按钮的下方或左侧，当用两个“启动”按钮

控制相反方向时，“停止”按钮可装在中间。

    (2)“停止”和“急停”用红色，“启动”用绿色。

    5.安装指示灯的颜色

        红—危险或报警

        黄—警告

        绿—安全

        白—电源开关接通

 时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，数控机床中一般由计算机软件实现时间控制，而不采用时间继电器方式来进行时间控制。

        见下图：