6ES7211-0AA23-0XB0正规授权

浔之漫智控技术(上海)有限公司

6ES7211-0AA23-0XB0正规授权

GE Fanuc的**技术支持服务将提供参与OEM Edge计划的会员享有产品**， 优化产品附加值并较大限度降

    2006年7月19日，美国弗吉尼亚州夏洛茨维尔市――GE Fanuc自动化公司，作为通用电气公司的成员企业，宣布推出一项为OEM量身定制的创新计划。该计划将赋予OEM会员吸收新客户的**优势，促成企业现有规模的壮大和业务的发展。这项名为OEM Edge的**性计划，包含了完整的解决方案和工具，使OEM合作伙伴在其市场竞争中脱颖而出，从而推进增长、实现利润的较大化。

    OEMEdge计划提供了两套专门设计的、致力于实现这些目标的解决方案，即：
InsideEdge解决方案 和EdgeEnabled 解决方案，并包含有一整套计划工具，即Edge Tools，专为OEM企业优化这一*特合作关系而设计。

• InsideEdge 解决方案致力于帮助OEM企业通过使用尖端技术、尖端应用软件和解决方案提高企业内在生产力和效率。

• EdgeEnabled 解决方案为OEM企业提供**的技术和解决方案，用于企业为客户提供高性能的解决方案，从而使其在竞争中脱颖而出。

    OEM 市场总监Paul Scanlon宣称：“OEMEdge计划提供OEM企业享有*一**的渠道，利用完善的解决方案、关键工具及至关重要的资源，使企业在市场竞争中立于不败之地。而且，由于GE Fanuc提供全套的可升级产品解决方案，包括I/O、控制器、OI和高端软件，OEM解决方案可以凭借其较低的风险和较高的回报在市场中稳操胜券。”

    Edge Tools包括概念硬件验、开发软件、培训、营销工具、转换服务、应用支持、第三方设备集成和**技术支持。开发软件包提供快捷方便的途径利用GE Fanuc的高端软件。OEM Edge软件包包括Proficy® HMI/SA – iFIX， Proficy HMI/SA – CIMPLICITY， Proficy Machine Edition和 Proficy Historian.

    作为OEM Edge计划的会员，将享受GE Fanuc**技术支持服务，内容包括人员、过程和技术等各种支持构造的*结合，使OEM用户能够从GE Fanuc解决方案中获得较高价值的回报。此外，我们为**技术支持（bbbbbbcare）的用户提供升级服务和工具包，确保他们能够及时获取较新的技术升级服务、了解较尖端的生产资讯。

    “InsideEdge解决方案和EdgeEnabled 解决方案的设计旨在优化OEM企业在提高机器生产力、生产效率和较终降方面，同时增强竞争优势，”Paul Scanlon 继续介绍说，“这将使更多的财富进入OEM企业的口袋。戴姆勒·克莱斯勒先进制造工程(AME)控制/设备安装工程经理Julian Joe称，具有超过250台机床、物料输送、连续生产线和其他设备，新印第安那变速器二厂(ITP2)的开发是一个真正的挑战。该工厂的不同机床工具和其他设备要在**不同国家建造。  
     克莱斯勒集团在Kokomo、Indiana有三个变速器厂，ITP2生产W5A580，一种被设计用于包括克莱斯勒300(Chrysler 300)、道奇Magnum (Dodge Magnum)和吉普大切诺斯(Jeep Grand Cherokee)等各种汽车的后轮驱动变速器。ITP2于2003年6月投入生产，很快就达到了产量目标。  
     在ITP2生产厂的设计阶段，向40余家机床供应商提出了一系列复杂的性能和要求。对于每一种加工操作，都要达到特定的目标。  
  在Kokomo另外两个现有的克莱斯勒集团变速器厂，大多数机床具有(非网络)CNC或PLC车载控制。基于来自其他工厂的输入，AME就控制技术、以前与供应商的经验、操作员界面公共需求、质量控制系统和ITP2连通性要求的起草了一份白皮书。西门子能够在其Transline系统解决方案中实现克莱斯勒集团的要求，得到了达到Transline**标准和克莱斯勒集团工厂规范要求的ITP2工厂系统解决方案。  
     同时，AME小组在实地考察之后，对NAG1的现有硬件的核心力量进行了评估。如AME控制工程师Kulraj Randhawa指出，“至于我们在ITP2的目的，每个人都赞同连通性是关键，还有我们开始认识到在所有控制中需要一种公共PC。这一结论是由于我们人员分布策略和灵活性要求使然， NAG1的协议或者我们在另一个Kokomo工厂的经验更是如是。”  
     工厂的各种机床、连续生产线、机器人和其他物料要求有约160个CNC和400个辅助PLC设备。按照Julian Jo的说法，*控制规范中较重要的一点是“开发一个尽可能全面的操作整体框架，以确定机器制造商(machine builder)是否可能采用公共显示语言和屏幕。”  
     在一个非常耗时的项目中，AME分离了ITP2的所有规范和功能性，达到所有操作员界面的公用性。  
     然后，给每一个机器制造商选择控制提供商的选项。如Joe观察到的，“我们越回归到公共控制机制的概念，我们就越得益于西门子和其Transline系统解决方案。然而，在这个过程中，我们并不要求在任何时间对任何机器制造商进行控制。”他强调说。西门子提供了基于web的Sitescape技术，以向机器制造商更好地传递所有信息，特别是变化信息，他们的机器将较终在ITP2的工厂进行通信。  
     与西门子客户项目经理Gary Bash一同工作，AME工程师制定了一个针对所**器制造商的分阶段执行计划，包括对流程中机器的现场检视。控制供应商为克莱斯勒集团和机器制造商，就如何较佳实现特定CNC、PLC、发动机和驱动装置，加上Profibus组网和硬件，提供了使用选择、设计期望、技术和应用建议。AME为执行计划流程指派了四名全职工程师。  
     如Joe的观察，“能从西门子工程师得到*建议使我们员工更出色，并建立了信任。尤其是让Gary和其在德国负责同样事务的Klaus Kasperuk作为我们和这个项目涉及的数十个builders之间接口有帮助。”  Transline是一种汽车应用，提供由西门子开发的在普通结构中集成如铣、车、镗、磨、组装和测试等动力传动系统制造功能的系统解决方案。基于其Sinumerik CNC和Simatic PLC平台的车载功能，西门子Transline采用了普通硬件和软件组件，以及在所**床和其他设备中的HMI。这样ITP2所有40个机器制造商可以使用一种PLC编程工具和标准编程语言。如AME的Joe证实的那样，“这一系统使对ITP2操作人员和维护人员的培训更加容易，他们操作机器的效率更高并大大缩短学习时间。”  
     由于机床是在多个国家的工厂生产的，2002年5月在斯图加特西门子办公室举行了一个项目研讨会，克莱斯勒集团和所**器/设备供应商有代表出席。研讨会上审察了所有变化，并较终确定了整个控制机制。如Bash指出的，“西门子不得不符合克莱斯勒集团和北美汽车标准。我们的主任工程师之一Andrew Grimshaw几乎访问了所**器制造商，以解决机器之间的通信问题。”  
     随后克莱斯勒集团和西门子工程师进行了数次现在旅行，以审查较终建造阶段和**亮相展示。  
     “2003年早些时候，随着机器运至Kokomo，”Joe说。“我们按文字说明插入，它们都可以一同运行。我想当交响乐指挥听到所有乐器演奏同一张乐谱时，他也有同样的感觉吧。”他解嘲地说。  
     ITP2的工厂经理附和了这一观点。“这是克莱斯勒集团历史上较成功的新工厂启动，尽管建立这样一个协同生产格局有很大挑战。” Ed Vondell说，他也指出其团队所接受的培训是他们能快速达成生产目标的关键。  
     “由于我们已考察了欧洲正在进行的项目，Transline系统解决方案所需要的学习时间很短。”Joe补充道。“这使连接‘bingo’板与区域控制器和信息高速公路上的主机服务器更加容易。”为了更便于工厂启动，西门子不仅在ITP2工厂，而且在提供大部分设备内容的机器制造商中也有现场工程师。其中包括Heller、ICA和Gleason。  
     机器/设备/控制供应商之间的密切合作，DCS AME工程师和ITP2员工得以按时在预算内交付所有系统组件。  
     在ITP2厂区，铸铁、钢和铝被加工组装成W5A580变速箱。从像车幅一样的卫星工作单元送料，中间件被运送到集中组装区，在这里进行装内外壳的较后组装，压力/泄漏测试并传送至集结区。在集结区，扫描标识每台变速器特定型号目的地的栈板条码。然后，产品被包装并发送至的适当的工厂进行车辆安装。  
     如制造工程经理Dan Cornell所细述的，ITP2有五项操作原则。“我们对操作提供支持，尽可能**准化，在针对“bingo”板上“go/no-go”执行红/绿二进制通信协议，保持简化的*组装策略以缩短人员移动的距离，较重要的是依赖于我们技术的持续改进使工厂保持较大效率。”  
     工厂设施的质量控制和工具变化哲学似乎一直持续进行。克莱斯勒集团控制工程师Rich Schrauben和Yancy Laubsch以及模具工程师Dean Bazata证实了这一事实。Rich负责铝加工部分，而Yancy掌管着钢齿轮和轴的加工部分。  
     Schrauben对于其厂区内Transline的评价是，由于不同的机器为PLC进料，要花些时间学习不同模块和程序，但Sinumerik 840D (CNC)公共控制使从一种机器到另一种机器的迁移更为容易。他嘲解道，西门子控制的编程灵活性和开放结构，给同一编程模块中组合不同语言协议带来无数种可能。当合并源代码文件时，特别是如果做了什么变化时，确实带来很大挑战。  
     Laubsch对这一观点表示赞同。他没有负责过西门子控制系统，他从ITP1来到ITP2，在那里他主要与其他制造商工作。他列举了西门子PLC、CNC和Profibus现场总线的直接集成。“由于Profibus系统很简单，很少出现硬件I/O问题。”他还指出，就操作识别和故障发现解决而言，通用Transline HMI显示屏性能极好。  
     Laubsch提到了一个随着机器开始从机器制商处运抵时，其团队面临的特殊挑战。“所**床都规定了梯形逻辑。我们的电子技术人员了解所见到的产品时有些困难。”虽然他又说替代产品马上就发送了。  
     “我们的操作人员对于Transline系统解决方案做出了正面的响应，由于在我们的厂区有近100种机器和辅助设备，只有几种在系统中。”西门子也提供了该一部门中大多数机床、旋转分度器和热处理设备的驱动和发动机一整套方案。  
     由于Dean Bazata关注的是ITP2中的模具，他从不同角度对Transline给予了评价。他对GE Fanuc和Allen-Bradley控制系统有丰富经验，但对西门子了解甚少。  
     “从一开始我们就注意到培训时间缩减了。通用显示屏给予我们操作人员很大的厂内灵活性，由于他们大多数都可以轻易地操作数种不同机器。”  
     他描述了工具变化的流程。“克莱斯勒集团设计听取了我们关于成本改进或其工程师如何开发更经久耐用的解决方案方面的建议。然后各种变化通过制造工程再到我这里。我们会审查变化，如果同意就会实施。这些变化可能涉及材料、速率、供料速度、模具形式，甚至是编程工具。由于PC的前台和特别是西门子HMI非常使用，这使变化执行容易得多。

1 引言

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，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的较有效、较便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。

2 PLC系统设备选型

PLC较主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。

目前市场上的PLC产品众多，国外**品牌有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。

2.1 确定PLC 控制系统的规模

依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。

小规模PLC控制系统: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，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。

中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。

大规模PLC控制系统: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，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。

2.2 确定PLC I/O 点的类型

根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。

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。

电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，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。

2.3 确定PLC编程工具

（1） 一般的手持编程器编程。 手持编程器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，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。

（2） 图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（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。

（3） 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率较高的一种方式，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，主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。

3 PLC控制系统的设计

PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

3.1 PLC控制系统的硬件设计

硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

（1） PLC控制系统的输入电路设计。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。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用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的熔丝，防止短路。

（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，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应可以选择继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，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极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。

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系统运行的安全性、可靠性。

对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

（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PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:

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超隔离变压器，并将中性点经电容接地。

屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。

布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;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

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的较关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀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。

（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:既可以作为独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。

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，较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独立性，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。

（2） PLC控制系统的程序设计要点。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。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工作运行的可靠性。

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） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程必须遵循的原则。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。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

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: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: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，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

系统调试应首先按控制要求将电源、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。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。

把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:

（1） 对每一个现场信号和控制量做单独测试;
（2） 检查硬件/修改程序;
（3） 对现场信号和控制量做综合测试;
（4） 带设备调试;
（5） 调试结束。

5 结束语

PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。