3.1系统的i/o点分配
由硬件结构图可知，系统需要5个输入点和14个输出点。cpu222plc有8个输入点和6个输出点，需要增加一个扩展模块，选用有8点输出的数字量扩展模块em222。输入点是i0.0～i0.7;输出点是q0.0～q0.5和q1.0～q1.7。分配情况见表1和表2;
3.2 控制器
系统的关键设备是plc。plc是以单片机为核心，专门用于工业过程自动化控制的电脑器件，具有极高的可靠性和稳定性。本系统选用西门子公司的s7-200系列cpu222plc作为控制核心，利用cpu222的2路独立的20khz的高速脉冲输出来控制步进电机的运动。此高速脉冲信号不能用来直接驱动步进电机，需通过步进电机驱动器将功率放大后才能起作用。5路数字量输入分别与5个传感器相连接，用来判断钻头位置，步进电机位置，工件的位置。14路数字量输出中，有6路用来控制步进电机驱动器，8路用来控制电磁阀开关。
plc本机有一个通信口，为标准rs-485接口，在plc与上位机进行通信时需将rs-485接口转换为标准rs-232接口，可以采用西门子提供的隔离型pc/ppi电缆进行转换。该电缆有拨码开关可以进行设置。在上位机上将控制软件编写好后，通过此线下载程序并监视程序的运行情况。为了降低成本，在程序调试好以后就可以不必用上位机进行操作和控制，而是用简单的操作面板即可，本系统选用的是dp210操作面板。
3.3 系统的外设
根据系统对钻孔精度的高要求，选用步进电机来控制孔的加工。步进电机可以jingque到一个脉冲，在本系统中一个脉冲的精度是0.005mm。步进电机驱动器用于驱动步进电机，从而控制钻头的动作，完成钻孔。步进电机驱动器接收plc的信号，包括cp步进脉冲信号，dir方向信号，free脱机信号，经过其内部的功放电路和处理电路后输出到后面连接的两相步进电机。步进电机根据信号的变化来产生相应的动作。电磁阀直接接受来自plc的控制信号产生动作。plc直接接受传感器的信号，通过内部程序的运算和逻辑判断来决定输出。
变频器用来控制主轴三相电机的转速。本系统中变频器采用基本参数运行模式，由电位器来设定运行频率，变频器的启动和停止由外部端子控制。根据不同工件的特点，通过旋转电位器来改变主轴电机的转速，外部端子的信号由plc的第12路数字量输出控制。
4、系统的软件设计
系统的软件包括人机交互界面dp210程序和系统的主控程序plc程序。dp210程序完成操作人员同plc之间的对话，主要是各个操作画面之间的相互切换和每个操作画面当中各个按键动作所对应的plc程序的控制位。程序画面要与生产现场的工作流程相适应，越是前面的画面就越是使用频率高的画面。
plc程序接收到dp210的操作信号后，按照工作要求进行整个钻孔工作的控制。主程序的流程图如图4所示。
plc主控程序中的核心控制是对步进电机的控制，启动1#步进电机的程序如图5，控制步进电机方向的程序如图6。
图4 主程序的流程图
图5 1#步进电机的程序图
图6 控制步进电机方向的程序图
5、结束语
本文所设计的系统操作简单，加工产品范围广，加工精度高，已经成功应用于生产实践当中。该钻床目前已经在某表带生产厂进行表带钻孔生产。自从开始生产以来，系统运行稳定，产品质量显著提高，废品率明显下降。极大的减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。还可以用于其它精密器件的钻孔，小孔径可达到0.5mm。
1、引言
传统的普通钻床钻孔的精度和效率受到工人的熟练程度、疲劳程度等人力因素影响较大，要想达到高精度和高效率就十分不容易。基于此问题，我们开发了数控钻床，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，始终保持高精度和高效率。
2、控制要求
数控钻床的控制要求为:（1）控制系统应可调整钻孔加工程序选择;（2）不同的加工阶段可以选择不同的加工速度和加工深度。空程的时候的进刀曲线如图1所示，加工的进刀曲线如图2所示:（3）主轴转速应可调节，且范围应宽广。（4）加工精度高，加工深度误差小于0.05mm。
图1 空程时候的进刀曲线图
图2 加工的进刀曲线图
3、系统的硬件设计
根据系统的控制要求配置硬件如下：
•控制器:1个西门子公司的s7-200系列cpu222plc;
•人机界面:一个dp210;
•外设:2个步进电机、2个步进电机驱动器、2个三相电机、1台变频器、1个em222、8个电磁开关、4个光电传感器和1个霍尔传感器。系统的硬件结构如图3所示。
图3 系统的硬件结构图
表1 输入端子分配
表2 输出端子分配
西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0品质好货
2009年，金融危机致使PLC重点应用行业特别是冶金、起重机械、纺织机械、印刷机械等受到重创，PLC市场规模有所缩水，进入2010年由于经济的回暖带动PLC重点应用行业的复苏，加之国家铁路、轨道交通等基础设施大规模建设带动PLC应用需求的增长，预计2010年PLC市场规模会有10%左右的增长。
长期（2011-2015）增长判断
随着经济危机的远去，中国经济必将回复到良性发展的快车道，加之国家加快经济发展模式的转变，提倡"低碳、环保"理念，必然要求工业生产领域提高产能、降低能耗，这也衍生对PLC的大规模需求，随着国家城镇化建设的加快，各种市政工程建设必将大规模展开，这也将带动PLC需求的增长，有专家预计至2015年整个PLC市场规模将达到89亿元人民币左右，较2009年增长60%左右。
PLC市场增长点
区域增长点：由于华东、华南地区PLC应用较为普遍，市场规模接近饱和，除了PLC更新影响因素外，新的PLC市场增长点不明显；而华中、华北、东北地区国家区域经济、城市战略的确定，武汉城市圈等的兴起，以及经济增长中更加注重环保、节能，工业领域对于PLC应用需求将随之增长，南昌、合肥、郑州、太原等地大规模建设城市轨道交通，PLC市场规模也将水涨船高，这些区域未来PLC应用市场潜力巨大。
行业增长点：由于我国城镇化进程的加快，城市水处理对于PLC应用需求也随之增长，国家加大对于铁路、轨道交通建设的投入力度，未来对于大型PLC的应用需求必然有所提高，是大型PLC应用的市场增长点。
PLC市场格局变化趋势
在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。具体的市场格局是西门子、罗克韦尔、施耐德在大型PLC市场三分天下；中型PLC市场西门子一枝独秀；小型PLC则是日系领衔，西门子紧追--大的市场格局未曾改变，需要注意一些潜在发生的趋势和力量。
在中国市场上很多品牌都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占得了先机，相对应的是施耐德和LS这些后来者市场快速增长，距离先行者仍有一定的差距。某些品牌会侧重于一些行业。
中型PLC是各家追逐的战略重点。几乎每家都在加强弥补在中型PLC方面的产品缺失，以期在西门子独大的这个分治区得一杯羹。在短期内，还未看到改变格局的力量。
在小型PLC市场，需要关注本土力量。士别三日，当刮目相看。几年前，我们还经常形容，纯粹本地的PLC销售不足千万。到，不论台达的成功，越来越多的国内企业开始进入PLC市场，并且采用一种更加有效的进攻方式--往往已经在变频器领域取得了成功，开始策划整体的FA方案，进入PLC、HMI和伺服领域，以北京和利时为代表的本土厂商就是这样。这比以往单纯投入PLC业务，更加容易被市场接纳。相信，如果未来格局发生变革，则波就在小型PLC，发起者就是本土厂商。
PLC行业应用趋势
伴随着日益上升的消费需求，外国直接投资流入中国升速，推进了中国的制造业，紧接着推动了PLC在中国的市场的发展。
近年来中国OEM机械厂家一直忙于提高国产机械的自动化水平，减少对国外高端机械产品的依赖。PLC作为典型控制产品，在纺织机械、塑料机械、印刷机械、食品机械、包装机械、起重机械、机床和化工机械等诸多领域被广泛应用。受危机的影响，中国OEM市场全面低迷，尤其是2008年下半年至2009年上半年，成本上升、出口锐减和内需萎缩导致中小企业大量倒闭，部分行业大企业严重开工不足，直接影响了该市场对PLC的需求。其中大的OEM市场--纺织机械的PLC应用规模降低到2.67亿元，萎缩近50%。使得深耕于该行业的PLC厂商都遭受重创。经济低迷导致需求的下降，在电梯、纺织机械、建筑机械、电源设备、造纸机械、电子制造设备、物料搬运、机床、HVAC、塑料机械、橡胶机械等应用中呈负增长的态势。纵观2009年，PLC在大部分OEM行业的应用都维持低迷的态势，只有少数如食品机械和包装机械等受经济周期影响不大的行业仍能保持一定的增长。一些行业如，汽车、基础设施建设、矿业、市政等直接受国家刺激政策的拉动，PLC需求不减，成为PLC稳步增长的中坚力量。
冶金行业是应用PLC多的项目型市场，以大、中型PLC为主，由于产能过剩、需求萎缩和价格下降，也使得PLC在该行业继续保持低迷的态势。
PLC的未来发展除了产品本身的发展，更大程度上取决于用户和市场的发展，任何产品存在的根本在于用户和市场的需求。随着经济的回暖和国家政策的推动，自动化产品市场的需求持续旺盛。特别是在低碳时代，制造企业充分认识到了自动化产品的作用，以及其对于企业利润和在竞争激烈的全球市场中取得成功的贡献，继续在自动化设备上加大资本投资。PLC产品可以用于离散、制程和混合式自动化产品领域，并在各个制造行业保持稳固增长。基于对更高自动化程度和更高能效的需要，制造业会越来越多地应用PLC。在制造过程中，以低生产设备生命周期成本来实现适应性和灵活性的日益增加的需求，给PLC的创新与发展提供了不竭的动力。一些新兴行业的运用以及新能源产生、储存和基础设施建设的需要，无疑给PLC带来了巨大的机遇，特别是在OEM、楼宇自控等低迷的行业中，将会有很大的起色。
在PLC市场内，小型PLC占据高的比例--而在国外，往往中型比例更高。这是典型的国情所决定的，设备较为低端，控制需求不高。这种情况只是表面，一些核心的情况正在发生转变。是国内用户对小型PLC的利用已经到了一种非常高的水平，很多小型PLC在履行中型PLC的职能。中型PLC的比例在逐年提高。中国市场在过去10~20年，完成了从没有自动化，到小型PLC成为主流的转变。在未来，相信是从小型PLC到中型（或者小型的自我改进）的转变。
PLC技术发展趋势
PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦在不断的发展，正朝着新的技术发展。
一是PLC网络化技术的发展，其中有两个趋势：一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各dapinpaiPLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线、同轴电缆、光缆）连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。
二是PLC向高性能小型化方向发展。PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-1S系列PLC，小的机种，体积仅为60×90×75mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、jingque定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别已经越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。
三是PLC操作向简易化方向发展。目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，不同厂商PLC所用编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的推广应用。PLC的发展必然朝着操作简易化方向迈进，比如使用编程向导简化对复杂任务的编程，西门子就充当了先行者，西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用。
PLC国产厂商的机会
我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个PLC市场高速增长的时期。基于中国经济稳定迅速增长的现状，今后若干年内中国PLC市场将保持持续高速增长。巨大的市场需求为发展PLC业务提供了难得的历史机遇，国内有实力的自动化公司应充分利用在市场、技术、行业影响和品牌等方面的积累，大力拓展PLC业务，使国产PLC早日成为中国PLC市场的主要参与者之一。
我们认为国产PLC厂商的发展机会在如下方面：
，国内的制造业蓬勃发展以及城镇化推进所引发的大规模市政建设，为国产PLC的成长提供了肥沃的土壤；
第二，国内的开发工程师已经能掌握PLC的核心技术，在开发上不存在很多不可逾越的障碍；
第三，由于开发、制造成本的原因，国产的PLC比国外的PLC具有的成本优势，这是国外品牌短时间内无法达到的；
第四，国产PLC企业更了解国内的市场环境，更了解本土企业的需求，可以更贴近客户，并通过定制产品提供更有特色的方案，这也是国外的品牌短时间内无法做到的。
我们认为国产PLC厂商还应从如下方面努力：
，贴近客户，充分了解客户需求，为客户提供有特色的方案，尽可能地为客户降低成本；
第二，严把质量关，保证产品的稳定性，赢得客户信任；
第三，通过培训、推广会等形式培养应用工程师群，让更多的人了解国产PLC、使用国产PLC、熟悉国产PLC；
第四，由于资金等方面的限制，可以先选取部分地区和部分行业作为重点推广区域，待稳定、发展之后再向全国推广。