西门子变频器6SL3000-0CE21-6AA0

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在上例中，由于系统相对简单，在安全电路等方面的设计允许简化。但在复杂系统中，必须严格按照有关规定执行。下面以某数控机床的PLC控制系统电路为例，介绍复杂控制系统硬件设计的基本要点。

  本机床是用于汽车零件柔性自动加工的专用机床。机床控制系统以数控系统(CNC)为核心，通过数控系统实现坐标轴的位置与速度控制，以S7-300 PLC作为机床辅助控制器，根据数控指令、进行数控系统、机床、液压、气动、电气部件间的动作协调控制。机床的夹具、坐标轴运动机构的夹紧等均采用液压控制，自动刀具交换装置(ATC)为机械、气动联合控制。

  控制系统主要的控制对象有机床主轴电机、X、Y、Z、A 四个坐标轴伺服电机以及液压电机、冷却电机等电机与大量(30余只)液压、气动电磁阀。系统配套的主要电气控制部件(装置)有S7-300 PLC、SIEWNS 840D数控装置(用于X、Y、Z、A 等坐标轴的速度与位置控制，并作为PLC的人机界面)、4轴伺服驱动器与主轴驱动器等。

  由于本系统中硬件设计中I/O连接设计相对较简单。因此，本例将重点对PLC的外围控制线路，尤其是涉及安全性与可靠性的电路做具体介绍，以供设计参考。

  由于原控制系统较复杂，本例仅择要介绍控制线路的主要部分，重点介绍安全电路、紧急分断电路等在复杂PLC控制系统中的应用方法，并对原图进行了适当的简化。

  ①主回路设计

  机床主回路(部分)设计如图5-46所示。机床的主回路三相总电源进线的接通/断开，由电源总开关QSl进行控制；在总开关QS1前还有用于安全防护门紧急打开的辅助电源(DC24V)，可以在总开关QS1断开时打开安全防护门。

  通过QSl输入的电源，在电气控制系统中被分成三条相对独立的主回路：驱动器总电源(2L1、2L2、2L3，单独供给伺服、主轴驱动控制器)、控制回路总电源(3L1、3L2、3L3，供给机床PLC、强电控制回路、数控装置等)、电机动力总电源(4L1、4L2、4L3. 用于液压、冷却等辅助电机的主回路)。

  对于驱动器与控制回路，由于负载相对固定，因此采用了各自独立的自动开关QS2、Q4进行过载、短路保护。对于辅助电机的动力电源主回路，由于工作状态下，负载变化大，且每一电机均安装有独立的自动开关进行过载、短路保护(如 Q5等)，因此，主回路仅采用了断路器F1作为短路保护。

  该主回路设计，可以为调试、维修提供便利。在调试时，只要断开断路器F1，即可切除全部辅助电机的动力电源；断开自动开关QS2，即可切除驱动器的动力电源。同样，在进行电机手动旋转试验时，只需要断开控制回路总电源开关Q4，切断控制回路，即可防止由于接触器辅助触点接通引起的其他部分动作。

  机床的接地系统通过16mm²的接地线与车间接地系统连接，在机床控制柜内安装有接地母线PE。控制系统中的各主要部件如数控系统、驱动系统、PLC、机床、电柜、操纵台、按钮台等均使用足够线径的接地线，直接与接地母线连接。其余部件的接地线与接线端子上的接地端(与电柜直接接触)连接，从而构成了机床良好的接地系统。

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功能特点：

 PLC网络概述

  随着经济的发展，制造业领域大规模集约化生产的趋势对生产自动化程度的要求越来越高。自动控制系统也从传统的集中式控制向分布式网络化控制发展。这就要求构成控制系统的PLC有通信及网络控制功能，能够互相连接，远程通信，从而构成网络。这些市场的需求促使各PLC的生产厂商纷纷给自己的产品增加通信及联网的功能，研制开发自己的 PLC网络产品。如西门子公司的SINECH3网,OMRON 公司的SYSMAC网，三菱公司的 MELSEC NET网等。目前，市场上的 PLC产品，即使是微型和小型的PLC也都具有网络通信的接口。今后的PLC网络的总体发展趋势是向高速、多层次、大信息吞吐量、高可靠性和开放式发展。

  本章将先介绍数据通信及网络基础，循序渐进地介绍 S7-200系列PLC的通信与网络，后介绍 S7-200系列 PLC的网络应用。

  数据通信及网络基础

  模拟信号与数字信号

  在数字通信中，信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号称为模拟信号(Analog signal)。模拟信号的信号电平是连续变化的，其波形如图6-1(a)所示。计算机所产生的电信号是用两种不同的电平来表示 Obit、1bit 序列的电压脉冲信号，这种电信号称为数字信号(Digital signal)。数字信号的波形如图6-1(b)所示。按照在传输介质上传输的信号类型，可以相应地将通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。

  串行通信与并行通信

  数据通信按照字节使用的信道数，可以分为两种:串行通信和并行通信。在计算机中，通常是用8位的二进制代码来表示一个字符。在数据通信中，按图6-2(a)所示的方式，将待传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序，依次发送。这种方式称为串行通信。

  在数据通信中，如果按图6-2(b)所示的方式，将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送出去，每次发送一个字符代码，这种工作方式称为并行通信。

  显然，采用串行通信方式只需要在收发双方之间建立一条通信信道；采用并行通信方式，收发双方之间建立并行的多条通信信道。对于远程通信来说，在同样传输速率的情况下，并行通信在单位时间内所传送的码元数是串行通信的n倍(此例中n=8)。由于需要建立多个通信信道，并行通信方式的造价较高；因此在远程通信中，人们一般采用串行通信方式。

  单工通信、半双工通信与全双工通信

  数据通信按照信号传送方向与时间的关系，可以分为3种:单工通信、半双工通信、全双工通信。

  单工通信方式如图6-3(a)所示，信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向。只能向一个方向传送的通信信道，只能用于单工通信方式中。

  半双工通信方式如图6-3(b)所示，信号可以双向传送，但是交替进行，一个时间只能向一个方向传送。可以双向传送信号，但交替进行的通信信道，只能用于半双工通信方式中。

  全双工通信方式如图6-3(c)所示，信号可以同时双向传送。只有可以双向同时传送信号的通信信道，才能实现全双工通信，自然也就可以用于单工或半双工通信。