西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0诚信交易

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1 引言

    PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛，但在普通车床数控化改造中，用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善，这将是一种发展趋势。本文对此加以讨论。

    2 车床的PLC数控系统控制原理设计

    2.1车床的操作要求

    车床一般加工回转表面、螺纹等。要求其动作一般是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换;并且能进行单步操作。

    2.2PLC数控系统需解决的问题

    车床的操作过程比较复杂，而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作，必须解决三个问题：   

    1）如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;

    2）如何改变进给系统速度;

    3）车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。

    将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合，这些问题是可以解决的。

    2.3数控系统的控制原理

    普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数控控制。根据改造特点，伺服元件采用步进电机，实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取0.01mm，X向脉冲当量取0.005mm。选用晶体管输出型的PLC。驱动步进电机脉冲信号由编程产生，通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生，通过与门电路接入PLC输入端，经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可由手动或自动程序控制。图1为数控系统原理图。[1]

    3 PLC输入、输出（I/O）点数确定

    所设计的车床操作为：起点总停、Z、X向快进、工进、快退;刀架正、反转;手动、自动、单步、车螺纹转换。因此，输入需14点。根据图1得输出需9点。I/O连接图如图2所示（以三菱F1S-30MT）为例。

图2I/O连接图

    4 驱动程序（梯形图）设计

    4.1总程序结构设计

    手动、自动、单步、车螺纹程序的选择采用跳转指令实现。图3是总程序结构框图。若合上X12（X13、X14、X15断开），其常闭断开，执行手动程序;若X12断开，X13全上，程序跳过手动程序，指针到P0处，执行自动程序。

图3总程序框图

    4.2手动程序梯形图设计

    手动程序、自动程序需根据具体零件设计，这里仅以Z向快进、工进、快退的动作为例加以说明。其梯形图如图4所示。   

图4Z向手动程序梯形图

    在执行手动程序状态下，按X0，Y1接通，作好起动准备。按X2，辅助继电器M0接通。通过T63计时及Y2触点组合，产生频率为103/2i的脉冲信号（i为计时时间，根据需要设定，单位为ms），驱动Z向快进。当按下X3时（M0断开），M1接通，M1与定时器T32组合使Y2产生频率为103/2j的脉冲（j>i），由Y2输出，实现工进。按下X4时，M0、Y3同时接通，电机快速反转，实现快退。限于篇幅，其它程序梯形图略。[2]

    5 结束语

    数控车床在我国机械制造业中的应用正在迅速发展，但高精度数控机床价格昂贵，而且在实际生产中有大量形状不太复杂、精度要求一般的零件，这就需要精度一般的数控车床加工。同时，我国现有大量可用的普通车床，对这些车床进行数控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。以前车床数控化改造用的是Z80、8031芯片作数控系统的核心部件，它的价格较贵且系统较复杂。用PLC作为车床的数控系统，有成本低、系统简单、调整方便等优点，必将会得到广泛应用。

  引言
地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。
地铁全面采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统可靠运行的关键。
变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。
将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

2  地铁变电站自动化系统组成
在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。
由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现地铁变电站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了Modicon Quantum系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。Quantum具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容量的PLC产品。
随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI、DO、AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

3  地铁变电站自动化系统设计
3.1  系统结构
变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器,主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参数和软件的 RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。
电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。通讯模块采用Modbus＋通讯模块。系统结构如图1所示:    

间隔层的微机保护装置经过RS-485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到主监控单元PLC。
系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002 MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过MB+网络与PLC建立网络通讯;同时在中央信号屏中还配有可编程网桥NW-BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS-485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC-60870-7-101与中央控制中心通讯。
系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS-422接口采用IEC60870-5-101规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，提高系统的可靠性。
配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时,液晶显示报警装置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息,并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择,必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。
“就地-远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有“就地-远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。
系统的电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。

3.2  开放式、宜扩展性设计
可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。
网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus＋等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和可靠性。
3.3  软件设计
PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有RTU功能，PLC采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进行通讯。通过Modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用了Quantum系列PLC配套的concept编程软件中的FBD方式，进行了PLC的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。
如图2所示的遥控功能的组态。通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块有concept软件的FFB libarary 提供的标准功能块，也可以自己定义，自己独特的功能块。
遥信的实现，有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过PLC与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到PLC中，并将其上送给控制中心。另一种为DI模块方式，通过连接设备的位置继电器，PLC的DI模块能够感知设备的变位信息。

图2     遥控功能的组态
遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC通过与智能保护装置的通讯，实时获取保护装置采集的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场级的采集功能。另一种为AI模块方式，由PLC自己来完成现场的遥测量采集，并将采集到的数据存放在RAM中。网桥将RAM中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制中心进行通讯。
网桥中的报文接收分析程序分析控制中心传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将获取的遥控对象信息写入PLC，由PLC程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。
3.4  系统功能及特点
变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。
变电站自动化系统的特点:
(1) 完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，提高系统运行可靠性。
(2) 开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。
(3) 监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。
(4) 取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。
(5) 简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。
(6) 对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

4  结束语
在实际运行中，网桥与控制中心的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。
PLC硬件由于应用工业级可靠性设计，因此实际运行中非常可靠，绝少出现死机的情况，可靠性远高于采用bbbbbbs操作系统的通用计算机，很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC还没有出现过硬件故障，凸显了PLC对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修和更换更为便捷。
需要更改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

PLC(PowerLineCommunication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。

PLC技术及工作原理

PLC(PowerLineCommunication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用。在高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV-35kV）以及低压(10kV以下)的各个领域，数据传输的通讯数率不断提高。现阶段，在低压配电网上传输数率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps甚至达到100Mbps和200Mbps的高速率，传输距离可达300米。在中压配电网传输技术方面，高于10Mbps数据信号的设想和方案也日益引起人们的重视并开发成功。

PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。

为了解决以上低压配电网中各因素对数据传输的影响，在国际范围内，低压配电网的高速数据通信普遍选择了正交频分复用技术OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）作为核心调制技术。OFDM技术采用多路窄带正交子载波，同时传输多路数据，每路信号的码元时间较长，可以避免码元间干扰。通过动态选择可用的子载波，该技术可以减少窄带干扰和频率的谷点的影响。OFDM技术起源于二十世纪六十年代，主要用于军用高频通信系统。70年代，随着离散傅立叶变换来实现多载波调制技术的提出，以及近年来数字信号处理(DSP)技术的飞速发展，OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术被广泛应用于民用通信系统中。目前在无线局域网已经采用了该技术，第四代移动通信（4G）中将采用OFDM技术。

PLC的几种接入方案

在低压配电网数据传输系统一般情况下，由头端（HE）和用户端（CE）组成。头端一般安装在配电变压器低压出线端，它主要实现PLC高频信号和传统的宽带通信信号的互相转换。PLC头端的一侧通过电容或电感耦合器连接电力电缆，注入和提取高频PLC信号；另一侧通过传统电信接入方式，如xDLS、光纤或以太网等连接至Internet。用户侧称为“电力猫”的设备，主要由接口、调制解调和耦合等三部分组成。用户的计算机通过以太网接口或USB接口、普通话机通过RJ-11接口与“电力猫”相连。实现高速上网、IP电话以及IP视频等多媒体接入服务。

普通的计算机一般都配有并行接口(就是通常用的打印机接口)，它是通过25芯的D型接头连接打印机与计算机的，计算机的并行接口不仅可以向打印机发送数据，还可以从打印机接收数据(打印的工作状态)。因此，利用计算机的并行接口，你可以去控制外部继电器的吸合，从而控制外部设备，同样可以利用它来检测外部设备的状态。不需添加任何硬件。从而使一台普通的计算机具有“PLC”的开关量的功能。
本文分析的系统，把普通并口实现了一个4输入8输出数字量的功能，切不需任何投资。们先对打印机的并行口做一下细致的分析。配有一个并口的计算机经系统引导后，初始化过程把并行端口配置成LPT1, 这个端口又分配了数据地址378H, 状态地址379H。其中378H端口做输出端口，379H端口做输入端口。

2 并口数据采集控制原理

(1) 端口378H,378H的管脚见表1。
在计算机通电后的自然状态，378H端口的每个数据位为1，表1中每个管脚对地(25脚)为高电平5V。即378H地址的内容为FF(十进制是255)，当控制378H的内容为1(十进制)二进制码是00000001时，即2脚对地输出高电平，其它对地是0电平。如控制378H的内容为2(十进制)二进制码是00000010，即3脚对地输出高电平，其它对地是0电平。如控制378H的内容为3(十进制)二进制码是00000011，即2、3脚对地输出高电平，其它对地是0电平。依次类推。

当某管脚对地是高电平5V时，由于每条数据线的输出电流高达20mA,可以接5V的直流继电器，通过继电器的触点在去控制其它的设备，如电磁阀、电机等。图1是用打印机并行接口实现的继电器控制电路，此电路稍加修改即可用于其它设备的开关控制。
(2) 端口379H，379H的管脚见表2。

在计算机通电后的自然状态，379H端口的数据位第7位是0，其余每个数据位为1，即上述每个管脚对地(25脚)为高电平5V。即379H地址的内容为127(十进制)二进制码是01111111。当只把某管脚(如10脚)通过500Ω的电阻接到25脚，则它所对应的数据位是0，其它的数据位不变，则379H的内容为63(十进制)二进制码是00111111。当只把某管脚(如12脚)通过500Ω的电阻接到地25脚，则它所对应的数据位是0，其它的数据位不变，则379H的内容为95(十进制)二进制码是01011111依次类推。
图2是用打印机并行接口实现的开关检测控制电路，当K断开时，379H为127(十进制)，当K闭合时，379H为111(十进制)二进制数是01101111，即13脚所连接的第4数据位为0。

3 软件实现

VB是一种可视化的编程语言，自面世以来，因简单易用倍受广大编程人员的青睐，作为一种非常方便的bbbbbbs95应用程序开发平台，可以实现bbbbbbs的绝大部分功能。
VB中没有专门的对并口的操作控件，要实现对并口的读写，需要对I/O进行操作，但对硬件进行访问以及利用各种控制接口板进行数据采集，仅靠VB是无法解决的。解决这样的问题可以间接使用动态链接库DLL(Dynamic bbbb Library)来实现。程序人员利用DLL可以实现应用程序共享代码和资源，DLL与用户的程序完全分开。
动态链接库(DLL)虽然是一个可执行模块，但它并不可以直接运行，它只是提供一群函数供bbbbbbs应用程序或其它动态链接库调用，以完成其特殊任务。由于动态链接库是在应用程序运行期间被连接起来的，故称为动态链接库。本设计用VC++设计了一个读写IO端口的动态链接库IO.DLL。

∥模块定义文件I0.DEF
CODE PRELOAD MOVEABLE DISCARDABLE
DATA PRELOAD SINGLE
EXPORTS
inport
outport
动态链接库只有在别的模块中调用了它的某个函数以后，该动态链接库才发生作用。DLL函数或过程必须在全局模块(*.BAS)中正确说明才有效。VB是用Declare语句把一个DLL函数引入VB中的，它告诉VB在哪里找到DLL函数，并且让VB知道DLL需要哪种类型的参数，同时返回哪种类型的值。当某个DLL函数用Declare语句正确声明以后，就可以像使用其它函数一样使用这个DLL函数。
在VB应用程序的全局模块中声明I0.DLL并将其放入bbbbbbs＼system目录下，这样就可以向使用bbbbbbs API一样使用I0中的inport(输入)和outport(输出)函数了。
Declare Function inport Lib"io.d11"
　　(ByVal prot As Integer)As Long
Declare Function outport Lib"io.d11"
　　(ByVal port As Integer,ByVal
　　databyte As Long)As Long
下面的程序对图1和图2的例子进行设计。(只列出输入输出的读写操作程序)
　　Private Sub 输入_Click
　　X=inport(&H379)
　　Print x
　　End Sub
　　Private Sub输出_Click
　　y=outport(&H378,1)
　　End Sub

4 结束语

并口25管脚中，作输出用的是2~9共8个管脚，作输入用的10、12、13、15共4个管脚，25脚地，利用并口可方便的实现了4入8出的开关量控制。
在上位机中采用VB等语言编程，利用计算机的并口，巧妙地实现PLC的开关量功能，而且可利用VB等语言的界面设计的功能，使系统做到监控一体。且系统不需额外的投资，使用灵活简单，可靠性高