贵州大学本科毕业设计 第14页
图3.1.2-1
主机（CPU模块）
在主机内部，由微处理器（MPU）通过数据总线、地址总线、控制总线以及辅助电路连接存储器、接口及I/O单元，诊断PLC的硬件状态；借助编程器接收用户键入的程序和数据；读取、解释并执行用户程序；按规定的时序接收输入状态、刷新输出状态，与外部设备交换信息等。总之，由主机实现对整个PLC的控制和管理。 2.电源
PLC配有开关式稳压电源，电源的交流输入端一般接有尖峰脉冲吸收电路，以提高抗干扰能力。小型PLC电源的交流输入电压范围一般较宽，如有的小型PLC可在l60VAC~ 260VAC范围内正常工作。 3.输入／输出模块
输入/输出模块是PLC与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。 输入模块用于调理输入信号，对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号的逻辑值安全可靠地传递到PLC内部。输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出模块具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放大的作用。根据I/O分配表知道此次设计输入采用直流开关量输入模
贵州大学本科毕业设计 第15页
块，具体原理图如图3.1.2-2所示：在该模块中，R1为限流电阻，R2和C构成滤波电路，可过滤掉输入信号的高频抖动，D为输入指示灯，T为直流式光耦合器，输入模块的外接直流电源极性任意。当输入开关闭合时，经R1、T、D构成通路，输入指示灯D亮，表示该路输入的开关量状态为ON。输入信号经T隔离后，再经滤波器滤波，转换成5V的直流输入信号，经输入选择器与CPU总线相连接，将外部输入开关的状态输入到PLC内部；完成PLC的信号输入。各输入信号回路有一个公共点，即图中的COM点，这种输入模块称为汇点式输入模块。各输入信号回路相互独立的输入模块，称为分隔式输入模块，另外有的输入模块不需要外接电源，称为无源式输入模块。此次设计采用的是汇点式输入模块。
图 3.1.2-2
而对于输出模块，包含直流开关量输出模块、交流开关量输出模块 、继电器输出模块，根据此次组合机床的设计输出特点，我选择了继电器输出模块，该模块原理图如图3.1.2-3所示：继电器输出模块采用继电器进行驱动放大，它采用继电器触点的形式输出，外加负载电源根据负载的情况确定，可为交流也可为直流电源。继电器输出模块为有触点开关式输出模块，使用寿命相对于无触点输出模块而言较短，开关动作一般为五千万次左右，但其使用比较灵活，因此，此
贵州大学本科毕业设计 第16页
次设计输出动作要求不是很频繁的场合选择继电器输出模块是可行的。在继电器输出模块中，D1为输出指示灯，J1为输出驱动放大继电器。当对应J1的内部继电器为ON时，D1指示灯亮，J1得电吸合，其触点闭合，负载L1得电；当对应J1的内部继电器为OFF时，D1指示灯灭，J1失电，其触点断开，负载L1 失电。PLC先将输出锁定在输出锁存器里，之后控制输出驱动放大继电器完成驱动相应负载的任务。
图 3.1.2-3
4．功能模块
除开关量输入/输出外，PLC的其他输入/输出功能由功能模块来实现。一个功能模块占用多个输入／输出通道，因此在组合式PLC中对功能模块的使用数量存在限制，而对开关量输入/输出模块的数量不加限制。一般地，除编程器以外的外部设备需经功能模块才能与主机总线连接。因此，对应于各种外设以及PLC要完成的特殊输入／输出功能，有多种功能模块。 5．扩展口
扩展口是PLC的总线接口。主机与近程扩展机之间利用扩展口相连接。 6．编程器
编程器是PLC最常用的外设，也是PLC中唯一不需要通过功能模块而直接与
贵州大学本科毕业设计 第17页
总线相连接的外设。 编程器上的方式选择开关，可依次实现以下三种位置方式： 编程位置：PLC主机处于编程方式。用户可通 过编程器向PLC输入、查询、修改用户程序，但PLC不运行用户程序；
监控位置：PLC主机处于监控方式。PLC已运行用户程序，用户不能输入和修改用户程序，但可查询用户程序，干预户程序运行。
运行位置：PLC主机处于运行方式。PLC运行用户程序，用户不能输入和修改用户程序，也不能干预用户程序的运行情况，只能查询用户程序并监视其状态。 7．其他外设
PLC可带打印机、CRT显示器、键盘等外设，这些外设需通过相应的功能模块与PLC连接。
3.2方案论证
组合机床的电气控制,理论上讲,可以采用继电器接触器电气控制系统，单片机控制系统和PLC控制系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有效、性能优越的控制方案，考虑到上述几点，PLC较适合组合机床的电气控制。PLC与单片机、继电器-接触器控制系统相比具有以下优点： 3.2.1 PLC与继电器-接触器相比较：
继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电控制的主流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用广泛。它的缺点是动作速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现，使得继电接触式控制系统更加逊色。PLC等取代继电接触式控制逻辑。具体如下： (1) 控制逻辑
继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串联、并联、串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大。当一个电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的改动而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了，这都是硬接线的缘故。所以，继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差。
可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中。若控制逻辑复杂时，则程序会长一些，输入输出的连线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程序
贵州大学本科毕业设计 第18页
就行了，而输入输出的连接线改动不多，并且也容易改动，因此，PLC的灵活性和扩展性强。而且PLC是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。 (2) 控制速度
继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的，工作频率低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反映的速度越慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。
而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快。通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题。 (3) 定时控制和计数控制：
继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不高，定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响。有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不方便。而可编程程序控制器使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体震荡器产生，精度相当高并且定时时间长，定时范围广。 (4) 可靠性和维护性。
继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和维护性差。
PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，可靠性高。PLC还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。
总之，PLC在性能上均优越于继电接触式控制系统，特别是控制速度快，可靠性高，设计施工周期短，调试方便，控制逻辑修改方便，而且体积小，功耗低。 3.2.2 PLC与单片机比较
单片机具有结构简单，使用方便，价格比较便宜等优点，一般用于数据采集和工业控制。但是，单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的，所以它与PLC比较起来有以下缺点： (1) 单片机不如PLC容易掌握
使用单片机来实现自动控制，一般要使用微处理器的汇编语言编程。这就要