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6SL3430-6TE21-6AA1

数控机床所受控制中与PLC相关的内容--顺序控制

 数控机床作为自动化控制设备，是在自动控制下进行工作的，数控机床所受控制可分为两类：
        一类是**终实现对各坐标轴运动进行的“数字控制”。如：对CNC车床X轴和Z轴，CNC铣床X轴，Y轴和Z轴的移动距离，各轴运行的插补、补偿等的控制即为“数字控制”。
       另一类是“顺序控制”。对数控机床来说，“顺序控制”是在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。与“数字控制”比较，“顺序控制”的信息主要是开关量信号。

可编程控制器(PLC)具有如下特点

        (1) PLC是一种专用于工业顺序控制的微机系统。

(2) PLC是专为在恶劣的工业环境下使用而设计的，所以具有很强的抗干扰能力。

(3) 结构紧凑、体积小，很容易装入机床内部或电气箱内，便于实现动作复杂的控制逻辑和数控机床的机电一体化。

(4) 采用梯形图编程方式。

(5) PLC可与编程器、个人计算机等连接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。

PLC的产品很多，型号规格也不统一，可以从结构、原理、规模等方面分类。从数控机床应用的角度分，可编程控制器可分为两类：一类是CNC的生产厂家将数控装置(CNC)和PLC综合起来而设计的“内装型”(Build—inType)PLC；另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入／输出信号接口技术规范、输入／输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求，称为“独立型”(Sand—alone Type)PLC。

可编程控制器梯形图设计规则

1．触点的安排 

梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。 

2．串、并联的处理 

在有几个串联回路相并联时，应将触点**多的那个串联回路放在梯形图**上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点**多的并联回路放在梯形图的**左面。 

3．线圈的安排 

不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。 

4．不准双线圈输出 

    如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有**后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。

5．重新编排电路

 如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。

 6．编程顺序

     对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从**左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。

西门子怎样利用S7-214 DC/DC/DC脉冲输出演奏音乐

这个应用例子展示怎样利用S7-214 DC/DC/DC PLC的脉冲输出功能演奏音乐。为了使音调能持续0.125秒，25个音符周期时问用与之对应的脉冲数存放在音符表中。因为是同时演奏2个音符，所以另有两个乐曲表格为通道0和通道1存储乐曲信息。

   两个脉冲通道都被设置成脉冲序列输出(PTO)，当演奏每个通道的**个音符时，就请求第2个音符，这样就构成了深度为1的队列(一个在进程中，一个在队列中)。

   中断子程序附着于P丁O完成事件。**个音符演奏完，中断程序调用下一个音符。这个过程继续下去，自到乐曲结束。

例图

硬件要求

SMATIC S7-214 DC/DC/DC 

电源:115VAC/24 VDC，0.9A(通常300mA至400mA就可以)

扬声器，430电阻

程序框图

程序和注释

此脉冲输出程序长度为778个字。

锅炉鼓风机和引风机控制的PLC梯形图程序举例

 用简单设计法设计一个对锅炉鼓风机和引风机控制的梯形图程序。控制要求：

（1）开机前首先启动引风机，10S后自动启动鼓风机；

（2）停止时，立即关断鼓风机，经20S后自动关断引风机。

S7-200系列PLC的主要技术性能

下面以S7-200 CPU224为例说明S7系列PLC的主要技术性能。

1．一般性能

S7-200 CPU224的一般性能如表4-13所示。

表4-13  S7-200 CPU224一般性能

电源电压	DC 24V，AC 100~230V
电源电压波动	DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz）
环境温度、湿度	水平安装0~550C，垂直安装0~450C，5~95%
大气压	860~1080hPa
保护等级	IP20到IEC529
输出给传感器的电压	DC 24V （20.4-28.8V）
输出给传感器的电流	280mA，电子式短路保护（600mA）
为扩展模块提供的输出电流	660mA
程序存储器	8K字节/典型值为2.6K条指令
数据存储器	2.5K字
存储器子模块	1个可插入的存储器子模块
数据后备	整个BD1在EEPROM中无需维护 在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天
编程语言	LAD，FBD，STL
程序结构	一个主程序块（可以包括子程序）
程序执行	自由循环。中断控制，定时控制（1~255ms）
子程序级	8级
用户程序保护	3级口令保护
指令集	逻辑运算、应用功能
位操作执行时间	0.37μs
扫描时间监控	300ms（可重启动）
内部标志位	256，可保持：EEPROM中0~112
计数器	0~256，可保持：256，6个高速计数器
定时器	可保持：256， 4个定时器，1ms~30s 16个定时器，10ms~5min 236个定时器，100ms~54min
接口	一个RS485通信接口
可连接的编程器/PC	PG740P = 2 \* ROMAN II，PG760P = 2 \* ROMAN II，PC（AT）
本机I/O	数字量输入：14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能 数字量输出：10，其中2个可用作本机功能， 模拟电位器：2个
可连接的I/O	数字量输入/输出：**多94/74 模拟量输入/输出：**多28/7（或14） AS接口输入/输出：496
**多可接扩展模块	7个

2．输入特性

S7-200 CPU224的输入特性如表4-14所示。

表4-14  S7-200 CPU224输入特性

类型	源型或汇型
输入电压	DC 24V，“1信号”：14-35A，“0信号”：0-5A，
隔离	光耦隔离，6点和8点
输入电流	“1信号”：**4mA
输入延迟（额定输入电压）	所有标准输入：全部0.2-12.8ms（可调节） 中断输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节） 高速计数器：（I0.0-0.5）**30kHz

3．输出特性

S7-200 CPU224输出特性如表4-15所示。

表4-15  S7-200 CPU224的输出特性

类型	晶体管输出型	继电器输出型
额定负载电压	DC 24V（20.4-28.8V）	DC 24V（4-30V） AC24-230V（20-250V）
输出电压	“1信号”：**小DC 20V	L+/L-
隔离	光耦隔离，5点	继电器隔离，3点和4点
**输出电流	“1信号”：0.75A	“1信号”：2A
**小输出电流	“0信号”：10μsA	“0信号”：0mA
输出开关容量	阻性负载：0.75A 灯负载：5W	阻性负载：2A 灯负载：DC30W，AC200W

4．扩展单元的主要技术特性

S7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。

（1）输入/输出扩展模块  S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。CPU221无I/O扩展能力，CPU 222**多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量），而CPU224和CPU226**多可连接7个扩展模块。

S7-200 PLC系列目前总共提供共5大类扩展模块：数字量输入扩展板EM221（8路扩展输入）；数字量输出扩展板EM222（8路扩展输出）；数字量输入和输出混合扩展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模拟量输入扩展板EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间为25μs，12位；模拟量输入和输出混合扩展模板EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间为25μs，D/A转换时间]100μs，位数均为12位。

    基本单元通过其右侧的扩展接口用总线连接器（插件）与扩展单元左侧的扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5VDC工作电源，此电源由基本单元通过总线连接器提供，扩展单元的24VDC输入点和输出点电源，可由基本单元的24VDC电源供电，但要注意基本单元所提供的**电流能力。

（2）热电偶/热电阻扩展模块   热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。

（3）通讯扩展模块  除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。

S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能如表4-16所示。

表4-16  S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能

类型	数字量扩展模块			模拟量扩展模块
型号	EM221	EM222	EM223	EM231	EM232	EM235
输入点	8	无	4/8/16	3	无	3
输出点	无	8	4/8/16	无	2	1
隔离组点数	8	2	4	无	无	无
输入电压	DC24V		DC24V
输出电压		DC24V或AC24-230V	DC24V或AC24-230V
A/D转换时间				<250μs		<250μs
分辨率				12bit A/D转换	电压：12bit 电流：11bit	12bit A/D转换

西门子PLC查表指令应用举例

查表指令应用举例。从EC地址为VW202的表中查找等于16#2222的数。程序及数据表如图1所示。

 

图1题图

为了从表格的顶端开始搜索，AC1的初始值=0，查表指令执行后AC1=1，找到符合条件的数据1。继续向下查找，先将AC1加1，再激活表查找指令，从表中符合条件的数据1的下一个数据开始查找，第二次执行查表指令后，AC1=4，找到符合条件的数据4。继续向下查找，将AC1再加1，再激活表查找指令，从表中符合条件的数据4的下一个数据开始查找，第三次执行表查找指令后，没有找到符合条件的数据，AC1=6（实际填表数）。

S7-200 PLC设置位或字节的几种方法举例说明

概述

本例用一定值存入预定的存储区域或对预定的存储区域清零的几种方法。

本例采用了以下指令:

程序和注释

本例程序描述了用一定值存入预定的存储器位或字节，以及清除存储区内容的几种方法。

采用指令如下:

FILL               设置一个字或几个字。

FOR  NEXT     FOR  NEXT循环。

R                   对一位或几位置0。

本程序长度为55个字。

PLC的发展与应用阶段划分

（1）PLC的发展大体上可分为3个阶段：

①形成期（1970?1974年）

在这一期间PLC以准计算的面貌与用户见面。在软件上采用机器码和汇编语言编写应用程序，在硬件上采用中小规模集成电路构成系统。其功能**于开关逻辑控制，且价格昂贵，只在一些大型生产设备和自动生产线上使用。

②成熟期（1973?1978年）

在这一时期，一方面随着大规模集成电路的出现，出现了以微处理器为核心的新一代PLC，另一方面采用了梯形图语言，通俗易懂。由此称为PLC，且技术也日趋完善。

③大发展时期（1977??至今）

由于PLC技术的发展始终保持两个特点：一是继承继电器控制系统的特点，二是应用了计算机技术。所以随着PLC应用的扩大，全面促进了PLC的生产和研究，产品的品种也越来越多，需求量也越来越大，而且很受欢迎，PLC也成为工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。国家已形成为重要产业。据不完全统计，**PLC总销售额1987年为25亿美元，1988年为31亿美元，比前一年增长24％。1989年为36亿美元，比上一年增长16％。而且新的生产家不断涌现，产量产值大幅度增加，价格也普遍下降。

据美国《控制工程》杂志统计，1984年美国注册生产的厂家有48家，其中**的有AB（Allen  bradly）公司、GM（Gould  Modicon）公司、TI仪器（Texas  Instruments）公司、GE（General  Electric）公司、西屋（Westen  House）电气公司等。

据日本《自动化》杂志统计，1982年日本有40家工厂生产PC，其中**的有三菱、日立、立石、夏普、安川、东芝、富士等公司。

据德国《工业电气电子》杂志统计，1984年欧州有60家生产PLC的厂家，其中**的有德国西门子公司、BBC公司、AEG公司及法国的TE公司等。

（2）随着国外PLC技术的日益发展，其应用也越来越广泛，其范围通常可分成五大类型

①顺序控制

这是现今PLC应用**广泛的领域，可以取代传统的继电器顺序控制可以用于单机、多级群控制式生产自动线控制。如：注塑机、印刷机械、组合机床、装配生产线、包装生产线、电镀车间及电梯控制线路等等。

②运动控制

PLC制造商目前已提供了拖动步进电机式伺服电机的单轴式多轴位置控制模块。在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴式数轴到目标位置。当每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的编程可用PLC的语言完成，通过编程器输入。

③过程控制

PLC能控制大量的物理参数。例如:温度、压力、速度和流量。PID（Proportional-Integral-Derivative）模块的提供使PLC具有了闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当由于控制过程中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。

④数据处理

在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。**的日本FANUC公司推出的SYSTEM 10.11.12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件，通过窗口软件用户可以自由编程，由PLC连至CNC设备使用。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理体系。

⑤通信

为了适应国外近年来兴起的工厂自动化（FA）系统发展需要，发展了PLC之间、PLC与上级计算机之间的通信功能，它们都采用光纤通信多级传递。输入/输出模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络联结构成集中管理信息的分布式网络系统。

机械手PLC控制系统确定输入/输出点数的过程

确定输入/输出点数并选择PLC型号

1）输入信号

位置检测信号：下限、上限、右限、左限共4个行程开关，需要4个输入端子。

“无工件检测”信号：用光电开关作检测元件，需要1个端子。

“工作方式”选择开关：有手动、单步、单周期和连续4种工作方式，需要4个输如端子。

手动操作：需要有下降、上升、右移、左移、加紧、放松6个按钮，也需要6个输入端子。

自动工作：尚需启动、正常停车、紧急停车3个按钮，也需要3个输入端子。以上共需要18个输入信号。

2）输出信号

PLC的输出用于控制机械手的下降、上升、右移、左移、加紧、放松以三个电动机转速的控制等，共需要11个输出点。机械手从原点开始工作，需要一个原点指示灯，也需要1个输出点。所以，至少需要6个输出点。

由于机械手的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型号的小型PLC均可满足要求。根据所需的I/O总点数并留有一定的备用量，可选用FX2N-48RM，其输入和输出各24点，继电器输出型。

写出图所示梯形图对应的PLC指令语句表。

解答：用暂存器来处理分支电路。要注意的是，线圈10001前面没有接点，因此不必按分支处理。指令语句如下：

LD   00001

OUT  TR0

AND  00002

AND  00003

OUT  10000

LD   TR0

AND  00003

OUT  10001

AND  10000

OUT  TR1

AND  00006

OUT  10002

LD   TR1

AND  00007

OR   00008

OUT  10003

PLC的编程技巧及实例分析

利用PLC进行程序编制时，为了减少指令条数，节省内存和提高运行速度，应掌握以下编程技巧。

(1)把串联触点多的电路编在上方，如图8-4所示，可见（b）形式减少使用ORB指令或多重输出指令等。

(2)并联触点多的电路放在左边，如图8-5所示，可见（b）形式减少使用ANB指令。

(3)多重输出电路，**将串联接点多的电路放在下边，如图8-6所示，可以不使用MPS、MPP指令等。

(4)如果电路复杂，采用ANB、ORB等指令实现比较困难时，可以重复使用一些触点改成等效电路，再进行编程，如图8-7所示。

 

PLC提供的编程语言简介

PLC的编程语言与一般计算机语言相比具有明显的特点，它既不同于一般高级语言，也不同于一般汇编语言，它既要易于编写又要易于调试。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。 

    目前，PLC为用户提供了多种编程语言，以适应编制用户程序的需要，PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图 

    1、梯形图 

    梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，但是在使用符号和表达式等方面有一定区别。

    梯形图具有形象、直观、简单明了，易于理解的特点，特别适合开关量逻辑控制，是PLC**基本、**普遍的编程语言。 

    2、语句表（STL） 

   语句表是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，也是较为广泛应用的一种编程语言。使用语句表编程时，编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象。一般可以与梯形图互相转化，互为补充。目前，大多数PLC都有语句表编程功能。 

    3、顺序功能图(SFC) 

    顺序功能图编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。它的编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每个工艺方框的输入和输出端，标上特定的符号即可。采用顺序功能图编程，可以使具有并发、选择等复杂结构的系统控制程序大为简化。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令，它是一种效果显著、深受欢迎的编程语言，目前国际电工委员会（IEC）也正在实施并发展这种语言的编程标准。 

    4、 功能块图（FBD） 

逻辑功能图是一种由逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图。对每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的人员来说，使用非常方便。

PLC的未来（从技术、产品规模、市场和网络发展来分析）

 21世纪，PLC会有更大的发展。

      从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；

      从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完**人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；

      从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；

      从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

**上公认的**台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在**工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是**上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。**初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较**的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。