壹、可編程控制器的定義
可編程邏輯控制器(PLC)是基於計算機技術的新型工業控制設備。在1987年國際電氣委員會發布的PLC標準草案中，PLC是這樣定義的:“PLC是專門為工業環境中的數字操作而設計的電子裝置。它使用可編程存儲器來存儲用於執行邏輯運算、順序運算、定時、計數和算術運算的指令，並且可以通過數字或模擬輸入和輸出來控制各種類型的機器或生產過程。PLC及其相關外圍設備應按照易於與工業控制系統集成和易於功能擴展的原則進行設計。”
二、PLC的特點
1可靠性高，抗幹擾能力強。
高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。由於PLC采用現代大規模集成電路技術和嚴格的生產工藝，其內部電路采用先進的抗幹擾技術，可靠性高。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。部分采用冗余CPU的PLC平均無故障工作時間更長。至於PLC的外部電路，與同規模的繼電器接觸器系統相比，電氣接線和開關觸點減少到數百個甚至數千個，故障大大減少。此外，PLC具有硬件故障自檢功能，當出現故障時能及時發出報警信息。在應用軟件中，用戶還可以編寫外圍設備的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路和設備也能獲得故障自診斷保護。這樣整個系統可靠性高也就不足為奇了。
2成套，功能完善，適用性強。
今天，PLC已經發展成為大、中、小規模的系列產品。可用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能，大多數現代PLC還具有完善的數據運算能力，可用於各種數字控制領域。近年來，PLC的功能單元大量湧現，使得PLC滲透到位置控制、溫度控制、數控等各種工業控制中。再加上PLC通訊能力的增強和人機界面技術的發展，用PLC組成各種控制系統是非常容易的。
易學易用，受到工程技術人員的歡迎。
PLC作為通用工業控制計算機，是工礦企業的工業控制設備。其界面簡單，編程語言容易被工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號和表達方式與繼電器電路圖相當接近，只需少量PLC的開關邏輯控制指令就能方便地實現繼電器電路的功能。它為不熟悉電子電路、計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了大門。
4.系統的設計和建設工作量小，易於維護和改造。
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備的外部接線，縮短了控制系統的設計和建設周期，維護更容易。更重要的是，同樣的設備通過改變程序來改變生產過程是可能的。這非常適合多品種小批量生產的場合。
體積小、重量輕、能耗低
以超小型PLC為例，新生產的品種底部尺寸小於100mm，重量小於150g，功耗只有幾瓦。由於體積小，易於安裝在機械中，是實現機電壹體化的理想控制裝置。
3.在組合機床的自動線中，壹般根據不同的加工精度要求設置三種滑臺。
目前，PLC已廣泛應用於國內外鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、紡織、交通、環保、文化娛樂等行業，其用法大致可歸納為以下幾類。
1開關量的邏輯控制
這是PLC最基本也是最廣泛的應用領域。它代替傳統的繼電器電路實現邏輯控制和順序控制。可用於單機控制、多機群控和自動化生產線。如註塑機、印刷機、訂書機、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍生產線等。
2模擬控制
在工業生產過程中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位、速度等，都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，需要實現模擬量和數字量之間的A/D轉換和D/A轉換。PLC廠商都生產匹配的A/D和D/A轉換模塊，這樣就可以用可編程控制器進行模擬控制。
3運動控制
PLC可用於控制圓周運動或直線運動。從控制機構的配置來看，早期是用I/O模塊直接連接位置傳感器和執行器，現在壹般是用專用的運動控制模塊。例如可以驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界各大PLC廠商的產品幾乎都具有運動控制功能，廣泛應用於各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
4過程控制
過程控制是指溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。PLC作為工業控制計算機，可以編制各種控制算法，完成閉環控制。PID調節是壹般閉環控制系統中廣泛使用的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前很多小型PLC也有這個功能模塊。壹般PID處理是運行壹個特殊的PID子程序。過程控制廣泛應用於冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合。
5數據處理
現代PLC具有數學運算(包括矩陣運算、函數運算和邏輯運算)、數據傳輸、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值進行比較，以完成某些控制操作，也可以通過使用通信功能傳輸到其他智能設備，或者打印並制成表格。數據處理壹般用於大型控制系統，如無人駕駛柔性制造系統；也可用於過程控制系統，如造紙、冶金、食品等行業的壹些大型控制系統。
6通信和網絡
PLC通信包括PLC之間的通信和PLC與其他智能設備之間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展迅速，各PLC廠商都非常重視PLC的通信功能，紛紛推出自己的網絡系統。新生產的PLC都有通訊接口，通訊非常方便。
7 PLC控制的數控滑臺結構
組合機床自動線中的數控滑臺壹般采用步進電機驅動的開環伺服機構。PLC控制的數控滑臺由可編程控制器、環形脈沖分配器、步進電機驅動器、步進電機和伺服傳動機構組成。
伺服驅動機構中的齒輪Z1和Z2應消除側隙，以避免產生反向死區或降低加工精度。絲杠傳動副應根據機組的加工精度要求確定是否選擇滾珠絲杠副。使用滾珠絲杠副具有傳動效率高、系統剛度好、傳動精度高、使用壽命長等優點，但價格昂貴且不能自鎖。
8控制系統的軟件結構
軟件結構根據控制要求進行設計，主要分為五個模塊:步進電機控制模塊、定位控制模塊、數據撥碼輸入與數據傳輸模塊、數字輸出顯示模塊、元件故障自動檢測與報警模塊。
由於整個軟件結構龐大，脈沖控制器產生0.1秒的控制脈沖，對移位寄存器進行移位，提供六拍時序脈沖。三個輸出繼電器Y430、Y431、Y432通過三相六拍環形分配器按單、雙、六拍上電方式控制步進電機。為了實現定位控制，采用不同的計數器分別控制粗定位行程和精定位行程，計數器的設定值取決於行程。比如壹個刀具或工作臺要從A點移動到C點，已知AC = 200 mm，AC分為AB和BC，AB = 196 mm，BC = 4 mm，AB為粗定位行程，以0.1mm/ step的脈沖當量快速移動，使用6位計數器(C660/C6665438)用0.01mm/ step的脈沖當量進行精確定位在粗定位和精定位的同時，PLC自動接通電磁離合器的輸出點Y433，實現傳動機構的更換。
9 PLC控制系統的接地方法
(1)由於各種原因(如腐蝕、絕緣損壞等。)，PLC櫃、操作臺、配電櫃等電氣設備的金屬外殼和控制設備正常不帶電的金屬部分可能帶有危險電壓，應進行保護接地。電源在36V以下的設備，除非有特殊要求，不需要接地保護。
(2)2)PLC控制系統中的參考電位是每個回路的參考電位。參考電位的連接線稱為系統地，通常是控制回路DC電源的零伏導線。系統接地方式包括浮地、直接接地和電容接地。
(3)為防止靜電感應和磁場感應，屏蔽接地端子應接地。其中信號回路接地和屏蔽接地又稱為工作接地。
上述接地方式的控制原理壹般是保護地和工作地不能混用，因為每段電源的保護地線兩點之間會有幾毫伏甚至幾伏的電位差，這對低電平信號電路是非常嚴重的幹擾。屏蔽接地:當信號電路單點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應單點接地。如果電纜的屏蔽層接地點不止壹個，就會產生噪聲電流，形成噪聲幹擾源。
本系統中使用的接地電阻需要在規定範圍內。對於由PLC組成的控制系統，壹般應小於4ω，並應具有足夠的機械強度，且需要事先進行防腐處理。由PLC組成的控制系統可以配置單獨的接地系統，也可以根據現場條件采用“等電位聯結”設計。
10 PLC控制梯形圖:
梯形圖是將PLC指令的梯形圖符號通過導線連接在壹起，表達所使用的PLC指令及其順序的連通圖，與電氣原理圖非常相似。連接有兩種:壹種是總線，壹種是內部的橫縱線。內部的水平線和垂直線將梯形圖符號指令連接成壹個指令組，該指令組通常以load (LD)指令開始，之後是幾個輸入指令(包括LD指令)，必要時用於建立邏輯條件。最後是實現輸出控制的輸出指令，或者是數據控制、流量控制、通信處理、監控等等的指令，從而進行相應的工作。總線用於連接命令組。下圖是三菱FX2N系列產品最簡單的梯形圖例:
它有兩組，第壹組用於實現啟動和停止控制。第二組只有壹個結束指令來結束程序。
11梯形圖與助記符的對應關系；
助記指令和梯形圖指令有著嚴格的對應關系，梯形圖的連接可以反映指令的順序。壹般來說，順序是:先輸入，後輸出(包括其他處理)；先上，後下；先左轉，然後右轉。有了梯形圖，它可以被翻譯成助記程序。上面的助記程序是:
地址指令變量
0000 LD X000
0001或X010
0002，而不是X001
0000中的0003
0004結束
相反，根據助記符，也可以畫出與之對應的梯形圖。
12梯形圖與電氣原理圖的關系；
如果只考慮邏輯控制，梯形圖和電氣原理圖也可以建立壹定的對應關系。比如梯形圖的輸出(out)指令對應繼電器的線圈，而輸入指令(如LD、AND、OR)對應觸點，聯鎖指令(il、ILC)可視為總開關，等等。這樣就可以將原來的繼電器控制邏輯轉化為梯形圖，然後進壹步轉化為語句表程序。
有了這種對應，用PLC程序表示繼電器邏輯就容易了。這也是PLC技術對傳統繼電器控制技術的繼承。
四、數控滑臺的PLC控制方法
數控滑臺的主要控制因素有三個:
1行程控制
液壓滑臺和機械滑臺的行程控制壹般是通過位置或壓力傳感器(行程開關/死擋鐵)來實現的；數控滑臺的行程由數字控制實現。根據數控滑臺的結構，滑臺的行程與步進電機的總轉角成正比，因此只需控制步進電機的總轉角。根據步進電機的工作原理和特點，步進電機的總轉角與輸入控制脈沖數成正比。因此，PLC輸出的脈沖數可以根據伺服機構的位移來確定:
n= DL/d (1)
其中dl-伺服機構的位移(mm)
D ——伺服機構的脈沖當量(毫米/脈沖)
2進給速度控制
伺服機構的進給速度取決於步進電機的轉速，而步進電機的轉速又取決於輸入脈沖頻率；因此，根據該過程所需的進給速度，可以確定其PLC輸出的脈沖頻率:
f=Vf/60d(赫茲)(2)
式中，Vf——伺服機構的進給速度(毫米/分鐘)
3進給方向控制
進給方向控制是步進電機的轉向控制。通過改變步進電機各繞組的通電順序，可以改變步進電機的轉向；比如三相步進電機的通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時，步進電機正轉；當繞組按照A-AC-C-CB-B-BA-A的順序通電時...，步進電機反向旋轉。所以可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件圓形分配器的輸出順序來實現，也可以通過編程改變輸出脈沖順序來改變步進電機繞組的通電順序來實現。
動詞 （verb的縮寫）PLC的國內外現狀
世界上公認的第壹臺PLC是美國數字設備公司(DEC)於1969年研制的。受當時元件條件和計算機發展水平的限制，早期的PLC主要由分立元件和中小型集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制、定時和計數功能。微處理器出現在20世紀70年代初。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了計算、數據傳輸和處理的功能，完成了具有真正計算機特征的工業控制裝置。為了方便熟悉繼電器和接觸器系統的工程師使用，可編程控制器采用類似繼電器電路圖的梯形圖作為主要編程語言，所有參與運算和處理的計算機存儲元件均以繼電器命名。這時，PLC是微機技術和繼電器常規控制理念相結合的產物。
70年代中後期，可編程控制器進入實用化發展階段，計算機技術全面引入可編程控制器，使其功能實現飛躍。更高的運算速度，超小的體積，更可靠的工業抗幹擾設計，模擬運算，PID功能，高性價比奠定了其在現代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器已在先進工業國家廣泛使用。這壹時期可編程控制器的發展特點是大型化、高速化、高性能化和產品系列化。這個階段的另壹個特點是，世界上生產可編程控制器的國家越來越多，產量越來越大。這標誌著可編程控制器已經進入成熟階段。
20世紀末，可編程控制器的發展更適合現代工業的需要。在控制規模上，這壹時期發展了大型機和超小型計算機；在控制能力上，誕生了多種特殊的功能單元，用於壓力、溫度、速度、位移等各種控制場合。就產品的匹配能力而言，已經產生了各種人機接口單元和通信單元，更容易匹配使用可編程控制器的工業控制設備。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工等領域的應用有了很大發展。
我國可編程控制器的引進、應用、開發和生產始於改革開放。最初，進口設備中大量使用可編程控制器。接下來，PLC在各企業生產設備和產品中的應用不斷擴大。目前，中國已經能夠生產中小型可編程控制器。上海吳棟電氣有限公司生產的CF系列、杭州機床電器廠生產的DKK和D系列、大連組合機床研究所生產的S系列、蘇州電子計算機廠生產的YZ系列等產品已達到壹定規模，並在工業產品中得到應用。此外，無錫華光公司和上海海島公司等中外合資企業也是中國著名的PLC制造商。可以預計，隨著中國現代化進程的深入，PLC在中國將有更廣闊的應用領域。
不及物動詞PLC的未來展望
21世紀，PLC將有更大的發展。在技術上，計算機技術的新成果將更多地應用於可編程控制器的設計和制造，出現運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種；從產品規模來看，將進壹步向超小型、超大型方向發展；從產品兼容性來看，產品的種類將更加豐富，規格也將更加齊全，完善的人機界面和完備的通訊設備將更好地滿足各種工業控制場合的需求；從市場來看，每個國家生產多種產品的局面會隨著國際競爭的加劇而被打破，會出現少數品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展來看，將可編程控制器與其他工業控制計算機聯網，形成大型控制系統，是可編程控制器技術的發展方向。目前，大量可編程控制器已經應用於計算機DCS(分布式控制系統)中。隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業以外的許多領域發揮越來越重要的作用。