西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0诚信经营

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1 概述

随着机电一体化技术的发展，对系统的可靠性要求越来越高，PLC具有控制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好、维修方便等特点，在机床电气控制中获得了广泛的应用。本文简要介绍了采用F1—40MR型PLC改造卧式镗床电气控制线路的应用实例。

2 卧式镗床继电器控制工作原理简介

图1是卧式镗床继电器控制电路图。ZQA、FQA分别是正转、反转起动按钮,ZSA、FSA分别是正转、反转点动按钮；TA是主轴停止按钮。卧式镗床的主轴电机是双速异步电动机，中间继电器ZJ和FJ控制主轴电机的启动和停止，接触器ZC和FC控制主轴电机的正反转；接触器1DSC、2DSC和时间继电器SJ控制主轴电机的变速，接触器DC用来短接串在定子回路的制动电阻。1JPK、2JPK和1ZPK、2ZPK是变速操纵盘上的限位开关，1HKK、2HKK是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关。SDJ为速度继电器，GSK控制主轴高速运转，热继电器RJ在电机过热时断开供电线路。

图1 卧式镗床继电器控制电路图

3 用PLC改造卧式镗床的电气控制线路

根据原有的继电器控制电路图来设计PLC控制梯形图，以实现卧式镗床的PLC控制改造。这种方法没有改变系统的外部特性，但却克服了机械动作时中间继电器可靠性低、维修困难等缺点。对于操作人员来说，除了控制系统的可靠性提高以外，改造前后对系统的操作没有什么区别，它们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面板和它上面的器件，因此可以减少硬件改造的费用和工作量。

图2和图3分别是实现与图1相同功能的PLC电气控制系统的外部接线图和梯形图

图2 PLC电气控制系统外部接线图

图3 PLC电气控制系统梯形图

在控制主轴电机正反转的继电器电路中，为了防止控制正反转的两个接触器(如图1中的ZC和FC)同时动作造成三相电源短路，设置了接线复杂的连锁电路，即将某一接触器的常闭触点与另一个接触器的线圈相串联，在梯形图中也设置了相应的连锁电路，但是它只能保证PLC输出模块上两个对应的硬件继电器不同时动作。如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触头被断开主电路时产生的电弧熔焊，使其线圈断电后主触间仍然接通，这时如果另一接触器的线圈通电，仍将会造成三相电源短路事故。为了防止出现这种情况，图2中在PLC外部增设了连锁电路。假设接触器ZC主触点被电弧熔焊，这时与FC线圈串联的ZC辅助常闭触点断开，因此FC的线圈不可能得电，进一步从硬件上提高系统的可靠性。

图1中ZC、FC、1DSC、2DSC都要受TA、1ZPK、1JPK、ZC和FC的触点并联电路的控制，在梯形图中设置了与上述并联控制电路对应的辅助继电器M202，它类似于图1继电器电路中的中间继电器。

4 结束语

本例在用PLC改造卧式镗床的电气控制线路中，从硬件和软件两方面增加了连锁电路，避免了误动作；同时为减少电流干扰，采用隔离变压器，由单回路双绞线给PLC供电，从多方面考虑，提高了系统工作的可靠性。

一、 引言
随着计算机技术的飞速发展，计算机应用的迅速推广，网络技术已经逐步深入计算机PLC控制系统领域，在PLC控制系统的开发中占有越来越重要的地位。所谓PLC就是可编程控制器。网络从应用角度来看，就是以相互共享资源方式将各自具备独立功能的计算机或终端连接起来。在PLC控制系统中，传统式的资源共享只能通过使用遵循诸如MODBUS，MODBUS　PLUS，GENIUS这样的通讯协议的专用通讯模块来实现。可连接的设备受通讯模块的数量及模块上的通道数量所制约，对于现在越来越复杂的控制系统已经不能完全满足要求。网络在PLC控制系统中的应用极大地改善了这方面的不足。通过网络可对受控对象进行多点监视和控制。其优点监控距离远，易扩展，使控制系统更具有灵活性。

二、 PLC控制系统中网络系统的组成
控制系统中的网络系统是由网络软件和网络硬件组成的。在网络系统中，硬件对网络的选择起着决定的作用；而网络软件则是挖掘网络潜力的工具。
1.网络软件
在网络组成的PLC控制系统中，每个监控节点都可由PLC进行监视和直接控制。因此，软件要能实现对用户进行分级限制。没有权限的用户禁止对重要数据进行修改或对回路等控制信号输出，并且软件要具备操作记录功能，对每个节点的动作进行后台记录，以便对因误操作或不应有操作造成的后果进行分析。
由于现在的PLC种类很多，而且大部分都支持网络功能，但不同PLC所遵循的网络协议有很大差异，因此，要求软件应具有各类PLC的网络驱动程序。
网络协议是网络软件的组成部分，网络协议取决于所用PLC的类型以及PLC所采用的网络模块的类型。通讯必须具有相应PLC设备的网络驱动程序，并安装此网络软件。
2.网络硬件
网络硬件是网络系统的物质基础。构成一个控制系统网络，要有PLC控制器，监控工作站及其它设备连接起来，实现物理连接。不同的PLC控制系统，在硬件方面是有差别的。因此，网络硬件更是多种多样。在这里只简单的将硬件分为两部分，即PLC控制部分（这里称“下位机”）和计算机监控部分（这里称“上位机”）。
在PLC计算机控制系统中，上位机和下位机是具有不同功能的硬件设备。但在网络中，赋予它们相同的节点定义。也就是说，它们均属网络连接上的一个相对独立的节点，都具有唯一的网络地址。
在PLC设备中，通讯模块是网络连接设备，通讯模块的类型决定着网络结构和网络协议的选择。目前，多数厂家的PLC都支持细缆连接，少数PLC（例如GE90-70的CMM742）可同时使用双绞线连接。通讯模块一般都支持各种网络协议，除了具有与其它不同类型网络节点通讯的协议，还具有专用协议，主要是与相同设备进行数据交换。例如，TRICONEX公司的PLC网络通讯模块具有四种专用协议（NCM、ACM、EICM、TSAA），以便支持专用网络上的相同TRICONEX系统。

三、 网络设计
1. 拓扑结构
所谓拓扑是一种研究与大小，距离无关的几何图形特性的方法。在网络中，计算机、PLC控制器作为节点，通讯线路作为连线，可构成相对位置不同的几何图形。抛开网络中的具体设备，将PLC控制器，计算机操作站，计算机工程师站等网络单元抽象为“点”，将网络中的电缆等传输介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看网络系统，就形成了由点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。网络拓扑结构主要有星型，总线型，环型，树型，网状和不规则型等几种。在计算机PLC控制系统中采用多的是总线型结构。
1.1总线结构
总路线结构网络是将各个节点的设备用一根总线相连。网络中所有节点工作站通过总线进行数据信息传输。作为总线的通讯连线通常采用同轴电缆。在总线结构中，作为数据通信必经的总线，其负载能量是有限度的。这是由传输介质本身的物理特性所决定的。所以，总线结构网络中节点的个数是有限制的，如果节点的个数超出总线负载的能量，就需要延长总线的长度，并加入相当数量的附加转接部件，使总线负载达到容量要求。
PLC控制系统要求网络可靠性高，节点间响应速度快，当某个节点处理故障时，不会对网络上其它节点造成影响，而且要有很好的扩充性，总线型网络系统具备这些条件，因此，目前的PLC通讯模块支持总线型网络结构。在这里，我们也只介绍控制系统的总线型网络设计。
2. 网络通信协议
在网络系统中，为了保证数据通信双方能正确而自动地进行通信，针对通信过程的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议。通信协议是一套语义和语法规则，它决定了网络通信中传输的信息/文件格式及控制方式，主要功能是数据交换，信息编码，差错控制与线路合理利用等。
为了便于网络互联，化组织（ISO）提供了一个标准的协议结构，即开放系统互联OSI（Open System Interconnection）参考模型，它定义了连接异种计算机标准的主体结构，任何两个遵守参考模型和有关标准的系统可以进行互联。这样的系统称为开放系统。
OSI参考模型是设计和描述网络通信的基本框架。OSI参考模型的系统结构是层次式结构，由七层组成。从高层到低层依次是：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层和物理层。OSI参考模型定义了不同计算机和互联标准的框架结构。通过分层把复杂的通信过程分成了各个独立的，比较容易解决的问题。在OSI模型中，下一层为上一层提供服务，而分层内部的工作与相邻层是无关的。
2.1　IEEE802.3网络标准
IEEE802.3是PLC控制系统网络系统的主要标准。
IEEE802是由美国电气与电子工程师协会IEEE802委员会制定的局域网标准。是针对局域网的网络体系结构特点而制定的。IEEE802遵循ISO/OSI参考模型的原则，解决低两层¾¾物理层和数据链路层的功能以及网络层的接口服务，网络互联有关的高层功能。
OSI参考模型的物理层对应IEEE802参考模型的物理层，OSI参考模型的数据链路层对应IEEE802参考模型的逻辑链路控制子层和介质访问控制块子层。
IEEE802.3是IEEE802标准的一部分，意为CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路复用）访问控制方法和物理层技术规范。PLC控制系统只使用IEEE802.3的物理层。应用的802.3网络物理层标准化技术范围如下：

2.2TCP/IP协议
PLC控制系统中，PLC控制器与各计算机操作站之间通讯普遍使用TCP/IP协议。TCP/IP协议是网络通信协议的一种，TCP是指传输控制协议，对应OSI参考模型的传输层。IP是指网间协议，对应OSI参考模型的网络层。
2.2.1　IP地址
在以TCP/IP为通讯协议的网络上，每个节点都有一个唯一的地址标识，即IP地址。IP地址不但可以用来辨识每一个节点，其中也隐含着网络间的路由信息。
IP地址为32个二进制位长，一般是以4个十进制数字表示，并且每个数字间以点隔开，如：203.35.88.7。
IP地址分为A，B，C，D，E五类，地址格式的左边的一个或多个二进制位用来指定网络类型。（具体的分类请参见有关资料，在此不详细介绍）
PLC控制系统中的网络系统属于局域网，采用C类IP地址。C类网的IP范围是192.0.0.0~223.0.0.0。这个范围中192.168.0.0~192.168.255.255地址是留给用户自定义的。在实际应用中，发现有些厂家的PLC只能使用这个网段的IP地址，而且必须用24位表示网段。
2.2.2子网掩码
子网掩码也是一个32位二进制值，格式与IP地址相同。子网掩码有两大功能：
(1) 用来区分IP地址中的网段地址和节点地址。
(2) 用来将网络分割为多个子网。
PLC网络系统中，由于采用C类网，所以IP地址的前24位为网段地址。故子网掩码定为255.255.255.0。（具体子网掩码的含义参见有关资料，在此不作介绍）

四、典型应用实例
下面以实例进一步分析PLC控制系统的以太网网络构成。PLC控制器选用美国GE公司的90-70系列，PLC的以太网接口模块（通讯模块）选用GE90-70系列中的CMM742。工作站选用美国Ibbblution公司的FIX32工控软件。该软件运行于bbbbbbs NT,或bbbbbbs 2000操作平台。
1. 硬件功能介绍
（1） CMM742通讯模块
CMM742是GE90－70系列PLCzhonggong能的网络接口模块。可连接于IEEE802.3网络，传输率为10Mbps，有BNC，RJ45和AUI三种接口，可通过细缆，双绞线和AUI的D型15针连接器接入总线型或星型网络中。支持TCP/IP协议。
实际应用中，我们采用总线型拓扑结构。通过CMM742将PLC的网络IP地址设为192.168.1.1，子网掩码设为255.255.255.0。将PLC起始节点，在BNC接口需加50Ω终端电阻。
（2） 以太网卡
网卡用于将PC工作站连接到网络中，是计算机与通信媒体进行数据交互的中间处理部件，每个网卡有自己的控制器，用以发送接收数据。
我们选用了3COM公司的3C509型网卡，该卡有BNC和RJ45两种接口，通过T型头连于网络。
2. 软件设置
三台工作站均选用bbbbbbs2000操作系统，并安装FIX32工控软件。
软件设置步骤：
（1） 安装网卡驱动程序。
（2） 安装TCP/IP协议，对三台工作站进行IP地址分配，分别设为192.168.1.2，192.168.1.3，192.168.1.4，子网掩码为255.255.255.0。
（3） 测试网络连接
在任一台工作站的DOS下，键入PING 192.168.1.1，回车，屏幕出现四行
Reply from 192.168.1.1:bytes=32time<10ms,TTL=128
说明已经与PLC接通，再分别PING其它IP地址，确认PLC与工作站正确。
（4） 确认网卡绑定TCP/IP协议。
（5） 设置FIX32用于通讯的GE9驱动程序。
GE9是FIX32用于与GE90－70系列PLC进行网络通讯的驱动程序，支持TCP/IP协议，通过它可与PLC进行数据交换。
以上只是一个简单的网络应用，在实际的应用中由于选用的PLC和工作站软件的不同，如：选用PLC的远程扩展；本地扩展以及冗余和热备等不同系统；工作站操作系统的不同；采用对等网或是主从网；工控软件的选择其它不同软件；还有环境因素等等；都会使网络的设计千变万化，但总体思路方法大体相同。

　　可编程序控制器 DeviceNet 局域网 网络链接

　　可编程序控制器（PLC）现场通信网络是PLC开发应用和当前发展的一个重要方向，也是使PLC在工业现场获得更大效益的重要途径。目前可通信低压电器执行的现场总线标准种类较多，其中欧姆龙公司SYSMAC NET bbbb SYSTEM 网络就是一个基于DeviceNet现场总线标准的多位、多厂家的机器/生产线控制级别的网络，它将控制和数据融合在一起，不同厂家或公司的设备、部件只要符合该协议均可接入网络，从而实现PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与其它厂家可通信低压电器间的控制和通信。而欧姆龙公司SYSMAC-C系列可编程序控制器（PLC）不仅有顺序控制功能，还具有数据通信功能，且指令系统兼容。因此，在工业自动化控制中为达到信息的集中管理、功能的分散控制，可根据需要构成局域网络系统（SYSMAC NET bbbb SYSTEM）。该系统是一种专用的，并行存取、有限距离的高速通信网络，可以解决复杂的数据通信问题，连接到网络上的设备可以是计算机、PLC、数控机床和终端设备等，从而构成一个以PLC为重要部件的分散控制系统。此网络系统具有操作简单、响应速度快的特点，双回路、传输试验、回路结构等功能使它可靠性高、适用性强。本文重点介绍SYSMAC NET网络连接系统的结构、系统配置及数据的传输。

1 SYSMAC NET网络系统的结构

1.1 系统构成

　　SYSMAC NET网络连接系统由一个线路服务器（Line Server）及多126个结点组成，每个结点可以是带有网络连接接口的计算机或PLC等设备，网络系统如图1所示。系统用两根光缆连接，因此，具有较强的抗干扰性，其任何两个结点之间可以进行数据通讯。网络中线路服务器的作用就是控制系统的通讯。网络服务器板（NSB）、网络服务器（NSU）和网络链接单元(SNT)均为网络连接接口，其中网络服务板为上位机与网络连接系统的接口，直接与计算机CPU总线连接，通过高速的DMA（直接存储器访问）方式与光纤网络交换信息。网络服务器既可作为上位机与网络连接系统的接口，也可作为PLC或其它设备等与网络连接系统的接口。网络链接单元则是作为PLC与网络系统的接口。

　　该网络连接系统有两个回路，它们分别是正常回路和反向回路。无论何时，只要正常回路出现故障，不能传送数据，系统则自动使用反向回路，从而保证系统能正常继续工作。网络连接中的结点之间大距离为1Km，如果使用调制解调器（MODEM）则可达3Km以上。

　　多个网络连接还可以通过桥连接器进行连接，构成更的控制系统。每两个SYSMAC NET网络系统间需一个桥连接器，每个系统中多包含20个桥连接器，即多个SYSMAC NET网络系统的连接只能是少于20个其它的网络系统连接。图2为两个SYSMAC网络的连接系统。

1.2 系统配置

SYSMAC NET 网络系统常用的装置及型号如下：

1） 线路服务器（Line Server） 型号：S3200-LSU 03-01E；
2） 网络服务板 （NSB） 型号：S3200-NSB11-E；
3） 网络服务器 （NSU） 型号：S3200-NSU A1-00E；
4） 网络链接单元（SNT） 型号：C500-SNT31-V3；
5） 桥连接器（NSU） 型号：S3200-NSU G4-00E；
6） 串行接口 型号：RS-232C；
7） 可编程序控制器 （PLC） 型号：SYSMAC-C系列任何机型；
8） 上位机 可以是任一型号的个人计算机或小型计算机。在选型时，好选用PLC制造厂家推荐的上位机，因为它们都配有丰富的支持软件供选用。这些软件包括有：再线/离线/远程的编程功能、数据寄存器/程序寄存器编辑、I/O信息读出/处理、PLC信息读出/处理、文件管理、各种监控和日历、时间、计算功能等。如果用户自选上位机，则要进行通信接口硬件配置及编制通信应用程序。

2 SYSMAC NET网络系统的数据传输

　　网络读、写指令使网络系统中的PLC之间可以根据对等通信协议（peer-to-peer）相互传送数据。即系统中两个设备，一个设备为源时，另一个设备为目标。当源设备启动通信时，由源向目标发一个询问信号，如果目标设备不忙，就利用控制字代码，连续地把数据一位一位地送到目标设备。如果目标设备忙，源设备将连续发询问信号32次，如果得不到应答，就自动退出通信子程序。

3 结束语

　　，由PLC与上位机等构成的SYSMAC NET网络连接系统除完成其各自的逻辑、顺序控制功能外，还可以通过网络把PLC机的I/O状态、定时器/计数器及寄存器的内容、CPU运行状态以及用户程序等快速、准确地读到上位机的存贮器或寄存器内。同时也可以通过上位机把上述内容写入PLC机相应的存贮器或寄存器内。上位机可以对PLC机的数据进行采集、分析、或制表打印。真正做到信息的集中管理、功能的分散控制，从而实现高度自动化、智能化的分布控制系统。采用欧姆龙公司生产的CV、C200H系列PLC构成的现场总线控制网络系统，该网络是工业控制的底层网络，它采用了数据网络通信的新技术，具有低成本、高效率、高可靠性的特