西门子6ES7331-7NF10-0AB0型号含义

西门子6ES7331-7NF10-0AB0型号含义

1.概论

作为计算机技术的应用，PLC(Programmable Logic Controller)是现代新型

工业控制的标志产品。在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的

控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的

设定与控制等，PLC已经取代了继电器而成为解决自动控制领域问题的有效、

便捷的工具，PLC在工业控制领域得到了广泛的应用，本文就PLC工业控制系

统设计和应用中的问题进行探讨。

2．PLC 的选型

目前市场上的PLC产品众多，除国产外，国外有：日本的OMRON C40/C60、

MITSUBISHI、FUJJ F50、Panasonic FP,德国的SIEMENS S7-300/400，韩国的LG

等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高，这是众多自动

化工程技术人员选用PLC的重要原因。PLC的选型应注意以下方面：

2．1 PLC 控制系统规模的确定

2．1．1 一般依据工厂生产工艺流程确定，单机或者小规模生产过程，控制

过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，I/O点数小于128点；建议选用微

型PLC,如C40/C60,F50,S7-200等。

2．1．2 如果生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，应该选用具有模拟量控制、

PID控制等功能的PLC，I/O点数在128--512点之间；建议选用中档PLC,如OMRON

C2000, SIEMENS S7-300等。

2.1.3如果生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，应

该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的PLC, I/O

点数在512点以上；建议选用PLC,如OMRON C2000H, SIEMENS S7-400等,

再和工业现场总线Profibus结合实现工厂工业网络的无缝通讯和控制。

2．2 PLC 编程器的确定

2．2．1一般的手持编程器编程

它只能用商家规定语句表中的语句表(STL)编程。这种方式效率低，但对于

系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低,

这主要用于微型PLC，如三菱机电F1-40MR 的编程器(F1-20PE)。

2．2．2图形编程器编程

该编程器采用梯形图(LAD)编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应

用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC，如FUJI F50 、

OMRON C40/60的编程器。

2．2.3 个人计算机或兼容机加PLC软件包编程

这种方式是效率的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂

贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中PLC系统的硬件组态和软件编

程，如SIEMENS STEP5.0 软件包。

2．3 PLC I/O 点类型的确定

确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还

是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还

是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定

运行是很重要的。

建议如下：电磁阀的开闭、大电感负载、动作的频率低的设备PLC输出端采

用继电器输出或者固态继电器输出；各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启

动停止应采用晶体管输出。

3．PLC 控制系统的设计

3．1 PLC 控制系统的硬件设计

PLC控制系统的硬件设计是至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运

行的性、性、稳定性。

3．1．1 PLC 控制系统的输入电路设计

3．1．1．1电源回路

PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应

加装电源净化元件(如电源滤波器、1：1隔离变压器等)；隔离变压器也可以采

用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级

线圈屏蔽层接PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。

3．1．1．2输入电路

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V,这对系统供电和PLC至关重

要，同时其带负载（接近开关等）时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该

电源的过载或短路都将影响PLC的运行)，建议该电源的容量为输入电路功率的

两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜熔丝，防止短路。以直流输入模板为例，

如图一所示：

图一

3．1．2 PLC 控制系统的输出电路设计

依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用

晶体管输出，因为适应于高频动作，响应时间短；如果PLC系统输出频率为每分

钟6次以下时，应继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。

PLC

输入模板

简图

L+

I0.0

I0.1

I0.2

.

.

.

I0.7

M

DC

24V+

DC

24V-

如果PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，

为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二管，对交流感性负载应并接浪涌

吸收电路，可有效保护PLC。

当频率为10 次／min 以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PLC 输

出驱动中间继电器或者固态继电器(SSR)，再驱动负载，以继电器输出为例；一

般R为1～2K,C为2.2～4.7uF,如图二所示。

对于两个重要输出量不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的

互锁，以加强PLC系统运行的性、性。

3．1．3 PLC 控制系统的抗干扰设计

随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使

用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防

干扰是我们考虑的课题。

3．1．3．1 隔离

由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而

成，所以建议采用1：1 隔离变压器，并将中性点经电容接地。

3．1．3．2 屏蔽

金属外壳屏蔽，将PLC系统内至于金属罩之内，金属罩外壳接地，能起

到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止了空间辐射干扰。

3．1．3．3 布线

PLC

输出模板

简图

SSR

直流大电感负载

交流大电感负载

L+

负载供电电源

M

Q0.0

.

.

.

Q0.4

.

.

.

Q0.7

图二

如果有条件强电动力线路、弱电信号线分开走线；模拟信号传输线采用双

绞线屏蔽电缆。

3．2 PLC 控制系统的软件设计

在控制工程中的应用，良好的软件设计思想是关键；的软件设计便于

工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

3．2．1 PLC 控制系统的程序设计思想

由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序

和模块化程序。

基本程序既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模

块结构中的单元程序；依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三

种：顺序结构、条件分支结构和循环结构,如图三所示。

模块化程序：把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模

块，分别编写和调试，后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模

块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对立

性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过

程。

3．2．2 PLC 控制系统的程序设计要点

3．2．2．1 PLC控制系统I/O分配

依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大；尽可能把一个系统、设备或

部件的I/O信号集中编址，以利于维护。

Y N

N

Y

顺序结构条件分支结构循环结构

图三

定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行

的性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编

号，进行分配。

在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出应连续安排，如

Q2.0/Q2.1等。

3．2．2．2 PLC控制系统编程技巧

PLC程序设计的原则是逻辑关系简明易于编程输入、少占内存减少扫描时间，

这是PLC编程遵循的原则。下面介绍几点技巧。

PLC各种触点可以多次重复使用，用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容

易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用；如果是双线圈输出，可

以采用置位和复位操作（以S7-300为例如S Q 4.0 或者R Q4.0）。

如果要使PLC多个输出为固定值1 （常闭），可以采用字传送指令完成，

例如Q2.0、Q2.3 、Q2.5、Q2.7同时都为1 ，可以使用一条指令将十六进制

的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端或者通

过PLC编程来减少I/O点数，节约资源；例如：二分频，我们使用一个按钮来控

制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用；例如我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个

模块，正反转点动封装成为一个模块等等，在PLC程序中我们可以重复调用该模

块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC程序的编制。

4 PLC 控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良

好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

4.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检

查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常；反之，应检查接线或者是I/O

点坏。

我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出

端子指示灯是否全亮。，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常；反之，应检查

接线或者是I/O点坏。

4．2 系统调试

系统调试应按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然

后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。调试中多数是控制程序问题。调试流

程图如图四所示。

启动系统

对每一个现场信号和控制量做单测试

对现场信号和控制量做综合测试

带设备调试并且注意

调试结束

测试正常吗？ N

Y

测试正常吗？ N

Y

符合要求吗？ N

Y

检查硬件/修改程序

图四

5 结束语

PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，需要反复设计和实践，

本文是作者现场PLC控制系统的设计和实践经验的总结；通过现场的实践应用其

具有良好的效果，可以作为工程技术人员有的技术参考。

户要求的缺点。

引言

开口机构是控制喷气织机运动的关键部件，决定织机运动的平稳性和织物组织的品质。开口机构的作用是根据织物组织图上经纬交织的变化规律，按序及时带动经纱，形成梭口，待纬纱进入梭口后，两层经纱再上下交替，互易位置，形成新的梭口，如此反复循环。传统织机的开口机构一般采用机械的方法，以控制和调节经纬交织的变化规律，在织物上形成不同的花型或花纹，而现代喷气织机多采用电子多臂来做到这一点，电子多臂是一种典型的机电一体化的产品。它的性能优越，可以用微型计算机控制织物的花纹，快速提供不同复杂花型的织制。

本文介绍2861型喷气织机工作原理以及应用PLC构成喷气织机的电气控制系统，应用PLC控制喷气织机开口机构。

1 2861 型喷气织机开口机构的组成和特点

喷气织机的开口机构由多臂机构控制，一个提综臂可控制一个或多个综框作上下往复运动，因此使用电子多臂先了解机械多臂机构的原理。

2.1 开口机构的组成

开口机构总体来说是由选综机构和提综机构组成的，而提综机构却是由一个连杆机构和一个共轭凸轮机构叠加而成的。提综机构简图如图1 所示。

图中 O1 是装在大圆盘10 上的一根轴，凸轮1、2 是一对共轭凸轮，它们固定在机架上，相对地面静止，摆臂4、5 作为一刚体绕轴 O1 转动，轴1 O 以 O1 O2 为半径，以 O1 为圆心作匀速圆周运动。如图所示，该机构相当于 O1 固定的共轭凸轮作匀速圆周运动，即整个机构为一对凸轮机构叠加一个连杆机构，在这里运用共轭凸轮，能提高运动精度，减小冲击，而且可以改善机构的受力情况。

图1 提综机构工作原理图
1—大圆盘 2、3—共轭凸轮 4、5—摆臂 6—滑槽 7—滑块 8—偏心轮
9—盘形连杆 10—提综臂 11—提综臂连杆 12、14—转臂 13—转臂连杆
15、16—综框连杆 17、18—支撑杆 19—综框

提综机构的作用是将主轴的动力通过连杆和凸轮机构传递给综框，使综框作上下往复运动，在综框上装有筘座，经线从筘座中穿过。综框作上下往复运动的同时带动筘座运动，从而使经线产生开口。滑槽6 作积式运动，其运动由匀速转动和摆动合成，滑块7 和偏心轮8 之间的关系为：滑块是从动件，它由滑槽带动。滑块的运动，使滑槽和偏心轮作变速运动，当偏心轮随滑块运动，此时，这里相当于一个开口曲柄，盘形连杆9 带动提综臂10 做来回摆动，使综框产生上升或下降的开口运动，而选综机构则是用来选择提综臂的机构，即被选中的提综臂按预定的运动规律进行动作，而未被选中的提综臂则停止不动，通过这种有选择的运动，可以在经线之间形成不同形式的开口，从而织出不同型式的花纹布料。选综机构简图如图2 所示。

在图2 中，选综机构是这样工作的，主轴14 做匀速圆周运动，而传动轮5 则以花键连接的形式装在主轴上跟随主轴运动，连杆6 活套在偏心盘3 上，偏心盘3 通过控制钩8 连接传动轮5，提综臂4 由连杆6 带动。而且在传动轮上有两个相距180 度的凹槽，只要控制钩进入凹槽，传动轮就会带动偏心盘转动，而偏心盘就会带动提综臂运动，从而起到选综的目的。左右摆臂在共轭凸轮的作用下做摆动在这里有这么几种运动情况：1.电磁铁吸合， 则摆杆12 动左摆杆绕回转顺时针转动。

(1)如果之前提综臂静止，此时左摆杆的凸头从控制构的凹槽中脱出，控制构由于受弹簧7 的回复力绕控制钩的做逆时针转动。此时，控制钩8 上的凸头则滑进传动轮5 的凹槽中，使得偏心盘与传动轮一起运动，从而带动连杆6 提综臂4 运动，完成提综动作。

图2 选综机构简图
1．左摆杆弹簧 2．左摆杆 3．偏心盘 4．提综臂 5．传动轮 6．连杆
7．弹簧 8．控制钩 9．右摆杆 10．右摆杆拉簧 11．电磁铁 12．摆杆
13．主轴

(2)如果之前提综臂运动，此时控制钩转到右面，右摆杆凸头滑入控制钩的凹槽中，控制钩受弹簧回复力作用绕控制钩的做顺时针转动，使得控制钩的凸头从传动盘的凹槽中脱出，此时偏心盘与传动轮分离，综框静止保持提升状态。

2. 电磁铁不吸合，则摆杆12 动右摆杆绕回转逆时针转动。

(1) 如果之前提综臂静止，此时左摆杆受左摆杆弹簧的作用绕回转做逆时针转动，左摆杆凸头从控制钩的凹槽中脱出，此时，控制钩受弹簧回复力作用绕回转左逆时针转动，控制钩的凸头滑入传动轮的凹槽中，使得偏心盘与传动轮一起运动，从而带动连杆6和提综臂4 运动，完成提综动作使综框下降。

(2) 如果之前提综臂运动，此时控制钩转到右面，右摆杆绕回转做逆时针转动，此时，右摆杆凸头将不会影响控制钩，因此传动轮继续带动偏心连杆运动，综框保持下降状态。

2.2 开口机构的特点

2861 型喷气织机采用的是电子多臂开口装置，可带动16～32 片综框单运动，适合用于织造斜纹、锻纹和小花纹织物。多臂机动力消耗少，组织变化不必进行改变机械结构，品种变换较为方便。

2 PLC 控制

基于PLC 的2861 型喷气织机电控系统充分采用当今的微电子技术和微机技术，采用西门子可编程序控制器，解决现有的控制系统无法解决的工艺差、稳定性差、抗干扰能力差、故障率高的缺陷，使整个电控系统的控制水平有了很大的提高，反映了当今国内纺机控制技术的发展方向，基于PLC 的喷气织机多臂开口机构的控制系统组成框图如图3 所示。

图3 电子多臂开口机构控制系统组成框图

2.1 织机控制程序基本流程图:

图4 织机控制流程图

2.2 电子离合器

使用PLC 控制开口机构区别于以上陈述的凸轮控制，它采用伺服电机带动提综机构运动，因此只要能有规律的控制伺服电机的转动就能有选择性的进行提综动作。在这里采用电子离合器来实现，每个电子离合器连接一个或多个电动机，只要电子离合器通电，电动机开始转动并间接控制一片综框运动。其次它是利用PLC 采用软逻辑线圈的原理，即将PLC的某位输出置为高位1，电子离合器吸合，电动机转动；反之，将PLC 的某位置为低位0，电子离合器脱开，电动机停止转动。利用PLC 的这种原理我们可以很灵活便捷的设计开口机构的运动规律，不同的运动规律就可以织造出比凸轮开口机构斜纹、锻纹和小花纹织物等不同种类的织物。

2.3 人机界面

人机界面须配备常用电源、启动、停止、检测等等按钮，另外还需配置可用于在线编程的模块，通过此模块用户可以查询、新建、编辑、存储、以及人工输入花纹控制程序，方便用户操作。

2.4 断经检测装置

织机的定位停车位置，由PLC 根据式光电编码器确定。断经信号可由经线的传感器传给PLC，PLC 根据用户设定的断经停车角度和式光电编码器的角度信号实现定位停车。根据经纱的品种不同，调节PLC 对停经片的灵敏度，可以准确实现定位停车，有效提高产品质量。

2.5 光电式旋转编码器

纺织机的所有运动与主轴的运动都密切相关,因此在硬件资源上配备能够测量主轴旋转角度的设备,用光电编码器作为主轴运动角度的测量装置。光电编码器的分辨率选择为360,也就是主轴每转一周,编码器输出脉冲信号360 个,这样通过PLC 上自带的高速计数器计算出主轴运动的角度值.式光电编码器轴旋转时，随主轴位置的变动产生对应的代码(二进制码)输出。从代码大、小的变，即可判别主轴的转向和转动的角度。并且它有一个临时寄存器，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置的代码。一般情况下，式编码器的测量范围为0～360 度，编码器将主轴所转的角度所对应的代码传给PLC，再由PLC 通过人机界面显示，这样用户就可以准确把握织机的停车角度、织机的转速、停经角度、停纬角度等。

3 结束语

基于PLC 的2861 型喷气织机电子多臂的控制系统工作稳定，具有结构简单，操作方便，界面简洁，廉等优点，特别适用于织造复杂花纹的喷气织机系统，也可在其它无梭织机中也推广应用。

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