西门子模块6ES7351-1AH02-0AE0功能介绍

西门子模块6ES7351-1AH02-0AE0功能介绍

1 引言

笔者公司有几台80年代生产的型车床，因限于当时的条件其电气部分全部采用了继电—接触器控制，电路复杂故障率高且不宜维修，不仅耽误了生产还浪费了人力，经过仔细的考虑研究决定对电气部分进行改造。

2 产品选型

由于PLC在工业领域的推广，当前市场上众多，既包括一些进口的，也有国产。但它们在功能上大同小异，价格差异却很大。所以在选择 PLC（PLC的相关产品）时主要结合控制系统输入/输出（I/O）点的需求以及性价比等多方面因素来考虑。通过综合比较以后，选用了三菱公司的FX2N 系列小型PLC。FX2N系列是集小型化、高速度、等众多特点于一身的次小型PLC。考虑到工艺和设备的改动，或I/O点的损坏、故障等，终选择了FX2N-64MR PLC，I/O（输入/输出）。

3 型车床的原理及程序设计

该种车床配置有两个架（型架和下切架），其中下切架负责切槽，型架依靠样件切出工件。

在该系统中分两种工作方式:

（1） 手动

用于机床的调试和对，动作反映为型架的单引、快进、工进下切架的单快进、工进等动作;

（2） 自动循环

用于工件的加工，其中又分为三种自动循环:

·单型;

·先型后下切;

·先下切后型。
 
因手动动作都是单一的动作比较简单，在这里就不详细介绍了，介绍一下自动循环。由于自动循环动作为顺序控制，所以在程序编写上大量采用了FX系列 PLC的SFC，SFC程序是根据机械工作流程设计的顺序控制程序，所以，梯形图非常直观易懂，工序间的互锁和双向输出等的处理由PLC自动进行，因此，用各工序的简单顺序控制设计可以进行机械控制，这样就度简化了PLC的内部梯形图。4 实际应用中的注意事项

（1） 因为PLC的内部输出为继电器，负载都是直流感性负载（继电器线圈）为了减少火花放电对接点损害，所以，在负载两端并联续流二管（当PLC 接点打开时，感性负载线圈储存的能量通过二管续流放出，以发热方式消耗），再通过外部继电器触点去驱动电磁阀，这样可以大大延长PLC内部继电器触点的使用寿命。

（2） 不正确的接地和电气控制柜布线的不合理，都会导致PLC受电器噪声干扰而不能正常工作。为避免此类故障的发生，要求系统应正确良好的接地。低电压信号线和高电压动力线应尽可能的立布线，放置在各自的线槽中，并尽可能的减少电线的长度，将干扰降到。

5 结束语

机床改造一年多来维修率下降了以上，只零星维修过外围的按钮和行程开关，充分证明了可编程序控制器PLC在型车床控制系统中的成功应用，大大减轻了机床维修人员的劳动强度，节省了人力物力。有效保证了机床的运行，产生了显著的经济效益。

传统的饮料灌装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器—— 接触器控制方式，在使用过程中，生产效率低，人机对话靠指示灯+按钮+扬声器的工作方式，响应慢，故障率高，性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查故障点。且在生产过程中产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用可编程控制器(PLC)控制，它使得生产线运行加平稳，定位加，功能加完善，操作加方便。 

可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动化技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。它将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来，成为工业自动化领域中重要、应用多的控制设备。电工(IEC)1987年2月颁布的可编程序控制器三稿中定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入／输出(I／O)，控制各种类型机械的生产过程。可编程序控制器及其外围设备都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计”。简单说，可编程序控制器是一个专门用于工业控制的通用计算机。 

PLC顾及了工业现场的环境，具有性高、抗干扰能力强；功能完善、组合灵活；编程方便；安装、维修简单等特点。因此，在生产流水线，机床设计改造等复杂系统中，PLC代替继电接触控制已成为必然。 

在饮料灌装机设备方面，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高。我们可以通过这些国家的饮料灌装机的发展趋势来确定我们国家于他们之间的差距，应该向哪方面发展才能缩小之间的差距，是我国的饮料灌装机尽快跻身世界行列。本文在研究了PLC的特点、基本结构和控制方法的基础上，将PLC技术引入了饮料灌装生产线，设计了基于PLC的饮料灌装设备，并在杭州娃哈哈公司得到了初步应用。 

1 PLC的基本结构 

PLC本质上是一台用于控制的计算机，因此，它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC的主要特点是与控制对象有强的接口能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕适于过程控制的要求来进行设计。 

一个可编程序控制器系统的基本组成如图1所示，它包括以下几个部分。

(1)CPU模块：CPU模块是可编程的模块，它主要由微处理器和存储器两部分组成。 

(2)输入／输出模块：输入／输出模块是可编程控制器与现场设备连接的接口。 

(3)编程设备：编程设备是可编程控制器系统中重要的外围设备，利用它可以输入、检查、修改、调试用户程序，也可以在线监视可编程控制器的工作情况。 

(4)电源模块：电源模块将交流电源转换成可编程控制器所需要的直流电源，是可编程控制器能够正常工作。 

2 饮料灌装生产线控制要求 

(1)系统通过启动按钮设定为自动操作模式，启动后生产流水线传送带的驱动电机启动并一直保持到停止按钮动作或灌装设备下的传感器检测到一个空瓶子时停止； 

(2)当瓶子在灌装设备下时，延时1秒，灌装设备开始工作，5秒后自动停止； 

(3)瓶子装满饮料后，传送带驱动电机自动启动，并保持到又检测到一个新的空瓶子或停止按钮动作。系统工作流程图如图2所示。

 
图2 饮料灌装生产线PLC控制系统工作流程

3 软件设计 

软件采用梯形图编程，由模块化原则划分为相对立的功能块。由于初始启动电流较大，若以直接通过电流大小判断电机工作状况，则会发生报警误动作。我们采用速动保护，使系统通过软件实现，当启动初始避开报警判断，再进入电流保护检测状态。 

软件设计规定了在设定方式下，不同设备的运行状态和在线设备的连锁起／停条件。系统开机后，先检测工作状态选择按钮，任何情况，急停按钮均可停止全部设备，以备突发事故时使用。 

4 结束语 

本文利用PLC自身的特点和优势，设计了饮料灌装生产线PLC控制系统，系统硬件组成简单、灵活，投资少软件有丰富的指令，可以完成各种复杂的控制功能。

    AH500中型PLC作为台达多年来深耕PLC控制技术的集大成者，与其同时亮相的还有以AH500为的污水处理控制系统、楼宇自动化-HVAC系统、工厂自动化系统三大整合解决方案，这些均已成为台达进军市场的代表作品。

       AH500及其解决方案上市一年以来，在实际应用中以易操控、和广泛的适应性，备受关注与，应用领域不断拓展，日益丰富且屡有，在植毛、食品包装、龙门吊、绕线机、12轴圆网印花机、皮革分拣机、硅片清洗机、锂电涂布机、水处理、换热站等行业拥有成功案例，并在未来发展中展现出无穷潜力。

在东北供热系统中大显身手

       供热系统在东北地区的生产、生活中占据重要地位，哈尔滨市某小区换热站2012年用了以AH500为的HVAC系统。控制柜通过AH500对现场的温度、压力、热量、流量、液位、阀门开度、泵的起停状态等信号进行采集及控制，通过宏电无线GPRS DTU通讯模块，与SA系统保持实时连接。
该系统中大量配置模拟量模块和温度模块，实现了多点信号采集，节约设备占用空间，运行一年多来表现稳定。用户非常满意，该案例也在当地起到了作用，2013年越来越多的东北城市小区换热站选用以AH500为的控制系统。

助力华南水厂实现信息化管控

       今年年初， AH500在华南某水厂污水处理控制系统中获成功应用。该水厂建设规模为3万吨/天，原水管道线路长度约372m，净水输出管道线路长度约5.24km。水厂占地面积大，管网远距离，由此信息化管控一直难以实现。

       采用AH500后，其灵活的星状I/O网络架构可满足污水处理作业区域面积较大、I/O分散且密度低的应用特性，并利用通讯网络与DVP系列PLC结合，搭建灵活的控制系统，便于工作人员对作业流程进行监控和操作。

        系统运行半年多来，企业管控效率大幅提升，同时出厂水的浊度、余氯等各项指标都达到及业主的标准，出客户满意。

让手机生产线如虎添翼

       手机市场竞争激烈，可谓日新月异，这对制造设备的精度和速度都要求非常高。国内某手机制造商，就积利用AH500改进其CMV自动装配测试生产线。

       CMV自动装配测试生产线主要是利用机械手对手机摄像镜头完成组装、以及自动装配测试 。改进后的生产线采用台达AH500中型PLC作为主控设备，配合AH20MC，AH10PM运动控制模块完成其工艺设计。视觉检测系统将角度传输到PLC，PLC控制运动机构，从而使夹具能地抓取镜片，实现手机镜头的精密组装，提高镜头组装的精度和效率，从而提高手机镜头的成像质量。

       在这一系统中，AH500的高速、特性被充分发挥，令用户的生产线如虎添翼。

取代日系 AH500挑战印刷业难题

       XX型四开多色单张纸胶印机是江西某印企业2009年针对短版、快印市场而推出的一种单张纸多色胶印机，适用于印刷厂、机关、院校等单位印刷精美画册、封面、插图、商标和包装盒等各类彩色印刷品。具有良好的市场前景，在国内同类型中处于水平。

        为进一步巩固这款机型的市场力，该公司将控制系统从原来的某日系替换成台达AH500，主要是看重AH500具备完善的故障检测功能可保证设备运行，同时人性化的编程软件给客户的编程工作带来了方便。新的控制系统不仅给客户带来了成本的大优化，并且能够好的根据工艺要求进行修改设计，进一步提高了客户在中的竞争力。

       AH500在印刷机领域战告捷，取代了传统强势日系，对整个行业产生重大影响，对于台达进一步强化在印机行业市场的地位具有重要意义。

关于台达集团

       台达集团创立于1971年，为电源管理与散热管理解决方案的厂商，并在多项产品领域居重要地位。面对日益严重的气候变迁议题，台达秉持“环保 节能 爱地球”的经营使命，运用电源设计与管理的基础，整合资源与研发，深耕三大业务范畴，包含“电源及元器件”、“能源管理”与“智能绿生活”。

       同时，台达积发展，持续提供率且的节能整体解决方案。台达集团运营网点遍布，在闽台、、美国、泰国、新加坡、日本、墨西哥、印度、巴西以及欧洲等地设有研发和生产基地。

       近年来，台达陆续荣获多项荣耀与肯定。自2011年起，台达连续三年入选为道琼斯可持续发展指数（Dow Jones Sustainability Indexes）之世界指数，。

2.2 中控室
控制室的监控管理操作站系统完成全厂的自动控制。包括两套互为热备的监控工作站、印机、UPS电源。控制系统通过工业以太网，采用光缆与各现场控制PLC站连接。这两套工作站为热冗余配备，可以分别侧重监测或组态功能，故障时互为备用，具有灵活的运行方式。
为观显示全厂工艺过程全貌，方便管理，在中控制室设立了电动投影屏幕和投影仪，显示全厂工艺流程图和主要参数及设备运行状态。
通过大容量的UPS 为控制室的所有设备提供了高质量的电源。

2.3分控站

每个分控站配置一套PLC控制柜。柜内包括可编程序控制器、操作员界面HMI、24VDC电源装置、冗余光纤交换机、电源防雷过电压保护装置、小型断路器、接线端子、小型继电器，安装连接缆线和附件等。

根据污水厂工艺特点，构筑物的布置和现场控制的分布情况，设置四个PLC现场子站，PLC现场子站选用可编程序控制器（PLC），PLC为模块化结构，硬件配置较灵活，易于扩展，软件编程方便。并且PLC子站与相应的MCC置于同一地点，节省其间电缆。当中控室监控工作站故障退出运行或通道故障使分控站控制单元和主控级监控工作站通讯中断时，各现地控制单元能立运行，进行控制和监视，提高运行性。

2.4 控制系统特点
由于控制设备的分布特点及控制的立性，采用现地元件层实现自动化仪表的数据采集，采用现地控制单元实现了相对立设备的本体控制；从而大大减轻了操作员工作站监控操作站的负荷，有利于各级控制设备监控功能的合理分配和利用；

由于各现地控制单元相对立，并且能够脱网立运行，特别是在层总线网络瘫痪时，能够保证现地单元地运行，大大提高了控制系统的性；

采用分层分布式控制方式，使得总线网络的通讯负荷减少、通讯误码率大大降低，解决了数据通讯的瓶径问题，同时使网络结构清晰、检修维护方便；
 
采用分层分布式控制方式，该控制系统具有好的扩展性，若需对系统扩展，只要将接入相应的网络层中即可，不会影响到层网络的运行和操作。

1．某些国外的小型PLC的程序结构

这些PLC的用户程序由主程序、子程序和中断程序组成。在每一个扫描循环周期，CPU都要调用一次主程序。主程序可以调用子程序，小型控制系统可以只有主程序。中断程序用于快速响应中断事件。在中断事件发生时，CPU将停止执行当时正在处理的程序或任务，去执行用户编写的中断程序。执行完中断程序后，继续执行被暂停执行的程序或任务。它们的子程序和中断程序没有局部变量，子程序没有输入、输出参数。

2．西门子的S7-200的程序结构

过程映像输入/输出（I/Q）、变量存储器V、内部存储器位M、定时器T、计数器C等属于全局变量。S7-200的程序组织单元(ProgramOrganizationalUnit，简称为POU)包括主程序、子程序和中断程序。每个POU均有自己的64字节局部变量，局部变量只能在它所在的POU中使用。与此相反，全局变量可以在各POU中使用。

下面是子程序可以使用的局部变量：

1)TEMP(临时变量)是暂时保存在局部数据区中的变量。只有在执行该POU时，定义的临时变量才被使用，POU执行完后，不再保存临时变量的数值。

2)IN是由调用它的POU提供的输入参数。

3)OUT是返回给调用它的POU的输出参数(子程序的执行结果)。

4)IN_OUT是输入_输出参数，其初始值由调用它的POU传送给子程序，并用同一变量将子程序的执行结果返回给调用它的POU。

主程序和中断程序的局部变量中只有临时变量TEMP。

具有输入、输出参数和局部变量的子程序易于实现结构化编程，对于长期生产同类设备或生产线的厂家尤为有用。这些厂家的编程人员为设备的各组件或工艺功能编写了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的内部代码，只要知道子程序的功能和输入、输出参数的意义，就可以通过程序之间的调用快速“组装”出满足不同用户要求的控制程序。就好像用数字集成电路芯片组成复杂的数字电路一样。

子程序如果没有输入、输出参数，它和调用它的程序之间没有清晰的接口，很难实现结构化编程。

子程序如果没有局部变量，它和调用它的程序之间只能通过全局变量来交换数据，子程序内部也只能使用全局变量。将子程序和中断程序移植到别的项目时，需要重新统一安排它们使用的全局变量，以保不会出现冲突。当程序很复杂，子程序和中断程序很多时，这种重新分配地址的工作量非常大。

如果子程序和中断程序有局部变量，并且它们内部只使用局部变量，不使用全局变量，因为与其他POU没有冲突，不需作任何改动，就可以将子程序移植到别的项目中去。

3．西门子的S7-300/400的程序结构

S7-300/400将子程序分为功能（Function，或称为函数）和功能块（FunctionBlock）。

S7-300/400的功能与S7-200的子程序基本上相同。它们均有输入、输出参数和临时变量，功能的局部数据中的返回值实际上属于输出参数。它们没有的存储区，功能执行结束后，不再保存临时变量中的数据。

可以用全局变量来保存那些在功能执行结束后需要保存的数据，但是会影响到功能的可移植性。

功能块是用户编写的有自己的存储区（即背景数据块）的程序块，功能块的输入、输出参数和静态变量存放在的背景数据块中，临时变量存储在局部数据堆栈中。每次调用功能块时，都要一个背景数据块。功能块执行完后，背景数据块中的数据不会丢失，但是不会保存局部数据堆栈中的数据。

功能块采用了类似于C++的封装的概念，将程序和数据封装在一起，具有很好的可移植性。

S7-300/400的共享数据块可供所有的逻辑块使用。

4．IEC61131-3的程序结构

IEC61131-3是PLC的编程语言标准。IEC61131-3是世界上个，也是至今为止的工业控制领域的编程语言标准。IEC

61131-3有三种POU：程序、功能块和功能。

功能是有多个输入参数和一个输出参数（返回值）的POU，返回值的名称与功能的名称相同，需要定义返回值的数据类型。调用具

有相同输入值的功能总是返回相同的结果。功能可以调用其他功能，但是不能调用功能块或程序。功能可定义的局部变量有VAR和VAR_bbbbb。

功能块是有多个输入/输出参数和内部存储单元的POU，功能块的输出参数值与其内部存储单元的值有关。功能块可以调用其他功能

块或功能，但是不能调用程序。

在调用功能块之前，在要调用功能块的POU中为每次调用声明功能块的实例，操作系统将为每次调用分配功能块的存储区

（类似于S7-300/400的背景数据块）。

功能因为没有内部存储区，调用时不需要实例化。

程序的行为和用途类似于功能块，程序具有输入和输出参数，而且可以具有内部存储区。程序通常包含有对功能和功能块的调用。

IEC61131-3定义了若干标准的功能和功能块。

5．S7-300/400与IEC61131-3程序结构的区别

1）S7-300/400的功能可以有多个输出参数，返回值也属于输出参数。IEC61131-3的功能只有一个返回值。

2）IEC61131-3的功能块用于保存局部变量的存储区是在声明功能块的实例时分配的，它对用户是不透明的，其他POU不能直接访问该存储区。

S7-300/400的功能块的局部变量（不包括临时变量）保存在它的背景数据块中。其他POU可以访问背景数据块中的变量。如果需要多次调用同一个功能块来控制同一类型的被控对象，每次调用都需要一个背景数据块，但是这些背景数据块中的变量又很少，这样在项目中就出现了大量的背景数据块。可以使用多重背景数据块来减少背景数据块的数量。但是需要增加一个用来管理多重背景的功能块。

3）S7-300/400的功能块的局部变量有临时变量和静态变量，IEC61131-3的功能块的内部变量Var相当于S7-300/400的静态变量。

4）S7-300/400将数据区划分为数据块来使用，数据块的大小与数据块中定义的变量的数据类型和变量的个数有关。IEC61131-3没有数据块的概念。

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