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设计与施工使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图和程序设计）可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。可靠性和维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触头，连线也多。触头开闭时会受电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积大、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。虽然PLC比继电器控制有那么多的优点，可是PLC也有个缺点。PLC使用在中大规模集成电路，价格比较昂贵。不过也物有所值的，因为PLC可以实现那么多的功能。但机床上使用的一般都是微型的PLC，因此价格上相对来说还是比较便宜的PLC的选型在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体应考虑到：功能合理；PLC的处理速度应满足实时控制的要求；PLC应用系统结构合理、机型系列应统一；在线编程和离线编程的选择。[17]（1）I/O点数的估算根据功能说明书，可统计出PLC系统的开关量I/O点数及模拟量I/O通道数，以及开关量和模拟量的信号类型。应在统计后得出I/O总点数的基础上，增加10％～15％的裕量。选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估算值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30％左右的裕量。可根据表6-1进行估算。序号电气设备、元件输入点数输出点数I/O总点数1可逆运行的笼型电动机527254单向运行的笼型415345678910电动机单线圈电磁阀双线圈电磁阀按钮开关光电开关信号灯行程开关接近开关位置开关2312——11212————1——————35121112根据表6-1和第五章的设计可以估算出I/O点数2个可逆电动机；1个单向电动机；1个双线圈电磁阀；6个按钮；4个信号灯；7个行程开关；4个位置开关。可计算得I/O总点数7556474249因为I/O大于32小于256点，所以要选用小型PLC49×(130%)63.7；PLC机型的I/O点数一般大于63.7即可。（2）存储器容量估算：每个I/O点及有关功能器件占用的内存大致如下：(KB)＝（1～1.25)×（I×10＋DO×8＋AI/AO×100＋CP×300)/1024（6.1）(KB)(1~1.25)(21102882300)10241.01K对数字量进行估算，设CP=2。其中：DI为数字量输入总点数；DO为数字量输出总点数；AI/AO为模拟量I/O通道总数；CP为通信接口总数。（3）I/O模块的选择：开关量输入模块的选择；开关量输出模块的选择（4）输出方式的选择（5）输出电流的选择：模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动，则应增加中间放大环节。（6）分配输入/输出点（7）安全回路的选择6.4SIMATICS7-300PLC根据以上要求还有根据本机床的所需要求，通过价格的比较，最后选用了SIMATICS7-300PLC。SIMATICS7系列的PLC都具有模块化、无排风扇结构和易于用户掌握等特点，使得S7系列PLC成为各种从小规模到中大规模应用的首选产品。该系统提出了完成各种55控制任务既方便有经济的解决方案。其中，S7-300由于系统的优良特性，近年来，被广泛使用于专用机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业及相关产业等诸多领域。S7-300提供了多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块，而且当控制任务增加并且愈加复杂时，可随时附加模块对PLC进行扩展，系统扩展灵活。SIMATICS7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，主要功能如下：(1)高速的指令处理：0.1～0.6us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。(2)人机界面(HMI)：方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。(3)诊断功能：CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。(4)口令保护：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就可防止非法删除或改写用户程序。图6.1SIMATICS7-300SIMATICS7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图6-2所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、56中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过图6.2S7-300系列PLC系统构成框图6.5.1导轨(RACK)导轨是一种专用的金属机架，只需要将模块钩在DIN标准的安装导轨上，然后用螺栓锁紧就可以了。图6.3S7-300的安装6.5.2中央处理单元模块(CPU)S7-300总共有7种不同的CPU；CPU312IFM，带集成的数字输入/输出的紧凑型CPU，用于带或不带模拟量的小系统，最多8个模块；57CPU313用于有更多编程要求的小型设备；CPU314IFM，带有集成的数字和模拟输入/输出的紧凑型CPU；CPU314用于安装中等规模的程序以及中等指令执行速度的程序；CPU315/315-2DP用于要求中到大规模的程序和通过PROFIBUS-DP进行分布式配置的设备；CPU316用于有大量编程要求的设备；CPU318-2用于有要求极大规模的程序和通过PROFIBUS-DP进行分布式配置的设备；下图为S7-300的CPU。图6.4S7-300系列的CPU很明显CPU318-2、CPU316、CPU315/315-2DP这3中CPU是适用于大、中型的PLC里面，因此不符合这里的要求。而CPU312IFM已经限制模块数，以后可能需要更多的扩展，所以这个型号的CPU也不是那么的适合。CPU313是一个大容量的CPU，而XK5032并不需要大量的编程。就只剩下CPU314IFM和CPU314这2种。XK5032数控铣床的I/O点数比较少，而且只需一个小型的PLC，所以，CPU314IFM更符合XK5032的要求。选用CPU314IFM，CPU314IFM适用于对响应时间和特殊功能有较高的系统。[23]比较符合XK5032的要求。CPU314IFM户外型的主要参数和功能：5832KB的集成式RAM；4个集成的模拟量输入，信号量程为±10V和±20mA，11位+符号位；1路集成的模拟量输出的输出范围为±10V和±20mA，11位+符号位；有1个通道可用增量式编码器进行位置检测；有1个计数器，最高计数频率为10kHz，1个通道可以测量频率，最高10kHz；集成的DI/DO和集成的AI/AO；FB最大模块数/大小：128/8KB；FC最大模块数/大小：128/8KB；DB最大模块数/大小：127/8KB；最大模拟量I/O总数：248/124；最大数字量I/O总数：992；最大机架数/模块总数：4/32；MPI通信接口：1个；（MPI接口可以连接32个站，可以与PG/PC通信）最大连接数量：126.5.3电源模块由于PLC与机床离得比较近，不需要选用10A那么大，因此选用5A就已经足够拉。选用了PS307;5A电源模块；(6ES7307-1EAx0-0AA0)PS307;5A电源模块的属性：输出电流为5A；输出电压为24VDC；短路和断路保护；与单相交流电源连接（额定输入电压120/230VAC，50/60Hz）；安全隔离符合EN60950；可用作负载电源。如果......输出电路过载：I6.5A（动态）；5AI≤6.5A（静态）...输出短路初级端过压...则...电压突降，自动恢复电压电压降低，缩短使用寿命输出电压为0V；消除短路后，自动恢复电压存在毁坏的危险24VDCLED闪烁灭-初级端欠压自动关闭；自动恢复电压灭596.5.4接口模块图6.5PS307电源板（5A）的基本电路图①“24VDC输出电压工作”显示②24VDC输出电压接线端③张力消除④主回路和保护性导体接线端⑤24VDC开关⑥电源选择器开关图6.6PS307电源的接线图接口模块IM361的特性：24VDC电源；S7-300机架1到3的接口；通过S7-300背板总线的电流输出：最大0.8A；数据通过连接电缆368从IM360传送到IM361，或者从IM361传送到IM361；IM360与IM361之间的最大距离为10m；IM361与IM361之间的最大距离为10m。606.5.5SIMATICTOP连接图6.7接口模块IM361的前视图“SIMATICTOP连接”表示连接数字量模块的组件.使用SIMATICTOP连接是相对于传统执行器和传感器接线，使用这些组件时，在更多接线板上“原处”为执行器和传感器接线。使用圆形护套带状电缆互连模块。SIMATICTOP连接由下列部分组成：具有扁平带状连接的前连接器模块；一个或多个接线板和；一条或多条两端装有连接器的连接电缆图6.8S7-300上的SIMATICTOP连接使用SIMATICTOP连接具有下列优点：快速低成本的接线（不必再使用接线板）；61组件（前连接器模块、连接电缆、接线板）安装简单；可以单独更换每个组件；可组态连接电缆而不再浪费；接线错误显著减少；机柜接线整洁；模块的电源电压可以连接到SIMATICTOP连接的组件；简化M-和L+的连接端子下图列出可与SIMATICTOP可连接的所有模块。图6.9SIMATICTOP可连接的模块S7-300具有高电磁兼容性和强抗振动、冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。S7-300结构简单，使用灵活而且易于维护，采用DIN标准导轨安装，安装方便。背板总线集成在模块上，模块通过总线连接器相连，使得更换模块简单，所有模块都具有可靠的连接端子。信号模块和通信可以不受限制地差到任何一个曹位上，系统可以自行组态。当拥护控制任务需要多于8个信号模块或通信处理模块时，则可以采用扩展S7-300机架，扩展实现方便。6.6.1PLC主轴的控制1．三相异步电动机正、反转控制电路的特点当按下电动机M的正转启动按钮SB1时，电动机正向启动（逆时针方向）并连续运转；当按下电动机M的反转启动按钮SB2时，电动机M反向启动（顺时针方向）并连续运转。其中按钮SB1、SB2和接触器KM1、KM2的常闭触点分别串接在对方接触器线圈回路中，当接触器KM1通电闭合时，接触器KM2不能通电闭合；反之，当接触器KM2通电闭合时，接触器KM1不能通电闭合。2．三相异步电动机联锁正、反转控制电路PLC控制程序设计，设计思路：a)按下SB1（I0.1），Q0.0通电闭合并自锁，电动机M正转。b)按下SB2（I0.2），Q0.1通电闭合并自锁，电动机M反转。c)Q0.0与Q0.1联锁。62