馬鞍山西門子S7-200SMART模塊*代理商

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西門子PLCS7-300系列PLC安裝及注意事項

西門子S7-300安裝注意事項一)輔助電源功率較小，只能帶動小功率的設備(光電傳感器等);

西門子S7-300安裝注意事項二)一般PLC均有一定數量的占有點數(即空地址接線端子)，不要將線接上;

西門子S7-300安裝注意事項三)PLC存在I/O響應延遲問題，尤其在快速響應設備中應加以注意。

西門子S7-300安裝注意事項四)輸出有繼電器型，晶體管型(高速輸出時宜選用)，輸出可直接帶輕負載(LED指示燈等

西門子PLCS7-300系列PLC安裝及注意事項

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西門子S7-300安裝注意事項二)一般PLC均有一定數量的占有點數(即空地址接線端子)，不要將線接上;

西門子S7-300安裝注意事項三)PLC存在I/O響應延遲問題，尤其在快速響應設備中應加以注意。

西門子S7-300安裝注意事項四)輸出有繼電器型，晶體管型(高速輸出時宜選用)，輸出可直接帶輕負載(LED指示燈等

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西門子S7-300安裝注意事項一)輔助電源功率較小，只能帶動小功率的設備(光電傳感器等);

西門子S7-300安裝注意事項二)一般PLC均有一定數量的占有點數(即空地址接線端子)，不要將線接上;

西門子S7-300安裝注意事項三)PLC存在I/O響應延遲問題，尤其在快速響應設備中應加以注意。

西門子S7-300安裝注意事項四)輸出有繼電器型，晶體管型(高速輸出時宜選用)，輸出可直接帶輕負載(LED指示燈等

西門子PLCS7-300系列PLC安裝及注意事項

西門子S7-300安裝注意事項一)輔助電源功率較小，只能帶動小功率的設備(光電傳感器等);

西門子S7-300安裝注意事項二)一般PLC均有一定數量的占有點數(即空地址接線端子)，不要將線接上;

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數控機床控制系統中并非單純的軌跡及定位控制，往往還有一些機床的邏輯動作需要相應的控制，這就要求在機床的電氣控制中既有數字控制系統NC又有邏輯控制系統PLC，兩者之間實現信息交換有多種方法。本文介紹了在實際設計、研制半自動提速鐵路軸承內、外滾道超精機項目中，數控系統在機床伺服電機進給數控程序和機床其他動作的PLC程序控制兩者之間的通信聯絡方法，此方法能有效地將上述兩者的控制結合起來。該機床目前已制造完成用于軸承生產加工中，實踐證明，該方法簡單、實用，效果良好。

1 數控系統簡介

　　數控系統中，執行數控NC功能的NCK軟件程序和執行邏輯功能的PLC程序，需由用戶根據機床的實際情況加以編制。軟件設計中，主控程序是NcK軟件程序；機床邏輯動作由NCK軟件程序輸出給PLc的輔助功能來完成。

　　
1.1 輸出給PLC的輔助功能

　　輔助功能又稱M功能或M指令，是控制機床加工操作時作一些輔助動作的開／關功能，其主要用于機床加工時的工藝性指令，靠繼電器的通斷來實現其控制過程。輔助功能M代碼是以地址M為首后跟2位數字組成，共100種(M00一M99)。機床上的各種開關操作可以通過零件程序中的M功能指令激活。M功能在使用時，每個程序段可以有5個M指令。M指令的值從O到99，為整數。其中少數幾個M指令已經由系統生產廠商設置了一些固定功能，具體參見表1，其余部分可供機床生產廠商使用。
 

                                  表1M功能表

　　
1.2 PLC向NCK傳送的信號

　　PLC用戶程序和NcK(數控核心)之間通過不同的數據區可進行信號和數據的交換，PLC用戶程序與交換無關，對使用者來說這是自動進行的。PLC／NCK的控制信號和狀態信號會循環刷新。信號分為普通信號、運行方式信號、通道信號和進給軸／主軸信號。其中，在PLC-NcK的通道控制信號中，3200的PLC變量中的V32000006．1是讀入使能禁止信號，其含義及使用方法如表2所示。
   V32000006．1含義及使用方法 

　　從表2可以看到，當對V32000006．1置“1”，禁止下一個程序段的數據傳送到插補器，這時NC程序處于停止等待狀態；當對v32000006．1復位清“0”，下一個程序段的數據傳輸給插補器，這時NC程序開始繼續執行該下一程序段，因此，通過對v32000006．1的置“1”和復位清“0”就可以實現對NC程序段的運行控制。在機床設計中，某些情況下只有結束輔助功能才可以執行下一個NC程序段，因此，這時可以通過禁止讀入信號阻止程序段的自動轉換執行。

2 應用實例

　　半自動提速鐵路軸承內、外滾道超精機的自動控制中，具有一個往復進給軸，由數控系統的進給軸輸出接口控制伺服驅動系統，再由驅動系統控制交流伺服電動機，從而控制機床的進給軸往復進給運動，其余的電動機或動作由PLC輸出，通過控制繼電器或電磁閥來控制，其動作流程圖如圖1所示。

                                圖1滾道超精機動作流程圖

　　超精機動作流程(圖1)中，所有的機床動作除了往復進給運動和工作軸電動機的粗、精超啟動及停止由數控程序控制外，其余所有的機床動作皆以M功能的形式由數控程序輸出到PLC。從動作流程圖可以看出，芯軸插人、油石跳進等動作的命令輸出后，不能馬上執行下一個NC程序段，需等動作到位后才能繼續NC程序，這時可在PLC程序中加入傳送給NCK的讀入禁止命令，停止NC程序的繼續向下執行，直到該動作完成后，再由PLC向NCK發出讀入使能命令，NC才能繼續控制程序的執行。

　　這里，以油石跳進動作為例來加以說明。輔助功能M16是油石跳進命令，數控程序命令為在N20語句的程序命令中，油石跳迸命令以輔助功能M16形式給出，N30和N35語句的程序命令是進行超精加工的伺服電動機往復進給控制命令，從滾道超精機動作流程圖可知，數控系統在發出油石跳進命令后，不能馬上執行超精加工的伺服電動機往復進給數控動作，必須等到油石跳進到位開關動作后才能執行下面的N30和N35動作。正常情況下，NCK是一條接一條連續地讀人數控程序命令并往下執行的，執行速度很快，在發出M功能指令后，NC緊接著就執行下一句程序段，這時PLC接受到的M功能指令可能還未來得及執行，數控程序已繼續向下執行了。而機床要求NcK在執行完N20語句后，不能馬上執行N30語句，因此，在PLC接收到NcK發來的M16命令后，可以通過PIJC梯形圖(圖2)，首先將PLC-NcK的通道控制信號中的v32000006．1設置為讀人使能禁止，禁止下一個程序段的數據傳送到插補器，這樣，NcK不再執行下面的N30語句，當油石跳進動作完成，油石跳進到位開關動作后，取消讀人使能禁止，允許NcK讀入程序即v32000006．1設置為讀入使能，NcK再繼續執行N30語句。

數控加工過程容易出現撞刀事故，特別是在數控技能人才的培訓過程中，學員缺乏數控操作的實際經驗與系統的理論知識，更容易導致撞刀事故發生。撞刀事故不僅可能對昂貴的數控機床設備造成危害，嚴重的話，可能造成數控機床的報廢，更可怕的是可能造成人身傷害。因此，怎樣防止撞刀事故的發生，一直都是從事數控機床技術人員重點考慮的問題之一。
 

1 撞刀信號的檢測

　　所謂數控機床撞刀，指的是由于各種錯誤而導致刀具以非正常切削速度(一般是G00指令快速移動)與工件或機床其他部件發生的碰撞。要防止撞刀事故的發生，可以考慮使用接近開關對刀具與工件的位置關系進行判斷，并檢測此時車刀的移動速度和方向，以此通過判別。當判別到刀具與工件距離在警戒范圍內，且刀具快速移動朝向工件時，就認為要發生撞刀事故。此時，控制系統發生動作，并實現電機制動。信號檢測方法如下。

　　
1.1 用接近開關對刀具與工件的位置關系進行判斷

　　由電磁場理論可知，在受到時變磁場作用的任何導體中，都會產生電渦流。據此原理可自制金屬傳感器電路。在圖1中，電路由振蕩電路、比較電路和整形電路三部分組成。將車刀套入傳感器線圈中，檢測電路接通電源后，線圈振蕩產生一個交變磁場，金屬工件在此磁場中移動時產生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，衰減量的變化正比于金屬工件和車刀的距離。振蕩電路的輸出幅值經過比較器進行比較，比較后的輸出信號經過整形電路整形，可直接輸入控制電路進行檢測狀態的判別。電渦流式傳感器的靈敏度和線性范圍與線圈產生的磁場強度和分布狀況有關。接近開關的警戒距離可以通過調整傳感器線圈的尺寸、形狀及圖1中R1的電阻來實現調節。

圖1接近開關電路原理圖

　　
1.2 用HC對車刀運動方向信號及速度信號進行檢測

　　檢測車刀運動方向信號只要檢測步進電機方向信號的高低電平即可。

　　而速度信號的檢測，首先是采集驅動步進電機的脈沖信號，并在1個時基內采用PLC的高速脈沖計數器對該脈沖信號進行記數，將所記數與寄存器設定值比較，當1個時基內所記數大于設定值時，就可輸出開關量。

 2 防撞刀系統控制方案

　　控制系統的設計可以利用PLC來實現。PLC是一種成熟的工業控制產品，內部有良好的光電隔離裝置，抗*力強，可靠性高，靈活性好，其接線與參數修改方便，對現場不同的實際情況可以及時地作出調整。

　　PLC控制系統選用FXlN-24M，其參數與性能為：14個輸入點，其中X0～X5這6個端子為高速輸入端子，10個輸出點。單步步速0.55μs～0.7μs，應用指令數～數步速約為100 bts，繼電器輸出。根據控制要求，設計PLC的控制流程如圖2所示。

圖2 PLC控制流程圖

　
PLC控制的梯形圖如圖3。接近開關檢測信號由X10輸入，X軸、y軸方向信號的高低電平分別由X11、X12端口輸入。若X11、X10均處于高電平時，認為工件處于接近開關警戒距離，且車刀向工件方向運動，此時執行SPD指令，檢測車床X軸速度。數控系統發出的脈沖信號由PLC的X0端子輸入，并在1個時基內記數為DO，隨后執行CMP比較指令，當DO大于設定的比較常數值K=3時，系統判別車刀速度為快速移動，數控車床處于要撞刀狀態，輸出M0高電平信號，并轉跳到P20，從而Y1輸出高電平。若DO小于設定的比較常數值K=3，則說明X軸方向處于正常狀態，程序繼續往下運行。

圖3 PLC編程梯形圖

　　
若X12、X10均處于高電平，同樣執行SPD指令，車床Z軸相應的脈沖信號由PLC的X2端子輸入，并在1個時基內記數為D3，隨后執行CMP比較指令，當D3大于設定的比較常數值K=3時，同樣輸出M3高電平信號，從而Y1輸出高電平。若D3小于設定的比較常數值K=3，則說明Z軸方向處于正常狀態，程序結束，進入下一個檢測周期。

　　Y1接通后進一步使繼電器(帶自鎖功能)的線圈接通，從而切斷X軸、y軸步進電機的脈沖控制信號。當脈沖信號輸入被切斷時，X軸、y軸步進電機自動進入鎖相狀態，約1 s后進入半流鎖相。Y2用于報警輸出。

　　
程序設計的一些說明。

　　1)關于高速輸入端子。對于選用的FXlN-24M來說，不同輸入端子的輸入頻率上限是不同的：低的，如X4、X5只有7kE引。如對GSK928TA數控車來說，刀架快速移動的速度設置為3 000mm／min時，此時其對應的數控系統的輸出頻率為5 333 Hz，并不超過PLC的X4、X5端口的頻率上限7 kHz。若數控系統的CPU指令發出的脈沖信號頻率超過PLC的X4、X5端口的頻率7k，其后果只會導致脈沖信號丟失漏記，不會影響到PLC對電機轉速或刀具移動速度是否為“快速”的判斷。

　　2)關于CMP指令中比較常數K值的設定問題。對于GSK928TA的Z軸，數控車Z軸的脈沖當量為0．01 mm，當快速進給的速度為1 000mm／mim時，即要求在1 min的時間內發出1×105個脈沖，即脈沖頻率應為1 777．7 Hz，這樣在5 ms內可檢測的脈沖個數約為9個。由于切削進給速度一般在150 mm／min以下，此時在時基常數K設定為5 ms的時基內可檢測的脈沖個數多只有2個。考慮留有一定的安全裕度，在這里設定比較常數K值為3，實際過程中可根據實際隨時通過修改程序進行調整。

　　X軸基于與Z軸類似的分析，同樣設定比較常數K值為3。

　　程序在系統控制試驗中運行正確。

 　　
接近開關警戒距離的設計

　　當控制系統判別要出現撞刀事故時，此時電機應進行緊急制動。為防止撞刀，顯然應要求系統總的制動距離小于警戒距離。接近開關警戒距離主要根據系統總的制動距離來進行設定。

　　系統總的制動距離A由2個因素決定：一是控制系統的響應延時；二是克服執行機構慣性所必須的制動距離。響應延時的大小與具體的控制系統設計息息相關，而制動距離除與慣性大小有關外，還與其制動力矩有很大的關系。下面對此做出進一步的分析。

　　　3.1.2 功放電路中鎖相延時td2

　　在功放電路中，各個晶體管的開通時間一般在1tds以下，光耦PC上升速度響應時間約為幾十微秒，若采用高速光耦則只需幾微秒。因此功放電路中鎖相延時主要是鎖相電流的上升時間，對于步迸電機繞組，鎖相電流的上升時間t可由公式(1)計算：

　　式中：i為電機鎖相電流，億為繞組驅動電壓，Rα為繞組電阻和限流電阻之和，L為繞組電感。對于GSK928TA的Z軸電機，采用DF3A系列驅動器，其Vα=310 V，R。為3.5 Q，由此可計算得t為0.486 ms。據此估算屯：約為0.5 ms。

　　3.2 步進電機制動距離分析

　　步進電機制動距離與具體電機種類、型號及執行機構慣量等有關，下面以GSK928TA數控車系統的三相反應式步進電機為例分析其制動問題。