辽宁西门子扩展模块代理商

 (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。

    S7-300 PLC提供有PID控制功能块来实现PID控制。STEP 7提供了系统功能块SFB41、SFB42、SFB43实现PID闭环控制，其中SFB41“CONT C”用于连续控制，SFB42“CONT_S”用于步进控制，SFB43“PULSEGEN”用于脉冲宽度调制，它们位于文件夹“Libraries→StandardLibrary→PID Controller”中。位于文件夹“Libraries→Standard Library→PID Controller”的FB41、FB41、FB43与SFB41、SFB42、SFB43兼容，FB58、FB59则用于PID温度控制。它们是系统固化的纯软件控制器，运行过程中循环扫描、计算所需的全部数据存储在分配给FB或SFB的背景数据块里，因此可以无限次调用。

    【例7-1】有一台电炉，要求炉温控制在一定的范围。电炉的工作原理如下：

    当设定电炉温度后，CPU 314C-2DP经过PID运算后由自带模拟量输出模块输出一个电压信号送到控制板，控制板根据电压信号（弱电信号）的大小控制电热丝的加热电压（强电）的大小（甚至断开），温度传感器测量电炉的温度，温度信号经过控制板的处理后输入到模拟量输入模块，再送到CPU 314C-2DP进行PID运算，如此循环。整个系统的硬件配置如图7-1所示。请编写控制程序。

    3)设置模拟输入量测量范围。先选定“输入”选项卡，再选定“温度单位”为“摄氏度”，选择测量范围为“0～10V”，最后单击“确定”按钮，如图7-4所示。

    4)设置模拟输出量测量范围。先选定“输出”选项卡，再选择输出电压范围为“0～10V”，单击“确定”按钮，如图7-5所示。

设置模拟输入量测量范围

    SFB41“CONT-C”（连续控制器）在SIMATIC S7可编程序逻辑控制器上使用，通过持续的输入和输出变量来控制工艺过程。在参数分配期间，可以通过激活或取消激活PID控制器的子功能使控制器适应工艺过程的需要。

    可以使用该控制器作为PID固定设定值控制器或在多循环控制中作为层叠、混料或比率控制器。该控制器的功能基于使用模拟信号的采样控制器的PID控制算法，必要时可以通过加入脉冲发生器阶段进行扩展，为使用成比例执行机构的两个或三个步骤控制器生成脉冲持续时间调制输出信号。但要注意只有在以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。为此，应该在周期性中断OB (OB30～OB38)中调用控制块。在CYCLE参数中输入采样时间。SFB41指令的主要参数见表7-1

    (2) FC105指令

    SCALE功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO LIM和HI LIM）之间的实型值。将结果写入OUT。SCALE功能使用以下等式：

    OUT=[((FLOAT (IN) -K1)/(K2-K1))×(HI_LIM-LO_LIM)]+ LO_LIM

    常数K1和K2根据输入值是BIPOLAR（双极性）还是UNIPOLAR（单极性）设置。BIPOLAR的含义是：假定输入整型值介于-27648与27648之间，则K1 = -27648.0，K2=+27648.0。UNIPOLAR的含义是：假定输入整型值介于0和27648之间，则K1=0.0，K2 =+27648.0。

    表7-2    FC105指令参数

FC105指令参数

    OB1中的程序如图7-6所示；OB100中的程序如图7-7所示，目的是重启PID；OB35中的程序如图7-8所示，每0.1s作一次PID运算。

OB1中的程序

OB100中的程序

    【关键点】S7-300 PLC的程序中有的指令表是不能转换成梯形图的，因此在同一个程序中可能出现指令表和梯形图并存的情况，但这种情况在S7-200 PLC中是不会出现的。

OB35中的程序

    本例的输入/输出信号较多，而且逻辑过程也比较复杂，因此本液压系统适合用PLC控制。

    2．PLC的选型

    PLC的种类繁多，不同种类的PLC功能差异很大，价格差距也很大，这为挑选PLC提供了很大的空间。机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，力争选用性能价格比高的，并且可以升级的产品。通常选型要注意以下几点：

    (1)功能的选择

    对于只有开关量和少量模拟量的控制设备，一般选用小型PLC；对于有较多模拟量控制、有复杂的通信、多闭环控制系统，一般根据其规模选用中**PLC机型；对于本例只有开关量，而且点数不**过20点，因此选用中小型机足够，选择面十分广泛，市面上的PLC应都能满足要求。

    (2)基本单元的选择

    基本单元的选择主要包括相应速度、结构形式和扩展能力。

    PLC输入信号与响应的输出信号之间存在着一定的时间延迟，称为延时时间，PLC的延迟时间短则响应速度快。对于以开关量为主的系统，PLC的响应速度能够满足要求，*特殊考虑，而以模拟量为主的系统则必须考虑。本例只有开关量，因此不必考虑响应速度。

    一般PLC有整体式和模块式两种结构形式，前者的价格*，而且通常小型PLC多采用整体式结构。

    在扩展方面也应注意，如通信扩展，设计时不需要，并不代表以后用户一定不用。

    (3)内存容量的估算

    本系统有SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SP1、SP2、起动SB1、停止SB1、复位SB3和急停SB4 10个输入信号，输出有1YA、2YA、3YA、4YA、5YA、EL和电动机的起动KM 7个信号。输入、输出信号共有17个，一般在选型时输入和输出点数要比实际多20%～30%，富裕的点数通常预留给用户。所以输入、输出点数为17×(1+25%)≈21，可以初步选定输入、输出点数和为21。

    由于西门子的S7-300 PLC性能可靠，故选定的型号为：CPU 313C(当然，读者也可以选用其他品牌的PLC，如三菱的FX系列PLC)，此机型有l6个输入，16个输出。又因为本例的控制要求中没有提出通信等特殊要求，所以不需要选用特殊模块。

    3．PLC控制系统的硬件设计

    (1) PLC的I/O分配

    PLC的I/O分配表见表5-3。

    表5-3    PLC的I/O分配表

PLC的I/O分配表

    (2) PLC的硬件系统设计时要注意以下问题

    ①西门子S7-300 PLC输入端需外接DC 24V电源，可以选用西门子生产的电源，但西门子的电源价格较高，使用市面上的品牌开关电源是完**够满足要求的。这点有别于三菱FX系列PLC，三菱FX系列PLC的输入端不要外接电源。

    ②输入端开关（如按钮）一般都用常开触点，但注意急停开关必须接常闭触点，尽管从逻辑上讲，急停开关接常开触点是可行的，但如果急停开关接常开触点，由于某些情况下，急停开关的连线断开，系统仍然能正常工作，但紧急情况下，特别是重大事故发生时，急停开关将不能起到作用，很*发生事故。如果急停开关接常闭触点，只要急停开关的连线断开，系统就不能正常工作。因此，“急停开关”总是能起到作用。

    ③输出端若用直流电源，则较好与接触器或继电器线圈并联一个续流二极管，续流二极管起续流作用。读者应注意二极管的接法，若接反，则会短路。

    ④输出端若用交流电源，则较好与接触器或继电器线圈并联一个浪涌吸收器。

    ⑤接触器的电源是220V交流电，而电磁阀的电源是24V直流电，因此二者一定不能共用一组输出。

    ⑥在画I/O接线图前务必认真阅读选定型号PLC的使用说明书，否则较易出错。

    ⑦由于PLC的继电器比较小，允许通过的电流只有2A，损坏后不易更换，因此建议将每个输出点转接一个中间继电器，再由中间继电器控制电磁阀和接触器的线圈，尽量保护PLC。

    4．PLC控制系统的软件设计

    物料的混合操作是一些工厂关键的或不可缺少的一环，尤其在化工行业中，经常需要将两种或两种以上的液体按照一定的比例混合，然后再做相应的后续处理和加工。对物料混合装置的要求是设备对物料的混合质量高、生产效率和自动化程度高、适应范围广、抗恶劣工作环境等。采用PLC来控制液体搅拌机，由于其结构灵活、可靠性高、使用范围广等特点，完全满足物料混合控制工艺的要求，能大大提高对各种成分含量的有效控制，提高生产效率，因此多种物料混合的PLC控制具有广泛的应用。

    多种液体按一定比例进行混合是物料混合的一种典型形式，本实例中以两种液体的混合装置的控制为例，来介绍PLC在液体混合装置控制中的应用。

    一、控制工艺流程

    两种液体混合装置的控制工艺流程图如图10-1所示，主要包括对混料装置的加料、混料以及出料的控制。在该控制实例中使用H、I、L3个液位传感器来检测液位，使用3个电磁阀门来分别控制液体1、液体2的进入和混合液的排出。

液体混合装置控制工艺图

    图10-1    液体混合装置控制工艺图

    整个实例的控制流程描述如下：液面在较下方时，按下启动按钮，可进行连续混料。首先，控制液体1的阀门Q0.0，液体1流人容器。当液面上升到传感器I的位置时，关闭液体1的阀门Q0.0，打开控制液体2的阀门Q0.1。当液面上升到传感器H的位置时，控制液体2的阀门Q0.1关闭，此时搅拌电动机开始工作。搅拌电动机工作6s后，停止搅拌，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面降到传感器L的检测位置时，延时2s后，关闭混合液体阀门3Q0.2，然后再开始下一周期操作。若工作期间有停止按钮按下，则待本次混料结束后方能停止搅拌机的工作，不再进入下一周期工作。由于初始工作时，液位不一定在液面的较下方，为此需按下复位按钮，使料面液位处于较下方。

    二、控制系统硬件设计

    1．输入/输出信号分析

    系统的输入信号：启动按钮1个，停止按钮1个，液位传感器3个，共5个输入信号，需5个输入端子。

    系统的输出信号：控制进料的电磁阀2个，控制出料的电磁阀1个，电机接触器1个，共4个输出信号，需4个输出端子。

    2．PLC的输入/输出分配表

    编制PLC的输入/输出分配表如表10 -1所示。

    表10-1    PLC的输入/输出分配表

   随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩、低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。一旦制成成品只能按固定的模式闪亮，从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，不能根据不同场合、不同时间段的需求来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。

    PLC由于具有可靠性高、抗干扰能力强、适用性强、维护方便、体积小、能耗低等优点，在人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用，本节将就PLC在节日彩灯控制中的应用进行介绍。

    一、节日彩灯简介

    用PLC实现对节日彩灯的控制，结构简单、变幻形式多样、价格低。彩灯的形式及变幻尽管花样繁多，但其工作方式可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变换灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用于照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接进行控制，不需要PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，犹如行云流水、星光闪烁，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形，特点是定时通断，但频率较高，通常间隔几十毫秒至几百毫秒。变换灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地变换花样，但频率不高。流水灯及变换灯均适宜PLC控制。

    二、控制方案设计

    当用PLC对流水灯或变换灯进行控制时，需要按预定节拍产生一个“环形分配器”（一般可用SHRB、ROL_W产生），有了环形分配器，彩灯就能得到预设频率和预设花样的闪亮信号，即可实现花样的变幻。通常先根据花样变幻的规律写出动作时序表，再按预设彩灯变幻花样在表中“打点”，然后再依据动作时序表输出即可。

    本节所选彩灯变换花样为逐次闪烁方式：程序开始时，灯1 (Q0.0)、灯2(Q0.1)亮；一次循环扫描且定时时间到后，灯1 (Q0.0)灭，灯2(Q0.1)亮、灯3(Q0.2)亮；再次循环扫描且定时时间到后，灯2(Q0.1)灭，灯3 (QO.2)亮、灯4(Q0.3)亮……。其动作时序表如表9-3所示，梯形图如图9-10所示。

广西西门子数字量模块代理商-绥化西门子主机模块代理商-湛江西门子主机模块代理商-西门子300可编程控制器