西门子PLC模块6ES7211-1AE40-0XB0

欧姆龙PLC工作原理

在此就欧姆龙PLC（可编程控制器）的SYSMAC PLC中共通的基本动作，对初次选用欧姆龙PLC的客户以必要的术语为中心进行解说。但不包括您购买后的FA系统和PLC编程设计时所需要的技术信息。

I/O刷新

在PLC（可编程控制器）中，客户所设计的用户程序通过一边读写PLC内的存储器区域（欧姆龙称「I/O存储器」）的信息一边将指令从开始到*后逐个执行的方式来进行处理。另一方面，对于与PLC或I/O单元直接相连的感应器/开关等PLC外的数据，按照一定时序，会与PLC内的「I/O存储器」的数据一并更新。这种PLC外的数据与PLC内的I/O存储器的数据的一并更新，即称为「I/O刷新动作」。

了解按照怎样的时序进行I/O刷新，在研究客户所设计的FA系统和用户程序的动作时非常重要。SYSMAC PLC的情况下，该I/O刷新动作会在执行完所有的指令后马上进行。（参见下图）

周期时间

在PLC处理周期中，从I/O刷新执行（开始）到下一次的I/O刷新执行（处理）之间的时间，即周期时间。

周期时间包含共通处理（自我诊断）、用户程序执行处理、I/O刷新处理、外围服务处理等所需要的时间。

1 如周期时间过长，则与PLC外部进行数据更新的周期变长，输入输出的响应时间变长，导致无法获取比周期时间短的输入的变化。

2 如周期时间短，则输入输出的响应时间变短，可进行高速处理。

3 如更改周期时间，则命令的执行间隔及输入输出的响应时间也会改变。

SYSMAC PLC的情况下，可按照以下的步骤计算出周期时间。

周期时间（Cycle time）=共通处理时间+指令执行时间+I/O刷新时间+外围服务时间

各SYSMAC PLC机种的执行时间的计算方法，在产品手册中有记载

中断任务

通常，在PLC的处理周期内，用户程序包括I/O刷新等其他处理，将按顺序执行。（参见「I/O刷新」项）。在这个处理周期中能够优先执行的处理，即中断任务。如事先指定的中断条件成立，则中断处理周期，优先执行该处理。（根据SYSMAC PLC机种的不同，也有将「中断任务」表示为「中断程序」的情况，在本文中采用CS/CJ系列中使用的「中断任务」的表示法进行说明）。例如，在SYSMAC CS/CJ系列中，作为中断任务，可提供断电中断、定时中断、I/O中断、按内部计时器的恒定周期中断、外部中断等方式。

主要的中断任务内容断电中断电源切断时执行定时中断按一定的时间间隔执行I/O中断在中断输入单元的接点上升沿处执行外部中断有来自高功能I/O单元、CPU高功能单元、内插板（仅CS系列）的请求时执行

I/O分配在用户程序中，为了对PLC内装载的输入输出单元的输入、输出信号进行处理，有必要事先为其分配PLC内的I/O存储器的地址。将PLC内装载的单元的输入、输出信号分配到I/O存储器上，即为I/O分配。CPU单元即根据该I/O分配信息执行装载单元及I/O刷新动作。将PLC内装载的单元的输入、输出信号分配到I/O存储器上，即为I/O分配。CPU单元即根据该I/O分配信息执行装载单元及I/O刷新动作。

在线自动登录离线自动登录 CPU单元的存储区域在PLC内，进行用户程序、I/O存储器的数据及注释信息、CPU单元及高功能单元的设定信息、登录I/O表信息等各类的数据的处理。保存这些PLC所处理的全部数据的地方，即CPU单元内的存储区域。SYSMAC PLC时，有以下3种存储区域，由电池支持。此外，在SYSMAC CS/CJ系列，因有内置闪存，可将存储区域的内容受到支持，即使电池的电压降低，用户程序和参数区域的数据也不会消失。用户程序区域记录客户所设计的用户程序。 I/O存储器区域通过指令的操作码，可以访问该区域。记录通道I/O（CIO）、内部辅助继电器、保持继电器、特殊辅助继电器、数据存储器、扩展数据存储器、计时完成标志?当前值、计数完成标志?当前值、任务标志、变址寄存器、数据寄存器、条件寄存器、时钟脉冲等的信息。I/O存储器区域的数据中包括：断电后恢复时，内容会被清除的区域，以及可保持以前的信息的区域。参数区域PLC所处理的各种初始设定信息。记录PLC系统设定、登录I/O表、路由表、CPU高功能单元系统设定等的信息。

压力机主要用于生产汽车白车身各种冲压零部件。压力机与模具配合完成汽车冲压件的拉延、修边的过程中，需要调整滑块高度，适应不同高度的模具，其调整精度和稳定性直接影响汽车冲压件的质量。

应用的主要工艺点及要解决的主要问题

某汽车公司冲压四车间使用的小吨位压力机的滑块调整显示表是机械式的，精度和稳定性差，操作人员目视机械式显示表不方便，容易读出错误数据，从而造成设备过载，引起设备故障和设备事故。而且压力机上安装有滑块调整上下限位，如果压力机单次运行或寸动，容易将限位开关打坏，上下限位开关起不到保护作用，容易引发安全事故。

为解决上述问题，汽车行业普遍采用编码器解决方案。此方案利用旋转编码器记录滑块高度，将信号送给欧姆龙PLC高速计数模块，经过欧姆龙PLC处理转化为十进制数值，然后显示滑块高度。编码器方案的程序框图见图1。

图1 编码器方案的程序框图

但是对比接近开关方案，编码器方案的成本投入大，同时要求PLC能支持高速计数模块，对现场的环境要求高。两种方案的比较表见下表1。

表1 方案比较表

从上面的比较可以看出，接近开关方案比编码器方案节省近7000元，而且安装比较方便，对PLC系统的要求也低，还能达到规定的精度和稳定性。

目前，我们采用的是接近开关方案。此方案通过接近开关检测压力机机械传动轴旋转的圈数，将信号送到欧姆龙PLC，经过内部程序处理，输出到欧姆龙PLC数字量输出模块，在BCD码显示器上显示滑块高度。接近开关方案的程序框图见下图2：

图2 接近开关方案的程序框图

接近开关方案的改造步骤如下：

1、利用压力机设备上现有的接近开关，检测滑块调整机构丝杆旋转的圈数，将检测到的圈数送入欧姆龙PLC。我们运用欧姆龙PLC的特殊指令INC和DEC，通过BCD递增和递减功能来实现传动轴正转和反转时，检测圈数的加减。程序见下图3。

图3

2、利用游标卡尺测量传动轴旋转一圈时滑块实际移动的距离，得出传动系数。反复测量几次后求平均值，提高传动系数的计算精度。

3、经过程序的运算，将传动圈数乘以传动系数，就可以得出滑块调整高度的当前值，再通过欧姆龙PLC将数值以BCD码的形式，在欧姆龙PLC的输出模块（OC222），以继电器形式输出。程序见下图4。

在现场压力机滑块调整需要显示四位数，我们在欧姆龙PLC（型号：CQM1H-CPU21）后面再加一个16点的输出模块（OC222），用四个输出点来显示一位数字，就可以正常显示这四位数。

图4

4、为了提高检测精度，需要在程序里做采取一些措施，防止错误信号的输入影响PLC的正常检测，程序见下图5。

图5

5、同时需要在程序里设置上下软限位来控制滑块调整的行程，防止硬件限位不起作用而发生超行程现象。程序见下图6。

图6 上下软限位程序

此方案在某汽车公司冲压四车间应用成功之后，迅速复制到冲压二车间，同样也取得了成功，不仅解决了滑块高度显示的问题，也节省了成本。在某汽车公司新建的冲压生产线，此方案可以作为标准解决方案应用，从源头解决类似问题