6ES7322-1FL00-0AA0详细说明

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1 原SCS系统存在的问题

    吴泾热电厂在20世纪90年代初投运的2台300MW火电机组，原SCS控制系统自投运起一直运用至今。该系统主要控制六大风机、空预器、给水泵、凝泵、真空泵、疏水系统等的相关连锁和保护功能。原系统采用MODICON-984系列的PLC系列的卡件，以双机热备组态CPU，由9个远程站、35个机架、2700余点I/O信号构建了该系统。经过十几年的运行，主要存在以下问题：

    （1）设备老化，设卡件性能不稳定。该系列控制卡件早已停产，品备件无法采购。

    （2）系统组态不合理。原控制系统采用单电源卡配远程站设置，并在该远程站下串接2～3个I/O机架，如果该远程站电源或通信出现故障，会导致该远程站及下带的I/O信号全部失去，后果非常严重。

    （3）原SCS-PLC控制系统与DCS通信方式为MB方式。由主通信卡件和备用通信卡件各引1路MB通信线至上位DCS侧通信卡件上。然而，当PLC侧CPU热备切换后，MB通信也随之切换，但上位DCS侧通信卡件仅在DCS通信卡件故障时才会切换，不会因为下位系统通信切换而切换。所以，实际工作情况是当PLC侧热备切换，上位DCS系统却无法跟随PLC侧MB通信切换而切换，造成通信中断。

    （4）编程软件为WIN98平台下的MODSOFT软件，已经无法适应现在常用操作软件的要求，备份非常不便。

图1 原SCS系统局部拓扑图

2 SCS系统的硬件升级改造

    原SCS系统采用MODICON 984系列CPU作为本地站，以P890、P810等电源通信模块和同轴电缆方式构建起9个远程站、35个机架、2700余点I/O信号。I/O模块都为标准的交流220V输入模块，直流24V输入输出模块，继电器输出模块等。所以，模块更新升级到QUANTUM系列，基本为一一对应的更替。本地站采用140CPU534配置，I/O模块采用140系列对应模块。由于QUANTUM系列主板大为16槽，原MODICOM 984系列主板大为10槽，通过合并一些原配置卡件较少的机架后，将原来35个机架降至29个机架，节省了不少安装空间。

3 SCS系统组态优化及电源冗余配置

    原SCS系统采用单电源卡配远程站设置，并在该远程站下串接2～3个I/OP机架。这种组态安全稳定性较差。一旦电源卡出现故障，可能导致该机架失电，以及同在一个串接回路中的2～3个I/O机架全部失电，这些机架上I/O卡件所带的I/O点全部失去，造成严重后果。我厂曾经因为SCS系统电源卡发生故障，造成重要辅机跳机，甚至发生MFT的事件。考虑到SCS系统在主控系统中的重要地位，此次升级改造将SCS系统进行组态优化及冗余电源的配置。

    组态优化是将原来2～3个串接连接的I/O机架各自独立组态为远程站，每一个机架出现电源通信故障都不影响其他机架的正常工作。另外，将远程站原单电源配置升级为QUENTUM系列冗余电源配置。当其中某一电源卡发生故障，冗余电源将独立为机架供电，并显示故障指示灯，提示维护人员更换电源卡。

4 解决SCS系统与上位DCS系统通信切换问题

    原SCS本地主站和热备站各有一条MB通信线与DCS主备MB通信卡相连。如果SCS出现主备切换，即原主站MB通信线切换到了热备站MB通信线，而上位DCS MB通信卡并没有因此而切换，造成SCS与DCS通信中断。通过此次升级改造，将原MB通信方式升级为MB+通信，主站和热备站MB+通信线通过MB+分支器合成一路送至DCS处，再由MB+分支器分为两路连接到DCS主备MB+通信卡上。由于SCS侧主备切换，MB+通信卡采用相同地址，DCS侧可将该地址组态于MB+通信协议中，无论SCS侧主备如何切换，DCS侧都能通过MB+分支器查找到SCS侧处于工作的PLC本地站与之通信。同样，如果DCS侧出现主备切换，也通过MB+分支器仍然保持与SS的通信联络

1 引言

在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。本文以松下电工FP0系列PLC为例，提出基于运料小车自动往返顺序控制的五种PLC程序设计方法。

2 系统控制要求[1]

运料小车自动往返顺序控制系统示意图，如图1所示，小车在启动前位于原位A处，一个工作周期的流程控制要求如下：

1）按下启动按钮SB1，小车从原位A装料，10秒后小车前进驶向1号位，到达1号位后停8秒卸料并后退；

2）小车后退到原位A继续装料，10秒后小车第二次前进驶向2号位，到达2号位后停8秒卸料并再次后退返回原位A，然后开始下一轮循环工作；

3）若按下停止按钮SB2，需完成一个工作周期后才停止工作。图3运料小车自动往返顺序控制系统顺序功能图

4．1 经验设计法[3]

经验设计法是根据生产机械的工艺要求和生产过程，在典型单元程序的基础上，做一定的修改和完善。使用经验设计法设计的梯形图程序，如图4所示。根据系统控制要求小车在原位A（X2）处装料，在1号位（X3）和2号位（X4）两处轮流卸料。小车在一个工作循环中有两次前进都要碰到X3，次碰到它时停下卸料，第二次碰到它时要继续前进，因此应设置一个具有记忆功能的内部继电器R1，区分是次还是第二次碰到X3。小车在次碰到X3和碰到X4时都应停止前进，所以将它们的常闭触点与Y2的线圈串联，同时，X3的常闭触点并联了内部继电器R1的常开触点，使X3停止前进的作用受到R1的约束，R1的作用是记忆X3是第几次被碰到，它只在小车第二次前进经过X3时起作用。它的起动条件和停止条件分别是小车碰到X3和X4，当小车次前进经过X3时，R1的线圈接通，使R1的常开触点将Y2控制电路中X3的常闭触点短接，因此小车第二次经过X3时不会停止前进，直至到达X4时，R1才复位。此外，将R1的另一对常开触点与X0并联，为第二次驱动Y0装料做准备。

4．2 置位/复位指令设计法

使用置位/复位指令设计的梯形图程序，如图5所示。在程序中，每个过程对应一个内部继电器，用前级步对应的内部继电器的常开触点与转换条件对应的触点串联，作为后续步对应的内部继电器置位的条件，用后续步所对应的内部继电器的常开触点，作为有前级步对应的内部继电器复位的条件。如小车在原位A处，按下SB1，X0接通，R1置位驱动Y0，开始装料并定时，用R1的常开触点与T0的常开触点串联作为R2的置位条件，用R2的常开触点作为R1的复位条件，当定时时间一到，R2置位驱动Y1，小车前进，R1复位。为使系统能周期性循环工作，用R8（R8置位驱动Y3，小车后退）和R0的常开触点串联，与X0并联作为R1再次置位的条件。对简单顺序控制系统也可直接对输出继电器置位或复位。该方法无需再增加内部继电器来记忆小车经过X3的次数，逻辑顺序转换关系十分明确，对于初学者编程时，更加容易理解和掌握。

4．3 保持指令设计法

使用保持指令设计的梯形图程序，如图6所示，该编程技术与以置位/复位指令的编程技术基本类似。不同之处是：保持指令的置位控制端不能有多个触点并联输入，因此增加了一个内部继电器R9，初始启动或循环工作时，R9置位，从而使R1置位；另外，使用保持指令所编制的程序步数要比置位/复位指令所编制的程序步数要少得多，占用的内在大为减少。

SR左移位寄存器指令的功能只能为内部继电器WR的16位数据左移1位。该指令主要是对数据输入，移位脉冲输入，复位输入信号的处理。数据在移位脉冲输入的上升沿逐位向高位移位一次，高位溢出，当复位信号输入到来时，寄存器的所有内容清零[4]。

使用SR左移位寄存器指令设计的梯形图，如图7所示，SR指令的数据输入控制端为R1的常开触点，移位脉冲输入控制端为R2的常开触点，复位信号输入控制端由X2、R37（R37置位驱动Y3，小车后退）的常开触点和R0的常闭触点串联组成。起初在原位A处，由于WR3的所有位均为0，R1置位，当X0接通，R0置位，R2接通一个周期，1被移入末位，R30置位驱动Y0，开始装料并定时，同时R1复位；当定时时间一到，R2再接通一个周期，R31置位驱动Y1，小车后退；只要R2得到信号一次，就把内部寄存器内WR3中各位的数据依次向左移位一次，使R30至R37依次得电，系统以此按顺序工作，直至完成一个周期，R1重新置位，系统开始下一轮周期的工作。

当X1接通时，R0复位，，系统完成本周期的工作后，WR3的所有内容清零，系统停止工作。

该方法设计的梯形图看起来简洁，设计的效率也得到进一步的提高，容易被初学者理解和接受。这种设计方法不仅可以用于送料小车自动往返顺序控制电路中，在彩灯顺序控制电路中的应用也十分广泛。

4．5 步进指令设计法

步进指令是专门为顺序控制设计提供的指令，步进指令按严格的顺序分别执行各个程序段，每个步进程序段都是相对独立的，只有执行完前一段程序后，下一段程序才能被激活。在执行下一段程序之前，PLC要将此前步进过程复位，为下一段程序的执行做准备。在各段程序中所用的输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等都不允许出现相同编号，否则按出错处理。

使用步进指令设计的梯形图程序，如图8所示，

X0与X2串联作为启动步进信号，X2与R0常闭触点串联作为步进结束信号，X2与R0常开触点串联作为周期性循环工作步进启动信号，T0、X3、T1、X2、T0、X4、T1分别作为过程0～过程7之间的转换控制信号。

这种编程技术很容易被初学者接受和掌握，对于有经验的工程师，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很容易，使用方便，在顺序控制设计中应优先考虑，该法在工业自动化控制中应用较多。

5 结束语

本文提出基于运料小车自动往返顺序控制系统的五种PLC程序设计方法各有特点，在实际应用中，可根据实际情况选择一种来设计程序，以适应不同场合的控制要求。实践表明，这些程序设计方法很容易被设计者接受和掌握，用它们可以得心应手地设计出任意复杂的顺序控制程序，从而提高设计的效率和缩短生产周期。

0 引言

组合机床是针对某些特定工件,按特定工序进行批量加工的专用设备。随着PLC的广泛应用和机床电控技术的不断发展,利用PLC实现对组合机床的自动控制,无疑是今后的发展方向,而针对这种控制的PLC程序设计也显得尤为重要。这种控制属于顺序逻辑控制,有多种编程方法与语言可供选择,编程中也有一些技巧与规律可循。下面较为详细的介绍一组合机床自动控制的PLC程序设计实例。

1 实例工作过程及程序设计思路

本文给出的实例是一台立卧三面镗床,有右头、左头及上头三个工作头,有自动循环(三头同时加工)和单头调整四种不同工况。三头同时加工时,一个自动工作循环过程如图1所示。其特点是多头同时加工和多工步,体现在控制要求上是:工步之间转换条件较复杂,存在并行同步问题,记忆、连锁等问题也较多。鉴于此,应采用顺序功能流程图的程序设计方法:首先根据对工作过程的分析对各步、转换条件及路径进行全面定义,确定各步的动作,然后按照控制要求,运用指令对各步和转换进行编程。

图1 自动工作循环过程

步的定义可由顺序功能流程图描述,图2所示为本例主功能流程图。它从功能入手,以功能为主线,将生产过程分解为若干个独立的连续阶段(步) 。

分解的各步可以是一个实际的顺序步,例如步1,对应的动作是起动主泵电机,也可以是生产过程的一个阶段,例如步2为自动工作过程,其功能流程图见图3。

从这两个功能流程图可以看到,它将各步的操作、转换条件以及步的推进过程简单明了地显示出来了,并体现出了具有单序列、选择序列、并行序列几种基本结构。例如步25至步27是单序列,实现了多工序的顺序工作;步12、步13、步14及步15构成了四分支选择序列结构,可实现三头同时加工、右头调整、上头调整、左头调整四种工况的选择;而步28至步30、步31至步34、步35至步38则形成了三个并行的分支,实现的是三头同时加工过程;步21、步22与步23、步24间也是并行关系,实现了工件上位降中位与主轴定位两个工序并行工作。该两个并行的过程间有同步问题,即步21 (工件上位降中位)与步23 (主轴定位)同时开始,但不同时结束,需要用并行序列的合并来同步(等待两个动作均结束) ,使之同时转入步25。三头同时加工时也有此问题。在顺序功能流程图的描述中,注意要说明各步间的转换条件、各步对应的命令与动作及相应运行状态。

图2 主功能流程图

2 程序实现方法

接下来的第二步则需要用某种编程语言的指令对上述功能流程图进行编程,以实现其中的功能和操作。

目前已有提供直接功能流程图编程的PLC,但对于不具有该编程语言的PLC,可采用仿功能流程图编程的方法,这里所说的是采用梯形图、指令表等常见的编程语言实现编程的方法。根据功能流程图的描述,可将该复杂的结构分解为单序列、选择序列、并行序列几种基本环节,找出这些基本环节各自的规律、编程规则,化整为零分块编程。这样程序为结构化模块形式,编程的思路更清楚,程序设计更为规范。各种基本环节的程序实现可采用通用逻辑指令、置位与复位指令或移位寄存器,这几种实现方法有一个共性就是要考虑如何激活一步、保持该步、又如何停止一步,如果用步进指令来实现,这些问题就无需考虑,程序也简洁的多。下面给出运用步进指令实现的对图2、图3的编程,并就关键问题进行分析。

图4为主功能流程图的梯形图,图5为自动工作功能流程图的梯形图(只给出了一部分) 。先看步25到步27的单序列,其各步的控制规律为:若某步为活动时,则当它与下步间的转换条件一旦成立,该步即变为非活动步,而下一步成为活动步。当步为活动时,相应的动作和命令才执行,非活动步相应的动作和命令不被执行。这样步25是活动步时,会发右头快进指令(使Y442得电) ,直到快进到位(行程开关SQ4受压,转换条件X412满足) ,步25成为非活动步,右头停止快进(使Y442失电) ,步26成为活动步,工件开始从中位降下位(使Y447、Y552得电) ⋯⋯。选择序列各步的控制规律为:分支时,若一个前级步是活动的,则当它与多个选择后续步之间的哪个转换条件满足,哪个后续步就成为活动步,而前级步成为非活动步。合并时,若多个选择前级步之一是活动的,当该活动步与一个后续步之间的转换条件满足,则后续步就成为活动步,前级步成为非活动步。实例中步11为活动步时,四个分支的转换条件哪个成立则哪个分支步就会成为活动步。如果按动自动加工起动按钮,使转换条件X403满足,则会进入步12,开始自动加工过程,直到转换条件X424满足,分支合并循环到初始步,开始一个新的轮回。按照控制要求,整个加工过程中主泵电机需要一直处于运转状态,所以在步11中使用了置位Y430指令,而在步11成为非活动步后, Y430并不失电。并行序列各步的控制规律为:分支时,若一个前级步是活动的,则当转换条件满足,则多个并行的后续步同时成为活动步,而前级步成为非活动步。合并时,若多个并行的前级步均是活动的,当转换条件满足,则一个后续步成为活动步,多个并行的前级步同步成为非活动的。实例中步20为活动步时,执行装件指令,装件完毕,转换条件X425满足,步21、步23同时成为活动步,即停止装件,开始工件上位降中位和主轴定位动作。由于这两个动作不同时结束,因此插入了两个没有动作和命令的空步——步22、步24 (梯形图中相应的步进接点没有连接输出继电器) ,用于分别停止两个前级步,结束相应的动作,并等待两个动作均停止的时刻,一旦时刻来到(条件X410·X427满足) ,两并行步合并转换到步25。三头同时加工时,也有类似的同步问题,在此不再赘述。

图3 自动工作功能流程图

3 结束语

通过本PLC程序设计实例可以看出,采用顺序功能流程图的程序设计方法有以下优点:a. 功能流程图与生产过程结合紧密,设计思路明确,系统操作含义清晰,有利于工艺和自控技术、设计人员的思想沟通;b. 功能流程图可以向设计者提供规律的控制问题描述方法,就易于得到相应的编程方式,易于设计出任意复杂的控制程序,并使编程更趋于规范化、标准化。

图4 主功能流程图的梯形图

图5 自动工作功能流程图的梯形图（部分）