西门子6ES7231-0HF22-0XA0详细解读
西门子6ES7231-0HF22-0XA0详细解读
1 引言
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。图1 是机械手搬运物品示意图。
图1 机械手搬物示意图
图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。
传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。
2 机械手的动作流程
传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。
机械手及传送带C 顺序动作的要求是：
1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作；
2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；
3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；
4) 启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作；
5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；
6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；
7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；
8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。
9) 按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。
根据对机械手的顺序动作要求，可以画出时序图如图2所示。由时序图可作出图3所示的机械手动作流程图。
图2 机械手佛那故作布序图
图3 机械手动作流程图
3 PLC选型及其I/O点编号分配
3.1 PLC的选型
由于机械手系统的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本OMRON（立石）公司生产的多功能小型C20P主机。该机输入点为12，输出点为8。内部主要有：136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个保持继电器、8个暂存继电器、48个定时/计数器、64个16位数据存贮器。
3.2 I/O点编号分配
根据图3所示的机械手动作流程图，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。
表1 机械手控制I/O分配表
根据图3流程图和表1的I/O分配表，可以编制出状态转移图如图4所示。
图4 机械手状态转移图
4 编程及程序运行
4.1 用步进指令编程
根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。
图5中，“全部输出禁止”部分的作用是在停止时禁止全部输出，使机械手停止在现行的工步上；重新起动时又能从停止前的工步继续动作。
在状态由HR010转移至HR000的条件中，增加了保持继电器的常闭触点
，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若
PLC断电或停止运行，机械手停止在中间工步上。PLC复电或重新投入运行后，由于保持继电器HR具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，中有某一个是断开的，使得HR000不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步继续动作。
4.2 程序运行
按下起动按钮SB1，输入点0000为ON,则作为互锁条件的辅助继电器1000为ON，互锁指令IL接通，IL与ILC之间的线圈正常工作，“全部输出禁止”解除。若(抓图1)常闭触点都为ON，保持继电器HR000接通，输出点0503使上升电磁阀得电，手臂上升。当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点0005闭合，保持继电器HR001 接通，HR000复位，输出点0501使左转电磁阀得电，手臂左转。......以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。当状态转移到HR008为ON时，输出点0506使放松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器TIM00计时。当计时2秒到，状态又转移到HR000，程序又重新从工步开始循环。
停止时，按下停止按钮SB2，0001断开，辅助继电器1000为OFF，互锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。当重新按起动按钮时，互锁指令接通，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为ON的工步动作。
5 结束语
本文介绍了日本OMRON公司生产的C系列P型小型多功能PLC在机械手步进控制中的设计应用。说明了机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法。本文介绍的程序已在实际生产中获得了成功的应用。
安全保护的迫切性
近年来，我国机床加工等装备企业得到快速发展。从技术上，机床装备相继得到很大的进步，已经不亚于国际水平，有些甚至达到国际水平。但是在市场上，很多机床的售价偏低，特别是机床，面临洋品牌、价格、质量等很多方面的挑战。主要原因之一是国内很多企业只注重在机床功能和应用上的研发、改进，而在安全、环保等方面，未能满足国际相关的标准，和国际市场接轨还有很大差距，从而导致一些企业产品出口受阻，不能在国际舞台和国外品牌一争高低。出于企业出口的需要，很多企业已经逐渐从开始模仿到自觉加强安全保护，自我约束和安全意识不断提高。另一方面，随着改革开放广度和深度的不断加大，众多外资企业进驻国内，参与竞争，抢占市场。装备企业不得不面临很大的竞争压力，采取积极措施应对。单纯通过降低生产成本的方式是有限的，增加产品附加值才是主要途径。除了产品功能完善、齐全外，产品安全、可靠性高越来越成为用户选择的主要原因之一。国内同行竞争的加剧，导致企业追求生产率以降低经营成本，安全事故也相应增加。国家不断在加大安全立法、执法的强度，安全标准相继出台，安全已经成为人们日常生活、工作关心的话题。机床加装安全保护装置，不仅成为个人的自我保护要求的体现，也是维护企业利益，降低意外风险损失的有效途径，因此加装安全保护措施已经成为数控类机床的标准配置。目前数控类机床安全保护大多采取的方式是各个安全保护装置独立设计后拼装在一起，不能很好有效地实现一个完整的系统解决方案。为此，笔者这里对某进口机床配置的ESALAN 安全PLC 安全继电器产品给予介绍，并提供给大家设计选择安全保护装置的内容和方法，也可作为选择安全继电器的参考。
选择安全产品的基本原则
根据欧洲机器指令和EN954-1 安全等级的基本要求，首先依据机器的工作模式、功能，需要对机器工作可能存在的所有危险进行分析、评估，确定机器各个部分的危险等级，从而选择相应的安全等级，一般选3 级可以满足大多数的应用。接着对所有要做安全保护的部分进行统计，包括输入、输出、保护的安全等级、系统的工作模式、系统复位方式等。后设计、选择合适的安全保护方式和产品。
ESALAN COMPACT 的外观和性能简介
ESALAN COMPACT 是一集成若干安全继电器（5~8 个）于一体的安全PLC。可以提供用户24 个输入（E02.0~E04.7），9 个半导体安全输出(A00.1~A00.7, A01.0, A02.0) 和3 个安全继电器输出(A01.1~A01.3)，以及内部64 个时间继电器(T00.0~T63.0) 和512 个标志符( M00.0~M63.7)。
安全PLC 输入允许单通道或双通道。它对每一个外部输入都采取双通道数据处理。
ESALAN 内部设有两个不同生产厂家的不同设计、制造工艺的微处理器，内部软件也是采取不同设计思路，因而无论硬件、软件同时出现故障的几率非常低。同时基于它们基础而设计的两个监控系统互为冗余，只有两个系统均检测到该信号正常且允许输出，一个对应的逻辑信号才正确地得以传送到下一级接受单元，直到输出。
ESALAN 保护系统
根据该数控机床的结构和性能分析，确定系统安全等级为不低于3级。其中对输入点数
统计如下：
1． 安全防护门，左右各1 扇，安装有2 个门锁开关和2 个门限位开关Q1，Q2。
2． 紧急停止按钮E1，E2，触摸屏操作台上1 只，机器操作台1只。
3． CNC 轴状态检测传感器T1，T2，检测主轴的速度。
4． 液压系统压力检测保护开关信号P1，P2。
5． 工具放置位置检测信号W1。
同样输出电路也是采取双通道检测原理，CPU1 和CPU2 均正常工作，输出1 和输出2同时接通，负载才可以工作；对半导体输出和继电器输出，同样道理。只是对半导体输出，需要用户作好多余容量及干扰的吸收。根据安全保护的需要，输出点数的统计如下，其中不包括主控单元的控制信号和输出：
1． 主轴电机主控继电器2 只，Ka，Kb;
2． 液压电机接触器2 只，Kc，Kd。
3． 门锁打开信号2 个，左右各1，给Kg，Kh。
4． 电磁阀输出2 个，Ke，Kf。
5． 变频器控制安全输出1 个。
6． 安全监控灯输出1 个，指示工作状态。
接线实例
软件的实现
ESALAN COMPACT 随产品提供软件应用CD，安装到PC 上。可以实现在线设计或脱机设计、参数设定等，工作完成后，通过RS232 接口下载到装置内。无须特别学习编程软件语言，通俗易懂，类似常规PLC 一样灵活实现控制逻辑和安全监控。
和数控中心单元的通讯
安全电路的监控终必须和数控中心控制进行有效整合，才能发挥功效。ESALAN COMPACT 提供有CAN、PROFIBUS DP、MODBUS、A-B DF1 等接口，实现和主控单元的通讯，实时地将系统保护部分的工作状态，安全装置的正常工作与否等通知主控单元，实现系统整机的安全控制和保护。此外，ESALAN COMPACT 可以提供RS232 接口，满足不同用户的需求。
结束语
ESALAN COMPACT 由于具有多输入/输出，同时具备了安全继电器和PLC 灵活编程、安全可靠等优点。因而替代多个安全继电器组合, 满足需要多个保护装置的整机、数控加工中心、自动化立体仓库、机器人现场保护、汽车流水线等场合的应用, 具有，体积小、接线方便、维护简单等特点。
1 引 言
可编程控制器PLC外部接线简单方便，它的控制主要是程序的设计，编制梯形图是常用的编程方式，使用中一般有经验设计法，逻辑设计法，继电器控制电路移植法和顺序控制设计法，其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法，功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。这是一种先进的设计方法，对于复杂系统，可以节约60%~90%的设计时间.我国1986年颁布了功能表图的国家标准(GB6988.6-86)。有了功能表图后，可以用四种方式编制梯形图，它们分别是:起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。本文以三菱公司F1系列PLC为例，说明实现顺序控制的四种编程方式。
例如:某PLC控制的回转工作台控制钻孔的过程是:当回转工作台不转且钻头回转时，若传感器X400检测到工件到位，钻头向下工进Y430当钻到一定深度钻头套筒压到下接近开关X401时，计时器T450计时，4s后快退Y431到上接近开关X402，就回到了原位。功能表图见图1:
图1 功能表图
2 使用起保停电路的编程方式
起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号PLC的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。这种编程方法通用性强，编程容易掌握，一般在原继电器控制系统的PLC改造过程中应用较多。如图2为使用起保停电路编程方式编制的与图1顺序功能图所对应的梯形图，图2中只有常开触点、常闭触点及输出线圈组成。
图2 起保停电路实现顺序控制
3 使用步进梯形指令的编程方式
步进梯形指令是专门为顺序控制设计提供的指令，它的步只能用状态寄存器S来表示，状态寄存器有断电保持功能，在编制顺序控制程序时应与步进指令一起使用，而且状态寄存器必须用置位指令SET置位，这样才具有控制功能，状态寄存器S才能提供STL触点，否则状态寄存器S与一般的中间继电器M相同。在步进梯形图中不同的步进段允许有双重输出，即允许有重号的负载输出，在步进触点结束时要用RET指令使后面的程序返回原母线。把图1中的0-3用状态寄存器S600-S603代替，代替以后使用步进梯形指令编程，对应的梯形图如图3所示。这种编程方法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，程序也较短，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。
图3 步进指令实现顺序控制
4 使用移位寄存器的编程方式
从功能表图可以看出，在0-3各步中只有一个步在某时刻接通而其他步都在断开，把各步用中间继电器M200-M203代替，就很容易用移位寄存器实现控制。图4为用移位寄存器编程时的梯形图，采用移位寄存器M200-M217的前四位M200-M203代表4个步，组成1个环形移位寄存器。用移位寄存器主要是对数据、移位、复位3个输入信号的处理。该方法设计的梯形图看起来简洁，所用指令也较少，但对较复杂控制系统设计就不方便，使用过程中在线修改能力差，在工业控制中使用较少，大多数应用在彩灯顺序控制电路中。
图4 移位寄存器实现顺序控制
5 使用置位复位指令的编程方式
如图5为使用置位复位编程方式编制的与图1顺序功能图所对应的梯形图。在以置位复位指令的编程方式中，用某一转换所有前级步对应的辅助继电器的常开触点与转换对应的触点或电路串联，作为使所有后续步对应的辅助继电器置位和使所有前级步对应的辅助继电器复位的条件。对简单顺序控制系统也可直接对输出继电器置位或复位。该方法顺序转换关系明确，编程易理解，一般多用于自动控制系统中手动控制程序的编程。
图5 置位复位指令实现顺序控制
以上四种顺序控制编程方式各有特点，可以根据实际情况选择一种来编制梯形图，它们的一般比较见附表。教学实践表明这些编程方式很容易被初学者接受和掌握，用它们可以得心应手地设计出任意复杂的顺序控制程序。
6 结束语
采用功能表图的四种方式来编制梯形图，可适应于不同场合，供工程技术人员视工艺要求决定。它是一种先进的设计方法，对于复杂系统，能节省(60~90)%的时间。
