如何设计PLC与外围电路的关系？

时间：2023-06-15 理论教育 版权反馈

【摘要】：为了更好地了解数控机床的PLC的控制功能，就有必要对PLC和外围电路的关系进行分析。在PLC和外围电路的关系中，最重要的一点就是外部信号和PLC内部信号处理的对应。接口信号的状态特点，是PLC装置对外信号交换所固有的特点。随后列出的两幅图例都是PLC输出信号和外围电路的连接图，但是这两幅图在所表达的控制关系是不一样的。

如何设计PLC与外围电路的关系？

如前所述，PLC在数控机床中用来控制机床的强电回路（通过一些电器元件）。为了更好地了解数控机床的PLC的控制功能，就有必要对PLC和外围电路的关系进行分析。

1.PLC对外围电路的控制

数控机床通过PLC对机床的辅助设备进行控制，PLC则是通过对外围电路的控制来实现对辅助设备的控制。PLC接受NC的控制信号以及外部反馈信号，经过逻辑运算、处理，将结果以信号的形式输出。输出信号从PLC的输出模块输出，有些信号经过中间继电器控制接触器，然后控制具体的执行机构动作，从而实现对外围辅助机构的控制。有些信号不需要通过中间环节的处理就直接用于控制外部设施，比如有些直接用低压电源驱动的设备（如面板上的指示灯）。也就是说，每一个外部设备（使用PLC控制的）都是由PLC的一路控制信号来控制的，都在PLC中和一个PLC输出地址相对应。

PLC对外围设备的控制，不仅仅是要输出信号控制设备、设施的动作，还要接受外部反馈信号，以监控这些设备设施的状态。在数控机床中用于检测机床状态的设备或元件主要有：温度传感器、振动传感器、行程开关、接近开关等等。这些检测信号有些是可以直接输入到PLC的端口，有些必须要经过一些中间环节才能够输入到PLC的输入端口。图4-40为PLC的硬件结构以及输入与输出示意图。

图4-40 PLC的硬件结构以及输入与输出示意图

无论是输入还是输出，PLC都必须要通过外围电路才能够控制机床的辅助设施的动作。在PLC和外围电路的关系中，最重要的一点就是外部信号和PLC内部信号处理的对应。这种对应关系就是前面所说的地址分配，就是将每一个PLC中的地址和外围电路的每一路信号相对应。这个工作是在机床生产过程中编制和该机床相对应的PLC程序时，由PLC程序编制工程师定义完成的。当然，做这样的定义必须遵循必要的规则，以使PLC程序符合系统的要求。

接口信号的状态特点，是PLC装置对外信号交换所固有的特点。关于PLC装置的输入与输出接口信号，可参见表4-2。

表4-2 PLC的输入与输出信号

机床辅助电气设备的控制以PLC为核心，控制信号按照两个途径进入PLC（NC以指令的形式进入PLC，外部开关——包括检测开关和手动开关将信号送入PLC）。PLC按照编制好的控制程序对进入PLC的信号进行处理，PLC的输出信号从输出端口输出。输出的信号按照所要控制的执行元件的性质，在外围电路通过不同的控制回路（有的直接由PLC驱动，有的经中间继电器和接触器等控制）控制执行元件。

图4-41所示为一种数控机床的电气手册的输入单元电气图的一部分。从图上可以看到，这是一个插座或者是某一个输入接口的针脚，对应于外围电路的某一个元件、开关、旋钮，同时也对应于PLC内部的某一个输入地址。

从第一行开始，一个按钮开关或者是摇头开关接入线号为191号的回路中。191号线接到C71号插座的16号脚，16号脚对应于PLC的输入地址为X1001.3，该地址被定义为Man-ual absolute（手动绝对值）。从图上所描述的可以知道，S37号按钮是用于控制手动绝对值是否有效的开关。这个开关的通断状态，通过191号线接入到插座C71上的16号脚，16号脚再将这个信号输入到PLC中，这个信号在PLC中的地址为X1001.3。通过这种定义方式，就将PLC中的信号和外围电路相对应起来，就可以通过查看PLC中的X1001.3的状态，来确定外部按钮开关的状态。

从图上可以看到，图上右侧文字叙述是该信号的意义，随后在其左边的是输入信号地址，更左边的是插座上的针脚号，再左边的是外围电路的线号和开关器件号。这一幅图是某机床的电路图，该图是遵循通用标准来绘制。因此，通过该图我们可以看到一些具有普遍意义的原则。比如，编制PLC程序时可能会把相近的（从用途和分布位置上）开关检测元件等的地址设定在一起。再比如，C71上的输入信号基本上都是面板上的按钮开关或摇头开关，它们的信号类型和位置分布是非常接近的，因此它们的输入地址（在PLC输入端）也是顺序分布。在这一幅图所属的电气手册上可以查到：C71一共有50个针脚，除去用于公共端、24V电源的脚以外，其他针脚的输入地址是从X1000.0到X1004.7顺序分布。

图4-41 信号输入单元电气图

通常情况下，PLC的地址由3部分组成：地址类型、地址号和位号。每一个地址号下有8个地址位，每一个地址表示不同的信号。表4-3为输入信号列表。从图4-41上可以看到几个要素：元器件号、线号、插槽或插座号、针脚号和PLC输入地址号。

表4-3 输入信号列表

这几个号码在控制逻辑上是有对应关系的。因此，不仅仅是在绘制此类图形时，而且在设计外围电路、编制PLC程序时都要考虑它们之间的关系。事实上，不仅是在设计制造机床时要考虑它们之间的对应关系，在使用、维修、维护机床时也要考虑它们之间的对应关系和控制逻辑。(www.daowen.com)

图4-41上所示的外部按钮等元件位置都可在机床面板元件图上查找到。

2.PLC输出信号和受控的执行元件

前面图例描述了输入信号在PLC中的地址分配以及PLC输入地址与外部开关、旋钮、插座、电缆之间的对应关系。

在数控机床中，不仅仅是输入信号和外部电路存在对应关系，输出信号和外围控制电路以及要驱动的设备之间也存在着相应的对应关系。随后列出的两幅图例都是PLC输出信号和外围电路的连接图，但是这两幅图在所表达的控制关系是不一样的。图4-42所表示的是PLC输出信号可以直接驱动外部装置（这些装置通常是一些LED灯），图4-43表示的是PLC的输出信号必须经过中间继电器才能够控制最终的设备。这是因为图4-42中所示的外部元件是一些小功率元件（主要是一些表示机床状态的指示灯），而图4-43所示的外部设备是大功率元件。

从这两幅图我们可以看到PLC输出地址和外部电路之间的关系：外部执行元件或设施是受PLC控制的；PLC的每一个输出信号对应着一个输出地址；每一个输出地址对应着一个插座或插头的针脚；每一个针脚对应着外围电路的一根线（用线号表示）；每一个线号对应着一个设备或元件（或者通过一些中间元件）。

在设计PLC的程序时，必须要考虑数控机床会用到哪些设备，哪些设备是可以由PLC直接驱动的，哪些设备必须经过继电器、接触器等中间环节才能够驱动，以及这些设备的控制信号通过哪个地址号输出。在使用数控机床的过程中，我们可以通过阅读电气手册，熟悉机床设施的控制运行方式，从而方便地维护机床。