西门子CPU1517-3 PN/DP可编程控制器详解西门子CPU1517-3 PN/DP可编程控制器详解
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上海诗幕自动化设备有限公司是*从事西门子工业自动化产品销售和集成的高新技术企业。 在西门子工控领域，公司以精益求精的经营理念，从产品、方案到服务， 致力于塑造一个“行业*”，以实现可的发展。 多年以来，公司坚持“以客户为本，与客户共同发展”的思想， 全力以赴为工矿用户、设计单位、工程公司提供高、高性、高可靠性的整体解决方案。 “我们不仅仅销售的产品”是公司每个员工的工作信条， 在为客户提品和方案的中，我们愿意倾听客户，和客户共同完善， 不断服务，越客户的期望。以此为基础，我们追求客户、厂商和员工三方的共赢。 本公司与德国SIEMENS公司自动化与驱动部门的长期紧作中， 建立了良好的相互协作关系，在自动化产品与驱动产品业务逐年成倍增长， 为广大用户提供了SIEMENS的新的技术及自动控制的佳解决方案。 上海诗幕自动化科技有限公司 具备以下产品优势 西门子可编程控制器，西门子屏，西门子工业以太网， 西门子数控，西门子高低压变频器，西门子电机驱动等等。
S7-200系列 PLC的数据存储器寻址
在S7-200PLC中所处理数据有三种，即常数、数据存贮器中的数据和数据对象中的数据。
1．常数及类型
在S7-200的指令中可以使用字节、字、双字类型的常数，常数的类型可为十进制、
十六进制（6#7AB4）、二进制（2#10001100）或ASCII字符（‘SIMATIC’）。PLC不支持数据类型的处理和检查，因此在有些指令隐含规定字符类型的条件下，必须注意输入数据的格式。
2．数据存贮器的寻址
（1）数据地址的一般格式 数据地址一般由二个部分组成，格式为：Aal.a2。其中：A区域代码（I，Q，M，，V），al字节首址，a2位地址（0~7）。例如I10.1表示该数据在I存储区10号地址的第1位。
（2）数据类型符的使用 在使用以字节、字或双字类型的数据时，除非所用指令已隐含有规定的类型外，一般都应使用数据类型符来指明所取数据的类型。数据类型符共有三个，即B（字节），W（字）和D（双字），它的位置应紧跟在数据区域地址符后面。例如对变量存贮器有VBl00、VW100、VDl00。同一个地址，在使用不同的数据类型后，所取出数据占用的内存量是不同的。
3．数据对象的寻址
数据对象的地址基本格式为：An，其中A为该数据对象所在的区域地址。A共有6种：T（定时器），C（计数器），HC（高速计数器），AC（累加器），AIW（模拟量输入），AQW（模拟量输出）。
S7-200 CPU存储器范围和特性如表4-17所示。
表4-17 S7-200 CPU存储器范围和特性表
用PLC实现步进电机的直接控制
步进电机的可编程控制器直接控制，可使组合机床自动生产线控制的成本显著下降。文章介绍了用PLC控制步进电机驱动的数控滑台，伺服控制、驱动及接口以及步进电机PLC控制的逻辑。
1 概述
在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令简单、编程简便易学、易于、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC机床的S、T、M功能控制更显示出其*的性能。PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控使该单元的控制成本70~90%，甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。特别是大型自动线中可以使控制的成本显著下降。
2 PLC控制的数控滑台结构
一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，见图1。
图1
伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。
3 数控滑台的PLC控制
数控滑台的控制因素主要有三个：
3.1 行程控制
一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的转角，因此只要控制步进电机的转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服机构的位移量（mm），d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）
3.2 进给速度控制
伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲:
f=Vf/60d (Hz) （2）
式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)
3.3 进给方向控制
进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制改件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。
4 PLC的控制逻辑
由滑台的PLC控制可知，应使步进电机的输入脉冲数和脉冲受到相应的控制。因此在控制上设置一个脉冲数和脉冲可控的脉冲发生器；对于较低的控制脉冲，可以利用PLC中的定时器构成，如图2所示。脉冲可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲数控制则可以设置一脉冲计数器C10。当脉冲数达到设定值时，计数器C10切断脉冲发生器回路，使其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定位。当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用PLC中的高速脉冲发生器。不同的PLC其高速脉冲的可达4000~6000Hz。对于自动线上的一般伺服机构，其速度可以充分。
图2
5 伺服控制、驱动及接口
5.1 步进电机控制的组成
步进电机的控制由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成，其结构见图1。
控制中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量；同时通过编程控制脉冲——既伺服机构的进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的步进电机可以采用环行分配器，也可以采用如图1所示的硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数M>4时，对于大型生产线应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种芯片可以选用。步进电机功率驱动器将PLC输出的控制脉冲放大到几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几~几十伏特、几十~几百毫安。但对于功率步进电机则要求几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。
5.2 可编程控制器的接口
如伺服机构采用硬件环行分配器，则占用PLC的I/O口点数少于5点，一般仅为3点。其中I口占用一点，作为启动控制；O口占用2点，一点作为PLC的脉冲输出接口，接至伺服硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向控制，接至硬环的相序分配控制端，如图3所示；伺服采用环行分配器时，其接口如图4。
6 应用实例与结论
将PLC控制的开环伺服机构用于某大型生产线的数控滑台，每个滑台仅占用4个I/O接口，节省了CNC控制，其脉冲当量为0.01~0.05mm,进给速度为Vf=3~15m/min,完全工艺要求和加工精度要求。
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为什么说用PLC实现对的控制是非常可靠的
用PLC实现对的控制是非常可靠的。这是因为PLC在硬件与两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业下运用，也就不成其为PLC了。
1·在硬件方面：
PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁，能正常地工作。
PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了基础。
在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。
有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。
还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的成本是很高的，只用于特别重要的，如铁路车站的道叉控制。
2．在方面：
PLC的工作为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制常出现的"冒险竞争"，其控制结果是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC都设置了"看门狗"（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清"看门狗"定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若时（一般不过100ms），则。严重时，还可使PLC停止工作。用户可依采取相应的应急措施。定时器的计时值若不时，则重复起始的，PLC将正常工作。显然，有了这个"看门狗"监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作的可靠性。
PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示。可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的进行监控，以确保其可靠工作。
PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对进行初始化。这是程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错提示。
正是PLC在软、硬件诸方面有强的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。
曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的指标。
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PLC的输出模块电路简介
输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应管、驱动交流负载的双向晶闸管，以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。输出电流的典型值为0.3～2A，负载电源由外部现场提供。
图2-5是继电器输出电路。内部电路使继电器的线圈通电，它的常开触点闭合，使外部负载得电工作。继电器同时起隔离和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常开触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用来触点断开时产生的屯弧，以减轻它对CPU的。
图2.6是晶体管集电极输出电路。。输出送给内部电路中的输出锁存器，再经光耦合器送给输出晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。图中的稳压管用来关断过电压和外部的浪涌电压，以保护晶体管，晶体管输出电路的时间<1ms。场效应管输出电路的结构与晶体管输出电路基本上相同。
除了上述几种输出电路外，还有双向晶闸管输出电路，它用光电晶闸管实现隔离。双向晶闸管由关断变为导通的时间小于1ms，由导通变为关断的时间小于10ms。晶闸管在负载电流过小时不能导通，遇到这种情况时可以在负载两端并联电阻。
除了输入模块和输出模块，还有一种既有输入电路又有输出电路的模块，输入、输出的点数一般相同，这种模块使用户确定PLC的硬件配置更为方便。
输出电流的额定值与负载的性质有关，例如FX的继电器输出模块可以驱动2A/220V AC的电阻性负载，但是只能驱动80VA／220V AC的电感性负载和100W的白炽灯。额定输出电流还与温度有关，温度升高时额定输出电流减小，有的PLC提供了有关的曲线。
由于散热的原因，有的输出模块需要考虑属于同一公共点(COM)的几个输出点的电流，例如FX的晶体管输出模块的额定输出电流是0.5A/点，0.8A/COM。
继电器输出模块的使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是速度较慢，寿命()有一定的。如果负载的通断变化不是很，建议优先选用继电器型的。
晶体管型与双向晶闸管型模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差。
