6ES7214-1BD23-0XB8使用方式

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引言

　　本文介绍的高效专能的自动化钢管切割铣端面机床可以完成钢管的下料工作，能够改善工人的劳动强度，实现自动控制，提高劳动生产率。本机床能将长钢管按照要求长度准确切割，并对两个端面进行铣削加工，一次完成钢管的下料工作。

1 切铣机的工作过程

　　本机床有一个切割动力头、两个铣削动力头，分别由三个电机拖动，工件的进料是由电机通过摩擦轮带动来实现的，工件的夹紧、切割动力头的运动、工作台的运动是由气动活塞缸拖动来完成的。其工作过程示意图见图1，工作循环过程见图2。

　　机床的工作过程为：用人工将待加工的长钢管安装固定好，启动动力头，机床处于准备好状态。1）按下启动按钮sb7，进料电机运转，通过摩擦轮带动长钢管进料，当钢管进料到规定长度时，碰压行程开关sq1，进料电机停车;2）工件夹紧，夹紧后，压力继电器kp动作;3）切割头进给，进行钢管的切断动作，切割完成后碰压行程开关sq2;4）切割头回退，回退到位后碰压行程开关sq3;5）工作台带着已夹紧并切割好的工件进给，进行两个端面的铣削，当铣削完成后碰压行程开关sq4，工作台停止进给;6）工件松夹，当松夹到位后碰压行程开关sq5，同时工件依靠自身重力沿斜坡滑落出料;7）工作台回退，回退完成后碰压行程开关sq6，工作台回退停止，至此本次循环完成。之后，机床根据工作方式的不同进入待命状态或重新进入下一轮循环。

2切铣机的电气线路设计

　　本机床的三个动力头采用常规的启动停止保持继电-接触器控制电路，进料电机与三个气缸采用plc进行控制。根据工作要求，现场有压力继电器和行程开关共计7个信号，另外设置了手动控制按钮6个、自动控制按钮4个、功能选择开关3个，所以plc需要有20个输入信号。系统的控制对象是进料电机与3个气缸，进料电机为单向运转，仅需要一个输出点，夹紧气缸和切割气缸采用二位四通换向阀控制，各用一个电磁阀控制，而工作台运动气缸采用三位四通换向阀控制，需用两个电磁阀控制，故现场控制信号有5个，另外设置了“准备好”、“循环”、“暂停”和“故障”等系统状态指示灯4个，所以系统需要的输出信号有9个。

　　根据以上分析，我们选用了三菱公司的fx2n-48mr-001型plc控制器，它有24个输入点和24个输出点，采用继电器输出，能够满足系统需要，由此设计的plc控制部分的电气线路原理图如图3所示（继电-接触器控制线路部分略）。

3 切铣机的软件设计

　　根据机床的动作要求可知，它是一个典型的顺序程序控制，为此我们选用步进程序控制。为实现手动、单循环及自动循环三种工作方式，我们设计的梯形图的主框图如图4所示。主框图采用两个主控程序，当系统复位按钮按下或上电时，执行个主控程序，将相关元件清零，使系统的各部分都处于失电状态，用来对机床进行初始化操作。第二个主控程序是上电时或继续按钮按下时执行并能保持执行状态;当暂停时不执行，即暂停时应使第二个主控程序中的输出暂停，而顺序功能状态保持，以便使继续工作时能保证从暂停点向下继续执行。

　　自动程序的顺序控制功能图见图5。在单循环、自动循环时使s0置位，进入步进程序的初始步。为保证安全，设计的夹紧机构为失电夹紧，所以在s0状态使用了一个y1置位指令，对夹紧机构进行松夹操作。当松夹后x5动作，此时若按下启动按钮，则x15得电，便可以进入循环状态s520，之后按照工作要求机床能自动完成各状态的转换。当进入状态s526之后，将依据工作方式的不同，能自动返回到s0状态待命（单循环），或直接进入s520状态自动进入下一轮的循环（自动循环）。

　　本机床的梯形图程序设计，限于篇幅，不再叙述。

4plc与上位机的通信

　　在自动化工厂中，各种机械加工机床可以与上位计算机联网组成分布式控制系统，以实现相互通信与生产管理。管理人员可以在不中断生产的情况下，通过上位机实时地对现场的plc进行调整、管理和调度，使各种生产机械的工作达到佳配置状态，充分发挥各种专用通用设备的生产效率。在生产实践中，一般采用1：n上位链接通信方式，用一台系统计算机管理多台下位plc机，通常采用rs232c/rs485通信标准，增设链接适配器，以加大通信距离。

5 结束语

　　设计的创新点是：对钢管切割、铣削一次完成，采用主控程序和步进程序控制配合完成机床要求的三种工作方式。通过plc通信系统与上位计算机联网组成分布式控制系统，能够对现场进行实时控制与管理，使工厂设备工作于佳配置状态。本系统工作可靠，技术先进，自动化程度高，提高了生产效率，实现了工厂中的机、电、气一体化、智能化，改善了工人的劳动条件，保证了产品质量

1  引言

目前，一般常见plc型号都没有集成现场总线can-bus的通讯功能接口，因而不便于基于can总线多台plc控制网络的实现。随着应用技术的发展，工业经常会出现需要n台plc协同完成一个系统的综合控制。此时，原有集中控制的单一plc控制方案就显得力所不及，plc网络的集成工程需求也应运而生。

本文提出了一种基于现场总线can-bus的plc网络方案，能够对多台联网的plc实现远程配置、数据通信，并能够在投入较低硬件成本的基础上，实现良好的系统运行性能。这个方案不仅充分发挥了现场总线can-bus的通信特点：实时、可靠、高速、远距离、易维护等，而且将现场总线技术与集中控制技术有机结合，联网后的plc网络可以构成一个性能优越的dcs系统；用户在同一个主控制器(pc机)上可以远程监控、改变任何一台联网plc的程序或状态。

2  组建plc网络的两种方式

通用plc一般提供1～2个rs-232或rs-485通讯端口，用于与其他控制设备通讯；这些通讯端口支持有限的通讯协议，实现plc设备的通讯与配置。本项目利用plc自身的通讯端口，将其扩展成为能够与多台设备联网，实现基于现场总线can-bus多台plc网络。根据网络中主控制器的不同，plc网络分为以下方式：多台plc联网，各plc地位平等，可外扩hmi人机界面；多台plc联网，由1台工控pc作为主控制器与操作界面。本文重点讨论两种基于rs-232或rs-485通讯端口plc的组网方法。

2.1 plc串行联网 

通过rs-232/rs-485转can-bus网关进行信号转换使plc具有can-bus通讯接口。多台具有can-bus通讯接口的plc之间相互连接，即可以组建plc网络。每台连接plc单元的rs-232/rs-485转can-bus网关都可以设定一个独立的设备id号，长度为11位或29位，用作为该plc单元的地址。

通过上述方式组建的plc网络，任何一台plc均可以主动发起数据通讯，由can-bus网关起硬件自动仲裁作用，保障每一次通讯的数据不丢失；网络中的plc数量不受限制，数百、上千台plc都可以连接在同一现场总线can-bus网络中。同时，plc网络中可以连接具有can-bus通讯接口的hmi人机界面。

2.2 多台plc与工控pc并行联网 

工控pc机内插pci-can板卡(如研华的pci1680、周立功的pci5110等)，可以组建can-bus网络，通过连接在can-bus网络中的网关rs-232/rs-485转can-bus转换器，借助于can-bus网络配套的“虚拟串口”软件，建立多达2047个标准的串行通讯端口，从而连接多达2047条串行网络。即在一条普通双绞线上连接多达2047台plc设备，工控pc机访问连接在can-bus网络上的plc设备，与操作标准串口完全一致。这种方式可以充分发挥工控pc机的作用，通讯效率比较高，是一般plc网络建设的主流方向。本文采用此种方案组建plc网络。系统结构如图1所示。

图 1  多台plc与工控pc机并行联网

3  plc网络的硬件组成与连接

建立plc网络，除了plc设备，还需要建立现场总线can-bus网络的设备，主要有rs-232转can-bus网关、pci-can接口卡等。

rs-232转can-bus转换器可以方便地连接到plc设备的rs-232标准通讯端口，使plc设备具有与现场总线can-bus网络通讯的能力。转换器通过modbus协议转换，可以支持不同通讯协议的plc设备。对于只集成rs-485/422通讯端口的plc设备，可以选择rs-485转can-bus转换器。rs-232转can转换器和rs-485转can转换器读者可以自行设计，也可以购买目前市场成熟的产品，如研华的亚当模块、周立功的智能转换模块等。

工控pc机内插pci-can接口卡，可以令工控pc机具有现场总线can-bus通讯接口，从而成为can-bus网络中的一个主要功能节点。根据与pc连接方式的不同，pc-can接口卡可以分为很多种不同的类型，常见的型号有pci-can接口卡、isa-can接口卡、pc104-can接口卡、usbcan接口卡、以太网转can接口卡等。

pci-can接口卡一般都提供有can-bus测试工具、api开发例程、opc服务器软件等。利用“虚拟串口服务器”软件可以开发基于串口通讯的软件项目，组建基于can总线的plc网络。

4  三菱－西门子can网络集成案例

4.1 原理设计

在某印染厂的印染控制系统中，有两台瑞士布赛5v型平网印花机、三台台湾奇正平网印花机、2台日本东升平网印花机以及2台两台德国的mbk圆网印花机，这些设备的主控制器是西门子的s7-200以及日本三菱的fx系列的plc。为了使印染厂的印染控制系统能够在一台上进行监控以及控制，单台plc进行现场设备信号的采集和控制，由于各个现场plc工作点距离较远远，工控机pc不可能实现每一台plc设备的单独电缆连接。因此，将各台plc设备通过现场总线can-bus网络连接，组建一个地区范围内的plc网络，从而实现plc远程维护、数据实时监控，既能够大大提高系统的管理效率，也可以有效地降低网络建设成本。

每台平网印花机plc设备集成有1个rs-4852串行通讯端口，通过can转rs-485转换器连接到现场总线can-bus网络。工控机pc内置1块pci-can接口卡，型号为pci-1680接口卡，可以使工控机成为can-bus网络中的节点，能够同时管理九台平网印花机。

plc串行通讯协议实现，不同厂家，plc的串行通讯协议不同，本就以本项目所用的s7-200为例说明其通讯方法。s7-200系列plc配有rs-485标准串行接口，可实现下列四种网络的连接：

(1)simatic s7-200网络(ppi协议)；

(2)用户可编程接口协议(自由口模式)采用可编程自由口通信模式(free port mode)；

(3)profibus-dp网络。

4.2 系统通讯

本项目采用自由口通讯的模式，与自由口模式有关的特殊寄存器及相关的位：

(1)控制字寄存器smb30：s7-200plc的通信模式由smb30设置，当mm=01时plc工作于自由口模式。

(2)通信接收字符缓冲器smb2：smb2是一个暂态寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的当前字符，用户在下一步应从这里取走其中的内容，通过编程控制将接收到的字符一个一个由smb2移入接收缓冲区。

(3)通信校验结果标志位smb3.0：plc按smb30规定的奇偶校验方式对所接收到的数据作校验。如果校验有错，plc自动将smb3.0置1，sm3.0=0表示奇偶校验正确。根据这个标志，可决定对当前信息的取舍，还可以在出错的情况下，将此错误位发送给对方，以便要求它重发。

(4)工作方式标志位sm0.7：s7-200系列plc只有处于运行(run)方式时才能进行自由口模式通信，而在停止(stop)方式时只能以ppi模式通信。当plc处于run方式时sm0.7=1，否则sm0.7=0，因此可通过判断sm0.7的状态来打开或关闭自由口通信。

(5)发送器空标志sm4.5及收发指令：s7-200plc有专门的发送指令：xmt  table  porttable为发送数据的字节数即数据长度，大为225；port指定通信口，自由口模式下必须为0。当正发送数据信息时，特殊存储器位sm4.5=0，当发送完成后，sm4.5=1，因此可通过判断sm4.5的状态来进行发送后处理，也可直接用发送中断来处理。cpu215cpu216还提供了接收控制指令：rcv table port与smb86 smb94 smb 186 smb194寄存器配合，用以改变(初始化或终止)接收信息。

plc串行通讯程序执行时，在每一个扫描周期的开始，都要检查sm0.7的状态，若plc处于run方式即sm0.7=1，则打开自由口模式并设置其它相关的波特率、奇偶校验等参数，否则置自由口模式无效。