S7-200 PLC在机床顺序控制中的应用

    在实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其进行顺序控制就显得尤为重要。根据实际工艺要求，借助于顺序功能图和梯形图来编制用户控制程序，实现单台设备或生产过程的顺序控制，是PLC的主要功能之一。    所谓顺序控制，是指设备或系统在各输入信号的作用下，内部元件状态按照实际生产工艺所规定的时间顺序变化，使得各执行机构在生产过程中自动、有序地进行动作。PLC顺序控制设计方法的基本思想是：依据输出量的状态变化，将一个完整的工作周期划分为若干顺序相连的阶段（又称为步），并用转换条件控制代表各步的内部编程元件（如辅助继电器M、状态继电器S等），使其状态按一定的时间顺序变化，最终输出控制各执行机构动作。PLC顺序控制设计方法具有直观、易懂、规范通用的特点，基本解决了经验设计中的记忆和联锁问题，在保证自动控制得以实现的前提下，可以有效缩短设计周期。能够完全体现顺序控制设计思想的PLC编程语言是顺序功能图(Sequential Function Chart，SFC)，又称状态转移图，1994年5月被IEC1131-3列为首位PLC程序设计语言。步(Step)、转换(Transition)和动作(Action)是组成SFC的三大要素。根据生产工艺和系统复杂程度的不同，SFC的基本结构可分为单序列、选择序列和并行序列三种。在具体的设计过程中，SFC的基本要求如下：    (1) SFC中的初始步必不可少，一般对应于系统等待起动的初始状态；    (2)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在SFC中应由步和有向连线构成一闭环回路，以体现工作周期的完整性；    (3)仅当某步所有的前级步均为活动步（转换条件满足，已被激活的步）时，该步才有可能成为活动步；    (4)若系统要求具有手动、自动两种控制方式，则应在手动方式进入自动方式时增设一转换信号，将初始步设置为活动步。    本节将通过一个实例来具体介绍如何使用S7-200 PLC实现对机床动力头运行的顺序控制。机床动力头控制是一个非常典型的顺序控制系统，可采用步进指令进行编程，由于步与步之间的转换条件是单向进行的，可采用单序列步进指令结构。    一、控制要求    机床动力头运行工艺简图如图8-20所示。
    图8-20    机床动力头运行工艺简图    在图8-20中，组合机床动力头初始位置停在最左边，行程开关SQ1接通，系统控制要求如下：    (1)系统启动后，动力头进行进给运动。经过一个工作循环后，返回初始位置，延时10s后，进行下一个循环的运行。    (2)若断开控制开关，必须将当前的运行过程结束（即退回初始位置）后才能自动停止运行。    (3)动力头的运行状态取决于电磁阀线圈的通、断电，对应关系如表8-4所示。在该表中，“+”表示该电磁阀线圈通电，“-”表示该电磁阀线圈不通电。    表8-4    机床动力头运行对应关系表
    动作     YV1     YV2     YV3     YV4     快进 　-     +     + 　-     工进1     +     + 　- 　-     工进2 　-     + 　- 　-     快退 　- 　-     +     +     二、系统硬件设计    1．输入/输出信号分析    输入信号：系统启动/停止按钮1个，限位开关（行程开关）SQ1至SQ4共需要4个，急停按钮1个，所以共需要6个输入端子。    输出信号：机床动力头有四种工作状态，快进、工进1、工进2和快退，所以需要4个电磁阀作为PLC的输出执行元件，需要4个输出端子。    2．PLC输入/输出分配表    根据上述的输入/输出信号分析情况，可设计如表8-5所示的PLC输入/输出地址分配表。    表8-5    PLC输入/输出地址分配表
    序号     地址     名称     功能说明     6路数字输入信号     1     I0.0     SA     启动/停止开关     2     I0.1     SQ1     限位开关     3     I0.2     SQ2     限位开关     4     I0.3     SQ3     限位开关     5     I0.4     SQ4     限位开关     6     I0.5     SB     急停按钮     4路数字输出信号     1     Q0.0     YV1     电磁阀1     2     Q0.1     YV2     电磁阀2     3     Q0.2     YV3     电磁阀3     4     Q0.3     YV4     电磁阀4     除了上述的PLC输入/输出分配表外，其他编程元件地址分配表如表8-6所示。    表8-6    其他编程元件地址分配表
    编程元件    编程地址     PT值     功能  顺序控制继电器     S0.0~S0.6     -     存放各工作步     定时器     T37     100 (10s)     循环间延时     3．PLC选型    根据表8-5所示的PLC输入/输出分配表，参考第2章表2-1，本实例中可选择S7-200小型PLC系列中的CPU222来实现控制功能。    4．硬件接线图    根据表8-5所示的PLC输入/输出分配表，可设计如图8-21所示的硬件接线图。
    图8-21    机床动力头顺序控制硬件接线图    三、程序设计    本实例的步进控制程序可借助状态流程图进行编程，该机床动力头的状态流程图如图8-22所示。    本实例的PLC控制梯形图及对应的语句表如图8-23所示。
    图8-22    机床动力头的状态流程图


    图8-23    机床动力头控制的梯形图及语句表