葫芦岛西门子主机模块代理商 原厂原装正品

    德国西门子公司是世界上较早研制和生产PLC产品的主要厂家之一，其产品具有多种型号，以适应各种不同的应用场合，有适合于起重机械或各种气候条件的坚固型，也有适用于狭小空间具有高处理性能的密集型，有的运行速度较快且具有优异的扩展能力。它包括从简单的小型控制器到具有过程计算机功能的大型控制器，可以配置各种I/O模块、编程器、过程通信和显示部件等。西门子公司的PLC发展到现在已有很多系列产品，如S5、S7、C7、M7系列等，本书主要以S7-300/400系列为例讲解PLC的理论和应用。

    S7系列PLC是在S5系列基础上研制出来的，它由S7-200、S7-300/400 PLC组成。

    1．S7-200 PLC

    微型S7-200 PLC结构紧凑、价格低廉，适用于小型的自动化控制系统。其指令处理时间短，减少了循环时间，高速计数器使其可应用于更广泛的领域，高速中断处理能分别响应各种过程事件；对性能的扩展提供了模块化的扩展能力，用于控制步进电动机的脉冲输出，同样可用于脉宽调制，为快速方便地解决较复杂问题提供高效的指令集。此外，附加性能有：点对点接口( PPI)支持编程；操作员接口与串行设备接口；用户界面友好的STEP 7Micro/DOS软件和高效的编程器简化了编程；三级口令用于保护用户程序；TD200和COROS操作员面板提供了简单的人机接口功能。

    2．S7-300 PLC

    模块化S7-300 PLC适用于快速的过程处理或对数据处理能力有特别要求的中小型自动化控制系统。它具有高速的计算能力、完整的指令集、多点接口( MPI)和通过SINEC LAN进行联网的能力；它内置多种功能，具有综合诊断能力，它推出的口令保护，简便的连接系统和无限的插入模块组态，使系统组态处理更加方便；由于其快速的指令处理速度，大大缩短了系统循环时间；同时高性能模块和多种CPU为各种各样的需求提供了合适的解决方案；模块扩展能力较多可增加到3个扩展基架(ER)，较高的安装密度，背板总线安装在每个模块中，预先接线系统（TOP接线），减少了所需空间和费用，同时为连接SIMATIC系列各种部件提供了接口，它具有对用户友好的Windows STEP 7 Mini编程软件和功能强大的编程器。

    3．S7-400 PLC

    较具通信能力的S7-400 PLC适于大、中型自动控制系统，它指令执行时间较短；在恶劣、不稳定的工业环境下，坚固、全部密封的模板依然可正常工作；无风扇操作降低了安装的费用；在操作运行过程中模板可插拔；分布式的内部总线允许在CPU与*I/O间进行非常快的通信(P总线与I]O模板间进行数据交换，C总线可将大量数据传送到功能模块和通信模块)；一些CPU装备了内置的SINEC L2 DP接口，保证了对分布式I/O进行快速数据交换，其强大的通信模块允许点对点通信，以及用SINEC L2和SINEC Hl总线系统进行通信。

 1．控制要求

    两种液体的混合装置简图如图11-26所示。

    (1)初始状态容器是空的，电磁阀F1、F2和F3，搅拌电机M，液面传感器L1、L2和L3，加热器H和温度传感器T均为OFF。

两种液体的混合装置简图

    图11-26    两种液体的混合装置简图

    (2)物料自动混合控制  按下启动按钮，开始下列操作。

    1)电磁阀F1开启，开始注入物料A，**度L2（此时L2、L3均为ON）时，关闭阀F1，同时开启电磁阀F2，注入物料B，当液面上升至L1时，关闭阀F2。

    2)停止注入物料B后，起动搅拌电机M，使A、B两种物料混合10s。

    3) 10s后停止搅拌，开启电磁阀F3，放出混合物料，当液面高度降至L3后，再经5s后关闭阀F3。

    (3)停止操作按下停止按钮，在当前过程完成以后（物料全部排出），再停止操作，回到初始状态。

    2．方案选择及地址分配

    (1)方案选择  由于系统的输入/输出点较少(71/90)，且控制任务比较简单只涉及到延时控制，所以选用S7-200的CPU224( 141/100)完成控制，既可采用基本指令也可采用步进指令，但由于步进指令程序较长，本文只给出采用基本指令编写的控制程序。

    (2)编程元件的地址分配输入/输出地址分配及接线如图11-27所示。

两种液体的混合控制PLC I/O接线图

    图11-27    两种液体的混合控制PLC I/O接线图

    物料自动混合装置中电磁阀的动作，既受手动控制，又受液面传感器输入信号的控制，如果物料混合需要加热，按动按钮SB2，启动加热器H开始加热。当温度达到规定要求时，温度传感器T动作（D4指示），加热器H停止加热。液面位置由D1、D2和D3指示。

    3．程序设计

    采用基本逻辑指令设计的物料自动混合控制的梯形图如图11-28所示。

    数控系统内部处理的信息大致可分为两大类：一是控制坐标轴运动的连续数字信息，这种信息主要由CNC系统本身去完成；另一类是控制刀具更换、主轴起停、换向变速、零件装卸、切削液的开停和控制面板、机床面板的输入输出处理等离散信息，这些信息一般用PLC来实现。PLC在CNC系统中是介于CNC装置与机床之间的中间环节。它根据输入的离散信息，在内部进行逻辑运算并完成输出功能。

    1．数控机床中PLC的分类

    通常的PLC是一个独立的控制装置，由CPU、存储器、电源、I/O接口等构成独立的控制系统。从数控机床应用的角度分，可编程序控制器可分为两类：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PLC。内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送，如图6-1所示。另一类是专业的PLC生产厂家的产品，称为独立型PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务，性能价格比不如内装型PLC。采用独立型PLC的数控系统框图如图6-2所示。很多数控系统采用独立的PLC作为逻辑控制器。西门子3系统就是采用独立的PLC，FANUC系统就是采用内装型PLC，与数控装置共用一个CPU，也称内嵌式PLC。

内装型PLC的CNC系统框图

    图6-1    内装型PLC的CNC系统框图

    2．CNC、PLC、机床之间的信号

    在数控机床上用PLC代替传统的机床强电顺序控制的继电器逻辑控制，利用逻辑运算实现各种开关量控制。PLC在数控装置和机床之间进行信号的传送和处理，即可以把数控装簧对机床的控制信号，通过PLC去控制机床动作：也可把机床的状态信号送还给数控装置，便于数控装置进行机床自动控制。

独立型PLC的CNC系统框图

    图6-2    独立型PLC的CNC系统框图

    (1) CNC侧与MT侧的概念

    在讨论数控机床的PLC时，常以PLC为界把数控机床分为CNC侧和MT侧两大部分。CNC侧包括CNC系统的硬件、软件以及CNC系统的外部设备。MT侧则包括机床的机械部分、液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器电路、机床强电电路等。MT侧顺序控制的较终对象的数量随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，受控对象数量就越多。相比而言，柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)的受控对象数量多，而数控车床、数控铣床的受控对象数量较少。

    (2) PLC、CNC、机床间的信息交换

    对于不同数控系统，所交换的信息内容、数量各有区别，但基本思路和作用是一样的。对于不带PLC的数控系统产品，其信息交换主要以开关量为主，并通过CNC与PLC之间的硬件I/O连接来实现。对于内装PLC的数控系统产品，不仅可通过开关量交换信息，而且可以通过内部寄存器、内部标志位等交换信息，而且在CNC与PLC之间*硬件I/O连接，数据处理能力强，可靠性高。

    数控系统中PLC的信息交换，是以PLC为中心，在CNC、PLC和机床之间的信息传递。PLC与CNC之间交换的信息分两个方向进行，其中由CNC发给PLC的信息主要包括各种功能代码M、S、T的信息、手动/自动方式信息、各种使能信息等。而由PLC发给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。

    同样，PLC与机床之间交换的信息也分为两部分。例如机床的起动/停止，主轴正转/反转/停止、机械变速选择、切削液的开/关、倍率选择、各坐标轴点动和刀架、卡盘的夹紧/松开等信号，以及上述各部件的限位开关等保护装置、主轴伺服状态监视信号和伺服系统运行准备等信号。

    FANUC系统是内装型PLC。由于PLC在数控系统中的特殊作用，FANUC系统将PLC称为PMC，其编程方法详见本章*二节。西门子数控系统大多数采用独立型PLC，PLC用西门子S7系列，编程用STEP软件，其编程方法可参照其他文章，这里不再赘述。掌握PLC的编程方法是利用PLC进行故障诊断和维修的前提条件。

   一、应用背景与需求

    工业机床的控制在工业生产自动化控制中占有重要的位置。在机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多，控制较为复杂。采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此故障多，维修困难，费工费时。采用PLC控制，可使接线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修量，提高了工效。

    某多工步机床是用于加工棉纺锭子锭脚的一种加工机床，其锭脚加工工艺比较复杂，零件加工前为实心坯件，整个机械加工过程由7个刀具分别按照7个工步要求依次进行切削。7个工步依次为：钻孔、车平面、钻深孔、车外圆及钻孔、粗铰双节孔及倒角、精铰双节孔、铰锥孔，各工步的动作分解如图8-24所示。

    本节以该锭脚加工机床的PLC控制为例，介绍PLC在多工步机床控制系统中的应用。

    二、多工步机床PLC控制系统分析

    使用该机床进行加工时，工件由主轴上的夹头夹紧，并由主轴电机M1带动作旋转运动。大拖板带动回转工作台作纵向进给运动，其进给速度由工进电机（慢速电机M2）、快进电机（快速电机M3）经电磁气阀YV1离合器带动丝杠控制。小拖板的横向运动由电磁气阀YV1气压驱动。

    对于7把刀具，除了*2把刀（完成*2工步，即车平面）是由小拖板横向运动切削外，完成其余6个工步的6把刀均由大拖板带动回转工作台（六角）纵向运动切割，每完成一个工步，回转工作台转动一个工位，进行下一工步的切削。

    为简明期间，本例只对刀具进给运动的控制进行分析与设计，刀具进给运动的控制过程如下：

    (1)刀具进给的启动由启动按钮SB1发出启动指令。

    (2)刀具进给运动过程中，各动作之间的转换由限位开关发出指令；纵向快进结束压合限位开关ST1，发出工进指令。

    (3)工进结束压合限位开关ST2，发出延时指令，延时1s后开始纵向快退。

    (4)纵向快退结束后压合限位开关ST3，发出横向进给指令，由**工步转入*二工步，发出下一工步快进指令。

    (5)横向进给结束压合限位开关ST4，发出横向退回指令及*三工步的快进指令，以后各工步的动作将重复**工步的变化。

    另外，各动作之间应设置互锁，即某一个动作进行时，应锁定另一个动作，如快进与工进互锁、纵进与纵退互锁等。

    三、多工步机床控制系统硬件设计

    1．输入/输出信号分析

    根据对多工步机床控制系统的功能分析，可知其主要的输入和输出信号如下：

    输入信号：控制多工步机床刀具进给加工的开始按钮1个，行程开关共有4个，包括纵向快进到位行程开关1个、纵向工进到位行程开关1个、纵向后退到位开关1个以及横向进给到位行程开关1个，所以输入信号共5路，需5个输入端子。

    输出信号：主要是控制各类接触器以及电磁阀，包括纵向前进接触器、纵向快速接触器、纵向后退接触器以及横向前进电磁阀各1个，所以输出信号共4路，需4个输出端子。

    2．PLC的输入/输出分配表

    在对多工步转塔车床控制系统的各个硬件组成部分进行了详细分析后，可以对PLC主机的I/O点数进行分配，如表8-7所示。

    表8-7    多工步转塔车床控制系统的I/O点数分配表

    通过对各个输入和输出信号进行分析后可以得知，该多工步机床控制系统中有5个数字量输入信号和4个数字量输出信号，共需9个I/O点，根据I/O点数和容量，本实例可以选择S7-200系列PLC中的CPU221作为控制主机。

    4．硬件接线图

    根据PLC的输入/输出分配表，可以画出如图8-26所示的多工步机床PLC控制主机的硬件接线图。

    四、多工步机床PLC控制系统软件设计

    根据多工步转塔车床加工棉纺锭子、锭脚的加工工序，采用顺序控制指令可以编写出多工步转塔车床控制系统的PLC梯形图及语句表，如图8-27所示。