西门子NCU573.2数控主板
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詹雪芬 9 9:85011-1590
小车控制系统——使用STL指令的编程方式梯形图举例
许多PLC厂家都设计了专门用于编制顺序控制程序的指令和编程元件,如美国GE公司和GOULD公司的鼓形控制器、日本东芝公司的步进顺序指令、三菱公司的步进梯形指令等。
步进梯形指令(Step Ladder Instruction)简称为STL指令。FX系列就有STL指令及RET复位指令。利用这两条指令,可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。
FX2N系列PLC的状态器S0~S9用于初始步,S10~S19用于返回原点,S20~S499为通用状态,S500~S899有断电保持功能,S900~S999用于报警。用它们编制顺序控制程序时,应与步进梯形指令一起使用。FX系列还有许多用于步进顺控编程的特殊辅助继电器以及使状态初始化的功能指令IST,使STL指令用于设计顺序控制程序更加方便。
使用STL指令的状态器的常开触点称为STL触点,它们在梯形图中的元件符号如图5-31所示。图中可以看出功能表图与梯形图之间的对应关系,STL触点驱动的电路块具有三个功能:对负载的驱动处理、转换条件和转换目标。
图5-31 STL指令与功能表图
除了后面要介绍的并行序列的合并对应的梯形图外,STL触点是与左侧母线相连的常开触点,当某一步为活动步时,对应的STL触点接通,该步的负载被驱动。当该步后面的转换条件满足时,转换实现,即后续步对应的状态器被SET指令置位,后续步变为活动步,同时与前级步对应的状态器被系统程序自动复位,前级步对应的STL触点断开。
使用STL指令时应该注意以下一些问题:
1)与STL触点相连的触点应使用LD或LDI指令,即LD点移到STL触点的右侧,直到出现下一条STL指令或出现RET指令,RET指令使LD点返回左侧母线。各个STL触点驱动的电路一般放在一起,后一个电路结束时—定要使用RET指令。
2)STL触点可以直接驱动或通过别的触点驱动Y、M、S、T等元件的线圈,STL触点也可以使Y、M、S等元件置位或复位。
3)STL触点断开时,CPU不执行它驱动的电路块,即CPU只执行活动步对应的程序。在没有并行序列时,任何时候只有一个活动步,因此大大缩短了扫描周期。
4)由于CPU只执行活动步对应的电路块,使用STL指令时允许双线圈输出,即同一元件的几个线圈可以分别被不同的STL触点驱动。实际上在一个扫描周期内,同一元件的几条OUT指令中只有一条被执行。
5)STL指令只能用于状态寄存器,在没有并行序列时,一个状态寄存器的STL触点在梯形图中只能出现一次。
6)STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令,但是可以使用CJP和EJP指令。当执行CJP指令跳人某一STL触点驱动的电路块时,不管该STL触点是否为“1”状态,均执行对应的EJP指令之后的电路。
7)与普通的辅助继电器一样,可以对状态寄存器使用LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、SET、RST、OUT等指令,这时状态器触点的画法与普通触点的画法相同。
8)使状态器置位的指令如果不在STL触点驱动的电路块内,执行置位指令时系统程序不会自动将前级步对应的状态器复位。
如图5-32所示小车一个周期内的运动路线由4段组成,它们分别对应于S31~S34所代表的4步,S0代表初始步。
图5-32 小车控制系统功能表图与梯形图
假设小车位于原点(左端),系统处于初始步,S0为“1”状态。按下起动按钮X4,系统由初始步S0转换到步S31。S31的STL触点接通,Y0的线圈“通电”,小车右行,行至右端时,限位开关X3接通,使S32置位,S31被系统程序自动置为“0”状态,小车变为左行,小车将这样一步一步地顺序工作下去,后返回起始点,并停留在初始步。图5-32中的梯形图对应的指令表程序如表5-3所示.。
表5-3 小车控制系统指令表
LD
SET
STL
LD
SET
STL
M8002
S0
S0
X4
S31
S31
OUT
LD
SET
STL
OUT
LD
Y0
X3
S32
S32
Y1
X1
SET
STL
OUT
LD
SET
STL
S33
S33
Y0
X2
S34
S34
OUT
LD
SET
RET
Y1
X0
S0
本系统采用西门子PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和 profibus-DP的主/从站接口模块,CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中,除了上述主站外,从站是由 22个ET200S和22个ET200ECO组成,分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成 profibusⅠ线,CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。
系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型,基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2~12个,标准型的接口模块其范围为2~63个。所以当从站I/O模块较多时,宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
系统中ET200ECO从站中选用了8DI和16DI两种模板,模板结构紧凑,模板的供电采用7/8电源线,模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速,方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
网络设备按照适应工业现场环境的程度,以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块,对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块,置于生产线滚轮下方,由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境,因此需要有防水防油防尘等功能。
3 目标控制系统
3.1 系统设计汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性,工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式,采用以西门子PLC为核心构成的计算机控制系统,各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键,由于每个工位之间是流水线生产,因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度,才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200ECO站共同构成一个工位, ET200ECO主要是采集现场数据用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式,就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致,操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
利用定时器与计数器设计一PLC控制的长延时电路 利用定时器与计数器设计一PLC控制的长延时电路(1000秒)。 如图1所示为定时器与计数器控制的梯形图。 图中,X001是定时器的定时条件,当条件满足时,定时器T1开始定时,10秒后定时器线圈输出,同时定时器T1复位、计数器C1开始计数一次。利用定时器的常闭触点,使定时器T1每隔10秒产生一个计数脉冲,当计满100次后,计数器C1线圈输出,将输出继电器Y000置“1”。X002为计数器C1的复位条件。只要复位条件满足,不管计数是否计满,随时都可以使计数器复位,体现复位优先原则。 程序清单: LD X001 ANI T1 OUT T1 K 100 LD T1 OUT C1 K 100 LD C1 OUT Y000 LD X002 RST C1 END 如图1所示是二分频电路的梯形图和时序图。 待分频的脉冲信号加在X000端,设M101和Y000的初始状态为“0”。当个脉冲信号的上升沿到来时,M101产生一个单脉冲(如图所示),Y000被置“1”,当M101置“0”时,Y000仍保持置“1”;当第二个脉冲信号的上升沿到来时,M101又产生一个单脉冲(如图所示),M101常闭触点断开,使Y000由“1”变“0”,当M101置“0”时,Y000仍保持置“0”直到第三个脉冲到来。当第三个脉冲到来时,重复上述过程。由此可见,X000每送两个脉冲,Y000产生一个脉冲,完成对输入信号的二分频。 程序清单: LD X000 PLS M101 LD M101 ANI Y000 LDI M101 AND Y000 OUT Y000 END 图1 分频电路梯形图及时序图 定时器与计数器组合的延时PLC程序梯形图 利用定时器与计数器级联组合可以扩大延时时间,如图5-13所示。图中T4形成一个20s的自复位定时器,当X4接通后,T4线圈接通并开始延时,20s后T4常闭触点断开,T4定时器的线圈断开并复位,待下一次扫描时,T4常闭触点才闭合,T4定时器线圈又重新接通并开始延时。所以当X4接通后,T4每过20s其常开触点接通一次,为计数器输入一个脉冲信号,计数器C4计数一次,当C4计数100次时,其常开触点接通Y3线圈。可见从X4接通到Y3动作,延时时间为定时器定时值(20s)和计数器设定值(100)的乘积(2000s)。图中M8002为初始化脉冲,使C4复位。 图5-13 定时器与计数器组合的延时程序 PLC脉冲振荡计数长延时亮灯电路
安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来,ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量,通过高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器,控制器根据具体工艺要求进行处理,再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S,实现各工位的控制流程。 PROFIBUS是全球应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域,包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外,它有极高的传输速率,可达12Mbits/s,通讯距离可达到1000米,如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里,具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。
整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可独立完成各自的控制任务,并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接,由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
(1)计算机集成自动化过程控制系统,分布式、高可靠性、高稳定性。
(2)从站作为相对独立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2 系统控制要点
(1)该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多,在利用STEP7 V5.5编程软件进行硬件配置时,根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范,对于数字量输入输出,其地址分配的参数范围为0.0~127.7。因此在进行硬件配置时,西门子PLC S7-300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0~127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O地址无论处个范围中,都必须采用间接寻址方式。
(2)关于接触器的硬件互锁。对于转台工位,转台有正转和反转两种工作状态,因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制),接触器分正转接触器和反转接触器,输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。当程序在执行过程中,若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时,则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接,造成接触器短路损坏,主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生,首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况,其次即是采用接触器上硬件互锁,点Q1、点Q2是输出控制点,Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,同理, Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点,互锁中只需用到常闭点,当输出点Q1闭合时,正向接触器上常闭点随之断开,则Q2输出点两端之间不可能形成回路,也就不会出现短路跳闸的事故。
该项目中涉及到的变量数目较多,根据现场情况随时可能有更改,为了便于管理,采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半,也将出错概率减少一半。先安装西门子STEP 7软件,之后自定义安装西门子Wincc软件,将Wincc通讯组件安装完整。然后在西门子STEP 7软件中插入OS站,可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择,出现变量选择对话框,即可在西门子STEP 7项目变量表中选择需要的变量,从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。
3.3 系统控制功能
(1)手自动回路的切换在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态,但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下,工位的操作全由下位控制,可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下,操作具有自保护功能,在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。
(2)安全保护上位监控系统设定了若干级操作密码,管理员和操作员分别有自己的操作权限,且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。
(3)查询源程序代码当上位机画面显示某个工位出现故障时,可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面,即可迅速查找出故障的根本原因,节省了维修时间。
(4)故障报警和报表打印当设备出现故障时,报警框中会出现提示,并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。
4 结
西门子S7-300CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200ECO从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线投运,能够保证生产线连续稳定地生产,尤其在机械动作灵敏度上有较大提高,完全满足了用户的要求。
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
用户程序执行
在用户程序执行阶段,PLC是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
输出刷新当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图,其排列次序不同,执行的结果也不同。另外,采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然,如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略,那么二者之间就没有什么区别了。
选择性分支与汇合状态转移图和步进梯形图 从多个分支流程中选择某一个单支流程,称之为选择性分支。 图 为选择性分支与汇合状态转移图和步进梯形图 并行性分支与汇合 同时并行处理多个分支流程,称之为并行性分支与汇合。 图 为并行性分支与汇合状态转移图和步进梯形图 PLC程序的经验设计法 什么是PLC程序的经验设计法? 1、PLC程序的经验设计法 在PLC发展的初期,沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图程序,即在已有的些典型梯形图的基础上,根据被控对象对控制的要求,不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图,不断地增加中间编程元件和触点,后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循,设计所用的时间、设计的质量与编程者的经验有很大的关系,所以有人把这种设计方法称为经验设计法。它可以用于逻辑关系较简单的梯形图程序设计。 用经验设计法设计PLC程序时大致可以按下面几步来进行:分析控制要求、选择控制原则;设计主令元件和检测元件,确定输入输出设备;设计执行元件的控制程序;检查修改和完善程序。 2、经验设计法的特点 经验设计法对于一些比较简单程序设计是比较奏效的,可以收到快速、简单的效果。但是,由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计,所以对设计人员的要求也就比较高,特别是要求设计者有一定的实践经验,对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。经验设计法没有规律可遵循,具有很大的试探性和随意性,往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求,所以设计的结果往往不很规范,因人而异。 经验设计法一般适合于设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序(如手动程序等)。如果用来设计复杂系统梯形图,存在以下问题: 1).考虑不周、设计麻烦、设计周期长 用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时,要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、互锁等功能,由于需要考虑的因素很多,它们往往又交织在一起,分析起来非常困难,并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序时,很可能会对系统其它部分程序产生意想不到的影响,往往花了很长时间,还得不到一个满意的结果。 2).梯形图的可读性差、系统维护困难 用经验设计法设计的梯形图是按设计者的经验和惯的思路进行设计。因此,即使是设计者的同行,要分析这种程序也非常困难,更不用说维修人员了,这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。
S7-300 CPU 的六个性能等级
现有性能范围极宽的分级 CPU 系列,可用于组态控制器。
产品范围包括 7 种标准的 CPU、
7 种紧凑式 CPU、5 种故障防护型 CPU 以及 3 种工艺 CPU。
现有 CPU 的宽度仅 40mm
SIMATICS7-300 是我们全集成自动化设计的一部分,是销量大的控制器。
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在个实例中,SIMATIC S7-300 用于制造工艺中的创新性系统解决方案,特别是用于汽车工业,一般机械工程,特别是特殊机械制造和机器的连续生产 (OEM),以及塑料加工、包装行业、食品和饮料工业和加工工程
作为一种多用的自动化系统,S7-300 是那些需要灵活的设计以实现集中和本地组态的应用的理想解决方案。
对于由于环境条件限制需要特殊的坚固性的应用,我们可以提供SIPLUS 极端设备。
6ES7 390-1AE80-0AA0 导轨(480mm)
6ES7 390-1AF30-0AA0 导轨(530mm)
6ES7 390-1AJ30-0AA0 导轨(830mm)
6ES7 390-1BC00-0AA0 导轨(2000mm)
6ES7 392-1AJ00-0AA0 20针前连接器
6ES7 392-1AM00-0AA0 40针前连接器
6ES7 392-1BM01-0AA0 弹簧行连接器
西门子PLCS7-300系列PLC安装及注意事项
西门子S7-300安装注意事项一)辅助电源功率较小,只能带动小功率的设备(光电传感器等);
西门子S7-300安装注意事项二)一般PLC均有一定数量的占有点数(即空地址接线端子),不要将线接上;
西门子S7-300安装注意事项三)PLC存在I/O响应延迟问题,尤其在快速响应设备中应加以注意。
西门子S7-300安装注意事项四)输出有继电器型,晶体管型(高速输出时宜选用),输出可直接带轻负载(LED指示灯等
6GK1561-1AA01
SIMATIC NET, PB, CP 5611 通讯处理器,A2 PCI 卡(32 位;3.3/5V; 33/66 MHz),用于将编程器或带 PCI 总线的 PC 连接到 PROFIBUS 或 MPI(不支持 WIN9X !)
内存卡
6ES7 953-8LF20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC)
6ES7 953-8LG11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC)
6ES7 953-8LJ20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC)
6ES7 953-8LL20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC)
6ES7 953-8LM20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC)
6ES7 953-8LP20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC)
西门子一级代理商产品远销:
常见DP头:
6ES7 972-0BB12-0xA0 :
90度电缆出线,集成终端电阻,9针 Sub-D插座,有编程口,不支持快速连接
6ES7 972-0BA12-0xA0 :
90度电缆出线,集成终端电阻,9针 Sub-D插座,无编程口,不支持快速连接
6ES7 972-0BA42-0xA0 :
35度电缆出线,集成终端电阻,9针 Sub-D插座,无编程口,支持快速连接
6ES7 972-0BA52-0xA0 :
90度电缆出线,集成终端电阻,9针 Sub-D插座,无编程口,支持快速连接
6ES7 972-0BB42-0xA0 :
35度电缆出线,集成终端电阻,9针 Sub-D插座,有编程口,不支持快速连接
6ES7 972-0BB52-0xA0 :
90度电缆出线,集成终端电阻,9针 Sub-D插座,有编程口,支持快速连接