西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0大量库存

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整体式小型可编程控制器一般采用塑料机箱，封闭式的机箱由数块构件组成，构件与构件间多用凹凸嵌合式连接。这样的好处是减少螺钉类连接件的用量，既减少了重量，又为拆卸提供了方便。从根本上来讲，可编程控制器是一种电子产品，其电路由大规模集成电路及其外围元件，如电阻、电容等一些分立元件构成。一般来讲，这些电子元件都按电路的功能需要分装在数块印制板上。而印制板又分别与机箱的塑料构件固定在一起。以FX2N-48MR型PLC为例，其机箱内有4块印制板，它们分别是电源板、输入输出接口板、CPU及通讯接口、工作状态指示板。这4种印制板固定在机箱构件中。

电源板 

电源板上安装的是一套开关电源。其任务是为给机芯及输入口器件提供5V及24V的直流电源。使用交流供电的可编程控制器的电源板含保护电路、斩波电路、整流电路、滤波电路，高频开关及振荡电路，输出电压反馈电路等。开关电源工作时先将交流电整流滤波为直流电，再通过高频开关获得不同电压的直流电，反馈电路则用来实现开关频率的微调以实现输出电压的稳定。与一般电子设备中的带负载反馈的开关电源大致相同。开关电源作为一种高频振荡电源，其主要优点在于抗干扰能力强、抗负载变化能力强，因而获得很广泛的应用。但开关电源由于与实际电网直接连接，功率器件又工作在高频振荡状态下，存在DC 300V的高电压，功率管工作中要产生大量的热量，因此实际使用中是较容易产生故障的电路之一，也是可编程控制器常发生故障的部位之一。

CPU电路 

CPU电路为可编程控制器的核心电路，由CPU芯片、RAM存储芯片、主频晶振、通讯电路、运行状态显示电路、通讯扩展电路等构成。是典型的计算机构成电路。它的主要功能含外部输入信号的接收与判断，通过运行应用程序实现计算及输出点控制，与外部网络进行数据交换与控制等。CPU电路设计的相对完善及弱电运行使CPU故障在实际使用中是较少见的，且一旦损坏修复的几率也是比较小的。其主要故障常发生在通讯连接部分和掉电保持电池寿命方面。

输入输出电路 

输入输出电路是连接CPU与输入输出点的电路。承担输入输出信号的传递及电平的隔离工作。输入电路含输入端子排、输入保护电阻、光电耦合件、输入芯片及外围电路等电路。输出电路则含输出分配芯片、输出隔离芯片、输出器件（继电器或晶体管）、输出端子排等。在部分型号的可编程控制器中输入输出电路还承载着将电源板的DC 24V电压通过DC-DC转换为DC 5V的功能。因为I/O电路是PLC真正与外部设备接线的电路，大量的输入输出连线要通过I/O端子排接入PLC，实际接线中的错误或运行中外部导线导入的不正常接触电压经常会造成I/O电路的损坏。

通讯板及工作状态指示板 

通讯板上是与通讯相关的电路及元件，含通讯接口电路、总线接口及相关电子元件。机器运行设定开关也在这块电路板上。指示电路板上的电路则用于推动面板上的发光二极管指示器。

电子电路的维修手段无非就是更换电路板或更换损坏的元件。更换元件需要一定的元器件知识及一定的操作技能。这些在一般电子电器的书籍中都有介绍。作为计算机的维修，对于初学者来说，看到密密麻麻的元件及线路，会觉得是十分艰难的事，但就可编程控制器的故障而言，电路核心部分如真的坏了，一般只能整板更换，而且核心部分的故障时很少的。故障较多的出现的部位是电源、输入输出接口及通讯接口等计算机外围电路，而这些部分电路及元件的维修就与普通电子设备的维修相近了。

HMI-based环保自动化系统方案

环保行业自动化监测包括污染源在线监测、烟气在线监测、地表水质监测、医疗废物污染防治等自动化系统。

●污染源自动监控系统：

是针对工业企业的重点污染源，比如废水、烟气等，进行自动监控的全面解决方案。为加强污染源的监管、预防污染事故、提高环境管理科学化、信息化水平，污染源远程智能化监控系统从排污企业逐级向上至环境监控中心，其总体结构可分为三个层次，包括安装在排污企业的自动监控监测仪器仪表，完成数据采集传输的有线和无线通信设备，以及基于远程通信连接的监控中心的计算机软件和硬件系统。

●烟气在线自动监测系统(CEMS系统)：

是电厂、热电厂、焚烧厂的锅炉和工业窑炉排放的废气进行实时监控数据采集与控制。

监控测试参数包括：颗粒物的浓度、浓度、氮氧化合物浓度、氧气含量、烟气温度、烟气压力、烟气流速，、二氧化碳、湿度、、、气、碳氢化合物等参数。监测数据通过MODEM/GPRS/GSM上报市**。

●地表水质监测系统：

是对河流、湖泊的地表水进行自动监测的系统，比如河流水质现场监控系统，对于实现预警预报重大流域性的水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况及达标排放情况等方面发挥了重要作用。

在环保行业应用中，HMITCH系统解决方案应用广泛。在河流水质现场监控系统中，TPC&HMIBuilder软硬一体化平台，协调过程控制系统，完成水样采集和系统自动维护，而且，通过现场总线控制设备和采集在线水质监测仪器的测试结果，进而实现数据远程上传。在监控系统中，现场控制的硬件平台是HMITECH TPC150TC-h，通过HMIBulder工业软件的配合，监控PLC控制系统，控制水质在线分析仪，通过JBus总线通讯采集COD、DOC等水质在线分析设备在线分析结果，实现MODEM/GPRS远程数据上传和GSM短信报警，以及完成采集多普勒流量仪监测的河流流速剖面信息等功能，进而完成水质计算、报表显示、现场自动测量控制等功能，最后完成自动向中心站汇报和传送信息等任务。

环保自动化系统相关案例：
● 空气质量环保车监控系统
● 环保厕所监控系统
● 垃圾焚烧监控系统
● 烟气除硫监控系统
● 污水处理厂监控系统
● 地表水监控系统

在基本检查确认无误后，可以进一步进行PLC控制系统的硬件调试。PLC的硬件调试主要分为通电试验、手动旋转试验、I/O连接检查、安全电路确认4部分。

（1）通电检查

通电检查的主要目的是确认强电控制线路以及PLC外围线路的工作情况，通电检查可以分以下步骤进行。

Ⅰ、首先将PLC进行开关置“STOP”，停止PLC的运行，并将电气控制系统的全部断路器（自动开关）均置于“OFF”状态。 Ⅱ、根据电气控制原理图的要求，依次设定、检查各种断路器、自动开关、热继电器等的保护电流值。检查设备电源输入，并确认与电气控制电路图设计要求相符。 Ⅲ、合上总电源开关按照电气控制原理，逐页、依次合上各断路器、自动开关、依次测量检查各线路连接点的电压，确认符合原理图的要求。（2）手动旋转试验

在合上全部断路器、自动开关，并测量无误后可以进行电机的旋转试验，旋转试验应通过手动按下接触器上部的机械连锁部件进行，不可以使用线圈通电的形式试验。

在全部检查进行完成后，切除控制系统动力线路的断路器、自动开关，对于使用气动、液压控制的设备，应关闭气源、液压源，同时保留用于PLC电源、输入信号、输出信号的外部供电电源，以便进行下一步PLC输入/输出连接的检查。

（3）I/O连接检查

在I/O连接检查前应确认控制系统动力线路的断路器、自动开关已经断开，气动、液压的气源、液压已经关闭，按照下列步骤进行I/O信号的检查。

输入信号连接检查 

①确认全部输入信号的电源电压已经符合PLC输入信号的要求

②手动按压PLC输入端的全部按钮、开关，通过PLC上的输入指示灯或者通过编程器对输入信号的检测，确认信号的地址连接正确，且按钮与开关的发信正常。

输出信号连接检查 

①确认全部输出点外部无短路，且输出信号的电源电压已经符合PLC输入信号的要求

②在调试现场有编程器的场合，通过对输出信号的强制ON/OFF，检查输出端连接的执行元件动作情况与输出连接的正确性。

③在现场无编程器或无法对PLC输出进行强制ON/OFF的场合，也应通过对PLC的输出进行模拟（如“短接”PLC输出点两端）动作，检查PLC输出连接与对应的执行元件动作情况。

（4）安全电路确认

      安全电路时指用于设备紧急分析、安全保护等的保护电路，这部分线路必须由继电器—接触器等电磁动作元件所组成，而不可以通过PLC进行控制。

      在进行PLC软件调试前，必须对线路中的安全电路的动作进行一一确认，保证控制系统的保护电路能够可靠动作，真正起到安全保护的作用。对于紧急分断电路，应进行多次通断试验，确认其安全性与可靠性。

2.2零件加工的工艺要求

    （1）机床要求能够加工直齿轮、斜齿轮、人字形齿轮、阶梯齿轮的淬火加工。齿轮的加工较大直径2米，齿顶高0.8米。较大齿数100齿。

    （2）机床在更换淬火感应器靠模后，还可以实现光轴类零件的淬火要求。

    （3）配合不同的淬火感应器靠模设计，能够实现的淬火方式：连续淬火、同时淬火、分段连续淬火（分段淬火通过程序设定，不需行程开关）、分段同时淬火。

    （4）齿轮淬火加工顺序要求间隔加工，以便留有足够冷却时间，保证齿轮较小的加工热变形，以齿数10为例，即按照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10淬火顺序加工。

    （5）要求各伺服轴，空行程速度F0和淬火加工速度F1分段可调，齿轮分度旋转时速度稳定。

    （6）连续零件自动加工时，应保证足够的**精度，不会产生累计误差。

    2.3控制系统要求

    机床操作上要求有手动模式和自动模式，以及程式编辑模式三种基本工作状态。

    （1）在手动调试模式下：CNC系统可以通过操作面板控制伺服轴，快速JOG移动和MPG

    手轮移动，方便操作工人调节靠模和齿轮工件的位置；手动情况下可以通过外部的按钮来实现Y轴变频电机旋转ON/OFF、淬火感应器加热ON/OFF、喷液电磁阀ON/OFF、辅助喷液电磁阀ON/OFF控制，方便操作者调机测试使用。（I/O规划参见方案的制定和实施）

    （2）在自动运行模式下：CNC系统可以按照预先选用的程序控制伺服电机运动，

    完成齿轮零件的全部淬火加工过程；可以使用自定义M代码来实现Y轴变频电机旋转ON/OFF、淬火感应器加热ON/OFF、喷液电磁阀ON/OFF、辅助喷液电磁阀ON/OFF，I/O控制(M代码规划参见方案的制定和实施)；自动加工过程中可以实现任意暂停，单节测试等操作功能。

    （3）在程序编辑模式下：要求系统能够存储至少500组不同零件加工程式，并可以

    对程式内容进行编辑；在加工标准的直齿和斜齿齿轮时，控制系统可以根据齿轮工艺参数自动生成加工程式；加工光轴类零件时，可以通过标准的G代码实现零件程序设计；加工阶梯轴类零件时，不需要增加外部的行程开关，可以通过多个程序组合来完成一个零件的分段淬火加工；在该模式下还可以对淬火的辅助工艺参数进行设定，如感应器加热延时时间，喷液延时时间，齿轮加工空行程时的速度以及淬火加工时的速度设定。

 1 引言

    CNC（ComputerizedNumericalControl）是计算机数值控制系统的英文缩写，也称数控系统。在现代工业生产中得到了广泛的应用。

    今天，随着计算机信息技术和生产技术的迅猛发展，制造业对产品生产制造也提出了更高的目标和要求：产品制造周期要求越来越短，零部件的生产效率和柔性化生产的程度越来越高，产品的加工质量和性能也要求更高、更稳定。CNC系统也从一般的产品的零部件加工控制（如车削、铣削、高速切削、等标准CNC数控机床）被逐步发展应用到产品的组装、包装乃至产品的运输（如焊接、点胶、封装，工业机器人、等CNC产业机械）等整个生产制造过程中去。

    本文以一台齿轮淬火机床CNC系统应用开发为例，详述了如何利用中达电通PUTNC-H4通用系列CNC、台达DELTA交流伺服系统，并结合客户产品加工的工艺特点，为产业机械打造出客制化的CNC控制方案。

    2 齿轮淬火机床对控制系统的要求

    2.1机械设计

    机械设计为3轴伺服控制和1轴变频器控制：

    （1）Y轴为旋转轴，传动机构会根据加工零件类型时的转速要求而有所不同，分为伺服和变频器拖动异步电动机两种传动方式，当加工齿轮类零件时，伺服电机经过减速机和齿两级减速机构，带动被加工齿轮做分度运动。当加工零件为光轴类零件时，Y轴伺服电机停止工作，传动结构改变为变频器拖动异步电动机经过同步带，带动光轴零件高速旋转。设计解决了伺服电机经过两级减速后，Y轴转盘速度无法满足光轴类零件的淬火工艺要求的问题。两种传动方式通过电气互锁，确保安全。

    （2）Z轴为垂直轴，通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆，带动淬火加热感应器上下运动，

    （3）X轴为水平轴，同样通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆，带动淬火感应器前后进给。其中Y轴伺服和Z轴伺服要求具有两轴插补功能，这样可以实现斜齿轮类和人字形齿轮类零件的淬火加工，而X轴伺服单动即可。

PLC技术一经出现，立即引起了全世界的广泛关注，1969年美国GOULD公司首先将其进行商品化并推向市场。1971年，日本在引进美国技术后，研制出自己的**台PLC；1973年，德国SIEMENS公司研制出欧洲**台PLC；1974年，法国也研制出了PLC。

到了20世纪70年代中期，PLC开始使用微处理器，从而使得PLC在逻辑运算功能的基础上，增加了各种数据处理的范畴，为此，PLC被改称为可编程序控制器。

1980年，美国电气制造商协会将可编程控制器定义为：“可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字或模拟输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术等功能，面向机器或生产过程的自动控制装置。”并正式将其统一命名为Programmable Controller(PC)。

需要说明的是，由于在NEMA、IEC标准中均可编程控制器命名为Programmable Controller,因此在随后的较长时间里，可编程序控制器一直都被简称为PC。但后来随着个人计算机的大范围普及，为了区别两者，现在又将可编程控制器回到PLC的习惯简称，而PC则通常用来指个人计算机。

PLC外部设备主要用于进行PLC程序的编制、调试、存储、以及数据的读入、显示、存储及打印，它有四大类：

编程设备

简单的简易编程器多为只接受助记符编程，个别的也可用图形编程（如日本公司的EX型可编程控制器），复杂一点的有图形编程器，可用梯形图语言编程。有的还有**的计算机，可用其它高级语言编程。编程器除了用于编程，还可对系统作一些设定，以确定PLC控制方式或工作方式。编程器还可监控PLC及所控制的系统的工作状态，以进行PLC用户程序的调试。

监控设备

小的有数据监视器，可监视数据，大的还可能有图形监视器，可通过画面监视数据。除了不能改变PLC的用户程序，编程器能做的它都能做，是使用PLC很好的界面，性能好的PLC，这种外部设备已越来越丰富。

存储设备

它用于*性地存储用户数据，使用户程序不丢失。这些设备有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器等。而为实习这些存储，相应的就有存卡器、磁带机、软驱或ROM写入器，以及相应的接口部件。各种PLC大体都有这方面的配套设施。

输入输出设备

它用于接收信号或输出信号，便于与PLC进行人机对话.输入的有条码读入器、输入模拟量的电位器等。输出的有打印机。编程器、监控器虽也可对PLC输入信息，从PLC输出信息，但输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现，并便于使用，随着技术进步，这种设备将更加丰富。

PLC网络**名称，术语很多，难以在有限的篇幅内一一予以接受，但为了方便阅读。现将常用的专业名称简要说明如下。

站（station）：在PLC网络系统中，将可以进行数据通信、连接外部输入/输出的物理设备称为“站”。

主站（master station）：PLC网络系统中进行数据链接系统控制的站，主站上设置有控制整个网络的参数，每一网络系统有一个主站，主站的站号固定为“0”。在PLC控制系统中，主站一般由PLC主机兼任。

从站（slave station）：网络中除主站以外的其他站称为从站。

远程I/O站（remote I/O station）：PLC网络系统中，仅能够处理二进制位（点）的从站，如开关量I/O模块、电磁阀、传感器接口等，它只占用1个内存站。

远程设备站（remote device station）：PLC网络系统中，能够同时处理二进制位（点），字的从站，如模拟量输入/输出模块，数字量输入/输出模块，传感器接口等，它占用1～4个内存站点。

本地站（local station）：PLC网络系统中，带有CPU模块并可以与主站以及其他本地站进行循环传输或瞬时传输的站，它占用1~4内存站点，本地站通常情况下由PLC承担。

智能设备站（inbbbligent device station）：PLC网络系统中，可以与主站进行循环传输或瞬时传输的站，它占用1~4个内存点。网络中带有CPU的控制装置，如伺服驱动器等，均可以作为智能设备站。

站数（number of station）：连接在同一个网络中，所有物理设备（站）所占用的“内存站数”的总和

自从微型计算机问世以来，工业控制一直是其重要的应用领域。在工业控制上，除PLC外，工业控制计算机（简称工业PC）与集散控制系统（简答DCS）也是其中的代表性产品。为了便于读者进一步了解，现将三者区别简述如下：

⑴、PLC与工业PC

工业控制计算机（工业PC）是以通过用微型计算机为基础的工业自动化控制设备，它的特点是具有标准化的总线结构，因此，各机机型间兼容性好，与计算机间的通信容易，而PLC的接口标准目前还没有完全统一，标准化程度较差，其兼容性与通信能力能与工业PC相比还有一定的差距。

在硬件方面，工业PC与通用计算机的本质无太大的区别，它需要通过各种接口板与现场检测信号、执行元件相连接；也不像PLC那么具有较多的、适应各种要求的功能模块可供选择，因此，在工业现场工作可靠性与通用性与PLC相比存在一定的差距。

在软件方面，工业PC可以像通用计算机那样使用形式多样，功能丰富的应用软件，可以适应算法复杂、实时性强的控制场合，但对于编程人员的要求较高。PLC的软件特点是通俗易懂，编程方便，便于掌握，且由于内部采用了循环扫描的工作方式，程序可靠性高。

⑵、PLC与DCS

集散控制系统（DCS）产生于20世纪70年代，它与PLC一样都是以微型计算机为基础的工业自动控制装置，但DCS发展的基础与方向与PLC有所不同。

首先，在控制功能方面，DCS是在生产过程仪表控制的基础上发展起来的计算机控制装置，控制功能侧重于模拟量处理、回路调节、状态显示等方面。而PLC是在“继电——接触器”控制系统的基础上发展起来的计算机控制装置，控制功能侧重于开关量处理、顺序控制、逻辑运算方面。

其次，在发展趋势上，为了扩大产品的应用领域，PLC的重要发展方向是功能化、网络化，通过具有各种特殊功能的模块（如温度测量与调节模块、模拟量输入/输出模块、PID调节模块等）与网络连接，当代PLC已经可以很地通过各种现场总线（如CC-bbbb、Profibus等）、工业以太网，构成完整的分布式应用方位不断向传统的DCS控制领域扩展。同样，作为DCS也在传统的模拟量处理、回路调节、状态显示功能的基础上，不断增加顺序控制、逻辑运算功能，以构成可以满足不同要求的集散控制系统，故就控制功能而言，两者已经日趋接近

但是，正如所述，与传统的DCS相比，PLC由于其特殊的软硬件设计，在可靠性与使用方便灵活性上还是具有*特的优势。