6ES7222-1BF22-0XA8货源充足

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    其实，真正关心PLC的故障，还是在应用过程中。终发现PLC有问题，也是在应用的时候。而对PLC在应用时候的故障诊断，当然是非常重要的，否则，不是PLC的问题能够解决，而是这个客户今后还会不会买你的东西的问题了。
    但是，在应用过程中，往往用户以为出问题的PLC里，有都不是PLC的问题。而是由于用户不熟悉而造成的以为是故障、而其实不是故障的现象。用户的接线错误、编程错误、开关位置的错误、仪表故障、传感器故障等，都常常会使人误以为是PLC的错误。
    当发现PLC没有按照自己的期望来进行工作时，要对PLC和PLC周边的设备和环境进行诊断。
    从PLC外部的情况来进行的故障诊断
    在PLC没有像期望的那样开始工作的时候，应该先从PLC的外部来进行判断，这样，可以比较轻易地排除那些不是故障的误会。
    所有的PLC在CPU模块、I/O模块或电源模块上都有LED指示灯。通常，红灯表示问题，绿灯表示OK。如果一个LED在闪烁，通常表示功能正在执行或者这个模块在等待什么。对LED灯状态的正确诠释可以节省你很多故障诊断的时间。所以在故障诊断之前，你应该把制造商的故障诊断指南看一遍并放在手边。
    如果PLC不能进入运行（RUN）模式，你可以用下面的方法来看看问题是在硬件还是软件：
    a)临时将终止循环指令放在你的用户程序的行。如果现在PLC可以进入运行模式了，表示问题在你的软件中；而不是PLC的硬件问题。（有些PLC需要你在进入运行模式之前，先所有的错误状态，即使原来的问题已经正了）。
    b)将PLC的内存复位（注意！，你要将PLC的内存的内容做一份拷贝，或者，你确信你愿意丢失内存中所有的程序、数据和组态）。如果PLC现在可以进入运行模式，问题就出在组态或者冲突使用的内存上。
    如果在检测一个传感器时，你发现PLC不能从一个传感器得到信号，检查该传感器的输出是否正常，接线是否正确。如果传感器经检查没有问题，则换一个同型号的输入模块，如果PLC能够识别该模块的改变，就表示输入模块故障了（或者你刚才传感器连线错误了）,那么，可以按照如下的方法观察PLC输入模块的LED灯是否与传感器的状态变化一致：
    a)如果输入LED没有动静，用万用表检查PLC输入模块的端子看看信号是否变化。如果没有，将传感器与PLC的连接断开，单对传感器进行测试。看看外接电源是否正常，检查直流电源的性是否接反。有些PLC是漏电流型（SINK）的，所以对应的传感器电路是正端子接到PLC的输入接点上，其它的DC输入模块是电流源型（SOURCE）的，则传感器电路要通过电源的地线接到输入接点上。
    b)如果LED状态是发生变化了，可能是你的程序有问题。在你的用户程序中的行加一条终止循环的指令，然后运行程序，观察输入映射表，如果该位现在改变了，问题就在你的程序，很可能是你的程序中有一条指令对输入映射表进行了改写，从而改变了它的值。
    如果输入映射表依然不随着输入模块的LED的状态而改变，那么，可能是传感器电路有故障。传感器电路的电流能力可能不足以驱动输入状态，虽然它可能足以改变LED的状态。检查输入触点有没有不正常的小的电压变化。
    如果一个执行器看来无法得到PLC试图写给它的信号，观察输出模块的LED，确信它们是否随着PLC改变输出状态而一起改变：
    a) 如果LED确实改变，用万用表检查输出模块的端子，是否提供了足以驱动外部电路的信号，同时也检查性是否正确。如果是，则将执行器从PLC上断开，对执行器单进行测试。（有些输出模块有保险丝，检查一下是否保险丝断了？）
    b) 如果LED 不变化，检查输出电路的电源，和它与输出模块的接线，（DC 输出可以是源型或漏型的），如果接线正确，将执行器从PLC的输出模块断开，看看现在LED在不带执行器时是否改变。
    换一个同型号的输出模块，如果PLC可以改变的输出状态，那么刚才的模块或接线就有问题。
PLC系统的硬件、组态和编程的故障分类和诊断方法
    如果按照上面的方法，发现连接到传感器或执行机构都可以工作，那么你就可以应该PLC内部状态或PLC程序的问题了。
    由于PLC是由人来进行安装、组态和编程的，所以可能会发生很多人为的使用过程中的错误。PLC制造商通常都提供了很多工具来找出这些错误。这些错误可以分为以下几类：
致命错误
    这些错误将导致PLC离行模式而进入故障模式（类似于硬件故障所导致的情形）。致命错误通常发生在PLC开机自检时或程序执行时的部件失败。有的编程和组态问题（如定时器时，试图运行一个不存在的程序，等）也会导致致命错误。
    当PLC进入故障模式时，它将故障LED打开，并将所有的输出关闭为OFF（或者冻结在它们的上一个状态），PLC也会在内存中保存一个故障代码，编程人员可以读取该故障代码确定故障的原因，解决问题后，故障状态，将PLC电源关掉再打开，重新进入运行模式。
    现在的PLC通常都会保存对几个近的故障的详细描述，并允许编程人员编写在致命故障发生时可以运行的故障程序，我们在九章曾经描述过故障进程，本章我们主要讨论如何找到和使用故障代码。
非致命故障
    非致命故障是PLC可以探测到，但不至于使PLC离行模式的故障。有些可探测的硬件问题，如内存的后备电池电压低，只导致非致命故障。非致命故障也可以由组态和编程错误引起，如一个定时中断程序的执行被一个的程序的运行而延迟，或者一个算术操作产生了一个太大以致无法存入目标内存的数，等等。
    非致命故障导致PLC设定相关的状态位或者将相关的错误代码写到内存中。当结果太大或太小以致无法保存时，数据字处理指令将把内存中的算术标志位设置为1。用户程序应当检查这些状态位或代码，并作出响应，因为PLC将像没有错误发生一样继续执行程序，有些非致命错误状态位在的章节已经讨论过，本章我们将讨论另外一些。
编程或组态逻辑错误
    这些错误是PLC不能自动检查出来的，但可以用程序中的故障检测指令或者编程单元的程序监视功能来检查。
    逻辑错误的例子包括一个用户将一位设为OFF而不是ON，两段用户程序试图控制同一个输出，或者结构化编程旁路了一段需要的程序等等。
    早期的PLC设计为不允许逻辑错误，如两个横档控制一个输出，或者跳转指令向程序进行跳转，等，但用户需要大的灵活性，因此，即使这些措施都取消了。有些编程单元在编程人员写出上述具有潜在错误的逻辑语句时，会提供警示信息，但编程者可以忽略它们。
    编程语言都包括简单的调试工具：提前终止扫描循环的指令，这样程序可以一段一段来检查；导致致命或非致命的错误，使PLC在某些情况下立即停止；以及其它特别为调试程序中的某一个问题的指令。标准指令比如，计数器，可以临时插入程序中，记录事件发生的次数。编程软件也包括调试工具，如在用户程序执行时，监视和改变数据内存，强迫I/O映射位开或者关，以观察程序如何响应；记录某个特别位或特别字的短时间的变化，然后用历史趋势图显示这些变化；当某个特别位在使用时，生成一个程序中所有地方的交叉参考清单；还有搜索工具，可以找到程序中某个特别地址或指令在程序中的位置。

引言

X62W铣床是一种率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，以达到机电紧密配合完成预定的操作，是机械与电气结构联合动作的典型控制，是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。时随着工业自动化的发展，对工业智能化程度的要求越来越高，以及市场经济要求制造业对市场需求做出反应—生产出小批量、多品种、多规格、和高质量的产品。为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必需具有高的性与灵活性，这就需要使用智能化程度高的控制系统来取代传统的控制系统，使电气控制系统的工作加灵活、，容易维修，能适应经常变动的工艺条件。基于这些问题，本文提出了利用西门子S7-200和触摸屏对X62W 型卧式铣床的继电接触式电控系统进行技术改造的方案。

1 X62W铣床工作原理及继电器接线图

1.1 工作原理

主电路中有三台电动机，M1是主电动机，拖动主轴带动铣进行铣削加工;M2是进给电动机，拖动升降台及工作台进给;M3是冷却泵电动机，供应冷却液。三台电动机共用一组熔断器FU1作短路保护。每台电动机均有热继电器FR作过载保护。其中以主电动机的热继电器FU1和冷却泵电机的热继电器FU2作总的保护，它们的常闭触头串在控制电路的总线上，而进给电动机的热继电器FR3只作进给系统的保护，其常闭触头接在进给控制电路中。因为主电动机要求不频繁的正反转，用组合开关SA5控制倒相。进给电动机的正反转频繁，用接触器KM3和KM4进行倒相。冷却泵在主电动机起动后方可开动，另有手动开关SA1控制。主电机采用两组起动按钮SB3和SB4并联，两组停止按钮SB1和SB2串联.接触器KM1是电动机M1的控制接触器,SQ7是位置开关,用作主轴变速的冲动开关。主轴的起动,按下起动按钮SB3或SB4,接触器KM1通电吸合并自锁,主电动机M1起动.当主电动机起动后,KM1的辅助触头接通控制电路的进给控制部分,才可以开动进给电动机。 电机的转速达到一定速度时接通速度继电器，当按下停止按钮SB1或SB2时,接触器KM2得电，主轴电机反转。

工作台向右进给,当主轴起动后,工作台控制电源接通.将位置开关SQ1旋转,SQ1-1常开触头闭合,接触器KM3通电吸合,电动机M2正转.当运行到预定位置时,位置开关SQ1复位,电动机M2停止转动。

工作台向左进给,将位置开关SQ2旋转,SQ2-1闭合,SQ2-2断开,接触器KM4通电吸合,电动机反转,工作台向左移动。

当SA3-1、SA3-3闭合SA3-2断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ1-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ3-1）、19、KM4、20 ，KM3得电M2正转，工作台向下运动。

当SA3-1、SA3-3闭合SA3-2断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ2-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ4-1）、24、KM3、25， KM4得电M2反转，工作台向上运动。

当SA3-2闭合 SA3-1、SA3-3断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SQ1-2、22、SQ2-2、21、SA3-2、19、KM4、20， KM3得电。当SA3-2闭合，SA3-1、SA3-3断开时，进给电机M2正反转就组成了互锁，SQ1,SQ2，SQ3，SQ4位置开关控制圆盘旋转不同的位置。

不论电动机正反转,接触器KM3和KM4的线圈电流都由SQ1-2和SQ3-2接通.若机床正在向左进给 机床的联锁问题,当SQ2或SQ4被旋转时,它们的常闭触头SQ2-2或SQ4-2是断开的,所或向右进给时,发生误操作,压着上下前后手柄,则一定使SQ3-2或SQ4-2中的一个断开,使KM3或KM4断电释放,电动机M2停止运转,以确保。位置开关SQ6为进给变速冲动开关。

冷却和照明控制,冷却泵只有在主电动机起动后才能起动,所以主电路中将M3接在主接触器KM1触头后面, SA1控制冷却泵。照明电路用电压36伏用开关SA4控制。

2 X62W 型铣床控制系统的硬件构成

2.1 PLC 的选择和硬件设计。

根据X62W铣床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PLC监测的输入信号有8个按钮，5个行程开关，两个选择开关，输入点为 ，PLC输出控制信号有6个继电器，1个照明灯，共7点。因此，选用了西门子S7-200PLC，具体配 置 如 下 ：CPU226CN AC/DC/DC型（6ES7 216-2BD23-0XB8）,自带24点输入，16点输出，自带两个接口2个RS-485接口 PORT0和POT1，一个通讯接口，能满足控制要求。PLC的I/O口分配是根据其控制对象的特点和控制要求，将I/O口的输入输出口与相应的电气设备相连，达到控制和检测的功能，具体I/O分配如表1。进行完I/O分配后，进行PLC硬件设计，

2.2 PLC编程：

根据机床控制要求，PLC语句表如程序1，在程序设计过程中，用了6个内部辅助继电器来简化程序设计，主轴电机正反转互锁和进给电机正反转互锁提高了系统运行的性。在程序中将不同的控制方式均分开设计，这样程序结构简洁、清晰。由于整个系统用触摸屏控制，它可替代物理按钮和开关及其指示灯，所以在编程序是这些按钮和开关均使用了内部寄存器M0.6-M3.1， 把下面程序的输入寄存器改成相应的内部寄存器即可。

触摸屏越来越多的用在了工业中，方便，易于远程控制。根据X62W铣床的控制要求，我们用UCH触摸屏和MCGS组态软件配合PLC来替代控制柜上的按钮和选择开关等物理元器件，并且还可以通过触摸屏来监视铣床运行动作情况。

3.1 MCGS组态编辑

通过对系统的分析，在本系统中，依靠MCGS系统设计组态画面，实现对系统操作和监控。

3.2 通讯连接

既然用MCGS控制此系统，那么怎么才能让其与西门子PLC相互通讯，起到监控的作用?MCGS组态软件在设备窗口中建立系统与外部硬件设备的连接关系，使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。根据此系统的控制要求以及控制方式，可以利用PPI电缆，相互传数据，以便实现监控。

在设备窗口中需要设置设备0-[通用串行口父设备]属性和设备1-[西门子S7-200PPI]属性,此时，还需要设置设备内部属性增加相应的PLC通道，和通道读写类型，输入通道多数用到的是内部寄存器，读写类型是只读类型，输出寄存器Q0.0～Q0.6读写类型，Q1.0.和Q1.1只读类型值读取SA313和SA32的开关信号，在实际通讯过程中，在设备属性设置中“串口端口号”设为0-COM1,通讯波特率设为：6-9600，数据位位数：3-8位，数据校验方式：偶校验，一位停止位，数据采集方式：同步采集。设置完后单击“确认”按钮返回。

为了西门子S7-200PLC与MCGS好的通讯，在设备属性设置：[设备1]对话框中设置属性设备注释为：西门子S7-200PPI,初始工作状态为：启动，小采样周期为：1000ms,PLC地址为：2，内部属性设置PLC通道要与实施数据库中所定义的名字相对应。

编辑完毕组态画面，在上位机上试验成功，便可以通过上位机的网线接口用一根网线和触摸屏上的网线借口相连接，并且在MCGS嵌入式组态软件菜单栏中“工具”“下载配置”设置好IP地址，便可以下载到触摸屏中，然后，用PPI电缆连接触摸屏和PLC，母头连接触摸屏COM5口，公头连接在PLC接口上，即可实现丢掉控制柜面板上的按钮控制，用触摸屏的软按钮控制，画面生动，清晰。

4 结束语

本文所述方案是对原来的继电接触式模拟控制系统进行 PLC与触摸屏改造而成，已在实验室控制柜予以实施。运行结果表明，该 PLC 控制系统无论是硬件还是软件，控制稳定，且尽大限度降低了操作的危险性

可编程控制器（以下称PLC）是一种用于工业生产自动化控制的设备。尽管其制造厂采取了一些措施，使得它的性较高，但还有许多外部因素也会使它产生干扰，造成程序误变或运算错误，从而产生误输入井引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作。要提高PLC控制系统性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。随着PLC应用的日渐广泛，其抗干扰问题也显得日益重要。本文就此问题提出一些抗干扰的措施。

一、控制系统中干扰及其来源

1、干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。

共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

2、PLC系统中干扰的主要来源及途径

（1）来自空间的辐射干干扰

空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

（2）来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

a来自电源的干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。

b来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。

此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成 I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

c 来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

（3）来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

二、主要抗干扰措施

1、采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

在PLC控制系统中，电源占有重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如 CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。

此外，位保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。

2、 电缆选择的敖设

为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后了满意的效果。

不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠行敖设，以减少电磁干扰。

3、 硬件滤波及软件抗如果措施

由于电磁干扰的复杂性，要根本迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构性。

信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两间加装滤波器可减少差模干扰。

对干较低信噪比的模拟量信号．常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差，为此可采用数字滤波方法。

现场模拟量信号经A／D转换后变成离散的数字信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存。再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号，可对输入信号用m次采样值的平均值来代替当前值，但井不是通常的每采样。次求一次平均值，而是每采样一次就与近的m－l次历史采样值相加，此方法反应速度快，具有很好的实时性，输入信号经过处理后用干信号显示或回路调节，有效地抑制了噪声干扰。

由干工业环境恶劣，干扰信号较多， I／ O信号传送距离较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的性，使PLC在信号出错倩况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中可采用软件容错技术。

4、正确选择接地点，完善接地系统

接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体接地点以单的接地线引向接地。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体接地点，然后将接地母线直接连接接地。接地线采用截面大于22 mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地的接地电阻小于2Ω，接地埋在距建筑物10 ～ 15m远处（或与控制器间不大于50m），而且PLC系统接地点与强电设备接地点相距10m以上。

信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。

三、结束语

以上的措施，经若干PLC控制系统现场实际运行表明，能够基本现场干扰信号的影响，保证系统的运行。 PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。

0 引 言
    金相切割机是金相取样分析过程中的重要设备之一，主要用于金相试样的截取和各种材料的下料、切口等，广泛应用于机械、冶金、汽车、航空航天等领域。目前，国内金相试样切割设备形式多样，以微处理器为基础的各种制样设备代表着金相制备的技术，但是自动化程度较低，不能直接对较大零件进行取样。为了满足行业的要求，促进金相事业的发展，需要设计、和方便操作的金相切割控制系统。这里根据金相取样的特殊要求，设计以PLC为的控制系统，采用触摸屏作为人机交互设备，弥PLC在人机交互方面的不足，大大减少了输入／输出点数，方便操作与维修，为用户提供了友好的人机界面。

1 工作原理
    金相切割机控制系统是金相取样的设备。为了保护金属试样的组织结构和特性，对于不同属性的金属应采取不同的切割速度和切割模式。在该系统中，设置了三个操作窗口(测试操作、手动操作、自动操作)和一个设置窗口，一个切割过程观察窗口。其中，自动操作包括三种模式：匀速切割、进三退一切割、逐层切割。不同切割模式的用户可以在触摸屏的不同窗口设定需要的切割工艺参数，再通过PLC设定与之相应的参数调用控制指令，驱动切割机按照要求对金相试样进行切割。其中，PLC与变频器通过串行通信方式对三相异步电机调速，采用USS协议对电机的运行状态进行控制和监视。

2 控制系统的设计要求及思路
    根据金相切割机发展状况和市场需求，本着提率，增强性能，提高性价比的原则，设计的金相切割机应实现以下功能：能够根据零件尺寸的不同选择不同的切割方式；在过程控制中，能够根据不同的切割材料、硬度、尺寸调节切割速度；根据零件宽度或长度，确定砂轮的进速度、轴的运动速度和位移量；根据砂轮片磨损情况和零件直径，确定砂轮切割的快进位置和退位置；能自动控制监控切割量、进给速度、主电机转速等切割参数；人机交流界面便捷、美观。
    为了满足切割及控制的技术要求，同时也为了提高机械产品的自动化程度，这里着重从PLC控制和触摸屏设计两方面对金相试样切割机进行了研究。

3 硬件系统设计

 系统的执行部件主要包括一台三相异步电机和三台步进电机。三相异步电机采用变频器进行变频调速，步进电机由的驱动器驱动，控制系统PLC控制器发出控制命令信号，使异步电机和步进电机协调运动，完成切割过程。

3．1 主控制系统
    PLC是整个控制系统的。PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式输入／输出，控制各种类型的机械和生产过程。它具有体积小，功能强，编程方便，性高，耐恶劣环境能力强等优点，已广泛应用于工业自动化生产的各个领域。该系统采用OM-RON公司的CP1 H X40DT-D程序一体化PLC。可实现高速计数器4轴、脉冲输出4轴；通过扩展CPM1A系列的扩展I／O单元。CP1H整体可以达到大320点的输入／输出；通过安装选件板，可进行RS 232C通信或RS 422A／485通信。
3．2 变频器调速系统
    在进行电机调速时，电机磁通量是需要考虑的一个重要因素，如果磁通量太弱，电机会出现欠磁通，势必会给电机输出转矩带来很大影响。因为：
    Tm=KTφmI2COSψ2 (1)
式中：Tm是电磁转矩；KT为比例系数；φm是主磁通量；I2是转子电流；cosψ2是转子回路的功率因数。
    由式(1)可知，电机磁通量的降低直接影响电磁转矩的减小。因此，在改变电机频率时，应该对电机电压进行协调控制，以维持电机磁通的恒定。根据切割机的主电机参数，该系统选用Siemens公司的MM420变频器，通过设定变频器输出功率的变化来控制主电机转速的变化，两者之间近似呈线性关系，从而实现了无级调速的目的。PLC为漏型晶体管输出，与变频器的通讯采用基于USS协议的串行口RS 485通信方式。这里，为了确保系统运行，将变频器接地端接地。
3．3 步进电机驱动系统
    步进电机是可以将电脉冲信号转变为角位移或线位移的电磁机械装置。给电机加一个脉冲信号，电机按照设定方向转动一个步距角。电机转速与输入脉冲频率保持同步。该系统中通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到定位的目的；通过控制脉冲频率控制电机转动速度，从而达到调速的目的。x，y，z三向步进电机分别由3个MS-2H090M型步进电机驱动器来驱动，每向步进电机驱动器包括使能输入端EN，步进脉冲输入端CP和方向电平信号输入端DIR。

4 软件系统设计
4．1 主控制系统软件程序设计
    软件程序主要完成系统初始化，设定切割参数，启动切割机控制系统，并将切割参量送往触摸屏上实时显示。

 系统初始化主要完成软件初值、内存、I／O口以及硬件电路状态的初始化，使PLC及其连接的外围电路处于准备工作状态。主要包括PLC内部RAM单元的初始化，触摸屏上电的初始化，I／O端口方式的初始化等。
    在启动切割之前，需要对相应的切割工艺参数进行正确设置。其中，自动操作包括三种模式(匀速切割、进三退一切割、逐层切割)，每种模式根据具体需要还可以设置相应的设置选项和加密操作选项，在方便操作的同时增强了性。

4．2 触摸屏人机界面程序设计
    输入和显示系统是控制系统的重要组成部分，是实现操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁。切割机控制系统选用深圳人机电子有限公司的eViewMT508S触摸屏作为人机交互界面，主要完成对切割各个参数的设置和实时显示等功能。 PLC与触摸屏的通信采用基于Hostbbbb协议的串行口RS 232通信方式传达用户指令，根据需要设定系统的运行状态。
    MT500系列触摸屏是专门面向PLC应用的，具有32位RISC处理器和256色显示方式，可同时弹出6个窗口。它功能非常强大，用户可以自由组合文字、按钮、图形、数字等，以处理或监控管理以及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕；它拥有和bbbbbbs 95／98系列一样的任务栏和快选窗口工作按钮，可实现窗口的快速切换，使用方便，非常适合现代工业的需要。
    该系统触摸屏界面的开发，使用了组态工具EasyBuilder500。当系统上电后，触摸屏启动初始化界面，点击“进入”按钮，输入密码，验证正确后即可选择下方三种操作。

 设置和加密操作是为一些需要保密的参数设定的，触击“设置”按钮，只有当输入的密码正确时，才可以进入设置界面进行保密参数的设定；当所有参数设置完成后，点击“启动”按钮，开始自动切割，同时进入切割过程观察窗口，用条形棒图准确清晰地再现了切割过程，头标示出了工进切割位置，

5 结 语
    根据金相切割机的控制要求，采用PLC作为控制系统，触摸屏作为人机交互界面，研制出多模式下对不同属性金属切割的控制系统。显著特点主要有：选用 PLC模块化设计，编程方便，性高，丰富的I／O口解决了多路输入／输出的难题；触摸屏的应用不仅大大节省了空间，还为用户提供了便捷、直观、友好的人机交互界面；采用USS协议控制变频器，实现了系统的自适应调节。经现场实际测验，此切割机控制系统运行性能稳定，实用性强，性高，有较高的性价比，控制精度已经达到用户要求。