6ES7322-1FL00-0AA0详细说明
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。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。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
2SCS系统的硬件升级改造
原SCS系统采用MODICON984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。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MODICOM984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。
3SCS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。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DCSMB通信卡并没有而切换，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，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秒卸料并后退返回原位A，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，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，将它们的常闭触点与Y2的线圈串联，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，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。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，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；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，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(三头加工)和单头调整四种不同工况。三头加工时,一个自动工作循环过程如图1所示。其特点是多头加工和多工步,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: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,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)开始,但不结束,需要用并行序列的合并来同步(等待两个动作均结束),使之转入步25。三头加工时也有此问题。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
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,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。由于这两个动作不结束,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）