仿真软件S7-PLCSIM在磨床数控化改造中的应用.pdf

Q二 鱼 CN41一l 1 4 8／TH 轴 承2 0 1 0 年1 2 期 Be a r i n g 2 01 0， No ．1 2 仿真软件 S 7一 P L C S I M在磨床数控化改造中的应用 王君 辉 ， 尹敏 西北轴承股份有 限公 司， 银川 7 5 0 0 2 1 摘要 以仿真软件 s 7一 P L C S I M在立式磨床 R O P C 2 0 0数控化改造调试中的应用为例， 详细介绍了s 7一 P L C S I M的 主要功能及其使用方法， 对比了其与实际 P L C的区别。应用 s 7～P L C S I M软件可以在计算机上对 s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C的用户程序进行离线仿真与调试， 在程序开发阶段发现和排除错误， 优化程序， 调试效果好， 使用方便、 安全。 关键词 数控磨床； P L C ； 软件； 仿真； 调试 中图分类号 T G 5 9 6 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 03 7 6 2 2 0 1 0 1 2 0 0 1 5 0 4 大型立式磨床 R O P C 2 0 0主要承担直径 1 ． 5 m 以上大型轴承套圈 的研磨工作 ， 经过多年使用 ， 机 床的电气元件严重老化 ， 故障率增 高， 研磨精度 降 低 ， 已影响到正常的使用 。因此， 需对该机床 的电 气系统进行全面的数控化改造 。改造后 的电气系 统采用 8 4 0 D数控单元配 以 S 73 0 0 P L C进行控 制。 P L C作为数控机床的重要组成部分 ， 对机床动 作的可靠执行起着 至关重要 的作用。P L C的用户 程序在编制过程 中难 免会出现一些缺 陷和错误 ， 尤其是对于那些比较复杂的控制任务 ， 因此 ， 用户 程序在设计好 之后 一般 都需要 进行 调试 、 修 改。 通常情况下 ， 调试工作直接在硬件 P L C中进行 ， 但 有时程序设计好之后 ， 硬件 P L C尚未 购买或控制 设备不在本地 ， 这就对程序 的调试和修 改带来 不 便。而且在实际的硬件系统 中进行程序调试具有 较大的风险， P L C的某个错误输出信号可能会导致 机损事故甚至危及工 作人员 的人身安 全。因此 ， 如果能够在没有 P L C硬件 的条件下就可以对 P L C 用户程序进行仿真调试 ， 将起到事半功倍 的效果 。 对于 S 73 0 0 ／ 4 0 0 P L C来说 ， S 7一P L C S I M软 件能够实现在计算机上代替硬件来仿 真和调试用 户程 序 。与 传 统 的 经 验 方 法 相 比较 ， 用 s 7一 P L C S I M软件在计算机上仿真具有 以下优 点 1 可进行不依赖于硬件的程序测试与调试 ； 2 在程 序开发阶段消除大部分错误 ； 3 降低开发成本 ， 加速开发进程 ， 提高程序质量。 收稿 日期 2 0 1 01 01 1 1 S 7一P L C S I M 概 述 1 ． 1 主要组成部分 1 ． 1 ． 1 仿真窗口 S 7一P L C S I M与 S T E P 7编程软件集成在一起 ， 需要单独安装 ， 先安装好 S T E P 7软件 ， 随后安装的 S 7一 P L C S I M会 自动嵌人 S T E P 7中。使用时点击 S T E P 7的S I M A T I C管理器工具条中的刨 按钮， 就 可以打开 s 7一 P L C S I M仿真窗 口， 仿真窗 口如 图 1 所示 。 图 1 s 7一P L C S I M 仿真窗 口 1 ． 1 ． 2视 图对 象 s 7一P L C S I M用仿 真 P L C来模拟实际 P L C的 运行 ， 所有 用户程序的调试都是通过视 图对象来 进行的。s 7一 P L C S I M提供 了多种视 图对象 ， 可以 实现对仿真 P L C内的各种变量 、 计 数器和定时器 的监视与修改。 S 7一P L C S I M 的视 图对象 包括 C P U、 输 入 变 量 、 输 出变量 、 位存储 器、 定 时器 、 计数器 、 通 用变 量和垂直位变量等多种视 图对象。其 中， C P U视 图对象是在打开 s 7一P L C S I M窗 口时 自动形成， 其 他视 图对象要在仿真 P L C窗 口中通过 “ I n s e r t ” 菜 单生成。通过视 图对 象可 以对 P L C的输入 、 输 出 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 轴承 2 0 1 0 ． №． 1 2 映像区和 内部存储 区的状态进行模拟与监视 。在 插入的视 图对象 中输入存储 区地址 ， 即可显示存 储区地址及存储 区数据状态 ， 可选 的数据显示格 式有位、 二进制、 十进制 、 十六进制、 B C D码 、 整数 、 实数等。 图 1中标有 “ C P U” 的小窗 口是 C P U视 图对 象。在 C P U视图对象中， 可以用单选框选择仿真 P L C的运行 R U N 、 停 止 S T O P 和 R U NP模 式 ， 分别 由指示灯 指示。在 R U N模式 和 R U NP 模式下 C P U均能运行用户程序 ， 两者区别在于 在 R U NP模式下可 以下 载和修改 程序， 而在 R U N 模式下则不能 ； 某些 监控操作只能在 R U NP模 式下进行。点击 C P U视 图对象上 MR E S 存储 器 复位 按钮可以复位仿真 P L C的存储器 ， 删除程序 块与系统数据， 复位之后 C P U将 自动进人 S T O P模 式 ； 指示灯“ S F ” 亮表示有硬件 、 软件错误 ； “ D P ” 指 示灯则用于表示 P L C与远程 I ／ O或者分布式外设 的通信状态 ； “ D C ” 指示灯用来表示电源的通／ 断情 况 。用菜单“ P L C ” 中的命令可以接通或断开仿 真 P L C的 电源 。 1 ． 1 ． 3 L A Y文件 和 P L C文件 用 s 7一P L C S I M 仿 真 时会 自动生 成 l _J A Y 和 P L C两种格式的文件 ， 退 出仿真软件时将会询问是 否保存 L A Y文件或 P L C文件。L A Y文件用 于保 存仿真时各视 图对象 的信息 ， 例如各视 图对象选 择的数据格式等； P L C文件用于保存上次仿真运行 时设置的数据和动作等 ， 包括程序 、 硬件组态、 C P U 工作方式的选择 、 运行周期模式 单周期或连续运 行模式 的选择 、 I ／ O状态、 定时器的值 、 符号地址 、 电源的通／ 断等。 1 ． 2 主要 功能 1 可对 S 73 0 0和 S 74 0 0 P L C的用户程 序进行离线仿真与调试 ， 可访 问模 拟 P L C的 I ／ 0 存储器 、 累加器 和寄存器。通过在 仿真运行窗 口 中改变输入变量 的 O N ／ O F F状态来控制程序 的运 行 ， 并观察有关输 出变量 的状态来 监视程序运行 的结果 。 2 可实现定时器和计数器的监视和修改 ， 通 过程序使定时器 自动运行或手动复位。 3 可模拟对位存储器 、 外 围输入变量区和外 围输出变量区的操 作 ， 以及对存储在数 据块 中的 数据 如 D B 1 ． D B X 0 ． 0或 D B 1 ． D B W0等 的读写。 4 可在仿真 P L C中使用 中断组织块测试程 序的特性 ， 并记 录一系列操作事件及 回放记录， 从 而 自动测试程序。 S 7一P L C S I M可 以模拟 一个 S 7控 制器 ， 并且 在仿真 时可 以使用 表 1中的资源 。另外 还具有 对大部分组织块 、 系统功能块和系统功能 的仿 真 功能。 表 1 s 7一P L C S I M在仿真 时可 以使 用的存储 区域 存储器区域 描述 定时器 T O～ T 2 0 4 7 M存储器 1 6 K字节 I ／ O地址范围 1 6 K字节 过程映像区 最大 1 6 K字节 本地数据区 最大 6 4 K字节 逻辑块和数据块 2 0 4 8 F B ／ F C， 4 0 9 5 D B 1 ． 3 调试程序 的一般步骤 1 在 S I M A T I C Ma n a g e r中打开相应 的 P L C 用户程序 ， 点击工具栏上的按钮 ， 或者执行菜单 “ O p t i o n s ”中 的 “ S i m u l a t e Mo d u l e s ” 命 令 ， 即 弹 出 S 7一P L C S I M的界面窗 口， 此 时 自动生成 C P U视 图 对象 ， 自动建立 S T E P 7与仿真 C P U的连接 。 2 在菜单 “ P L C ”中选择“ MP I A d d r e s s ” ， 设 置准备模拟的 P L C的地址。 3 在 S I MA T I C Ma n a g e r中将准备模 拟 的用 户程序下载到仿 真的 P L C中 操作与在实际 P L C 上的操作一样 。 4 在 s 7一P L C S I M 窗 口的“ E x e c u t e ” 菜单 中 选择 “ S c a n Mo d e ” 扫 描模 式 ， 选 择 “ C o n t i n u o u s S c a n ” 连续 扫描方式 ， 并将 C P U工作方式选 为 “RUN P”。 5 在“ I n s e r t ” 菜单 中选择插入相应的输入变 量 、 输 出变量或定 时器 、 计数器等 ， 即图中 C P U窗 口以外 的窗 口。通 过改变这些变量 的值 ， 便可观 察 P L C程序在这些量变化后的运行情况。 此时 ， 仍可用 S T E P 7中的变量监控或程序块 在线监视等功能来测试 P L C程序 ， 也可查看 当前 C P U的状态 扫描时间 、 存储空间等 ， 操作方法与 实际 P L C的操作相同。 1 ． 4 相 关设 置 1 ． 4 ． 1 扫描 方 式 s 7一 P L C S I M可 以用两种方式执行仿真程序 1 单次扫描。每次扫描包 括读外设输入 、 执 行程序和将结果写到外设输出。C P U执行 一次扫 描后处于等待状态 ， 可 以用菜单命 令“ E x e c u t e ” 一 “ N e x t S c a n ” 执行下一次扫描。通过单次扫描可以 观察每次扫描后各变量的变化。 2 连续扫描。这种运行 方式 与实际的 C P U 执行用户程序相 同， C P U执行一次扫描 后又开始 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王君辉等 仿真软件 s 7 ～ P L C S I M在磨床数控化改造中的应用 下一次 扫描 。 1 ． 4 ． 2符 号地 址 为了在仿 真软件 中使用符号地址 ， 执行菜单 命令“ T o o l s ”_ “ O p t i o n s ” “ A t t a c h S y m b o l s ⋯ ” ， 在出现 的“ O p e n ” 对话框 中打开当前 的项 目， 找到 并双击 符 号 表 “ S y m b o l s ”图标 。执 行 菜 单 命 令 “ T o o l s ” “O p t i o n s ” “ S h o w S y m b o l s ” ， 可 以显 示 或隐藏符号地址 。垂直位视 图对象可 以显示每一 位的符号地址 ， 其他视 图对象在地址 区显示符号。 2 主轴 电动机调速控制仿真 以 R O P C 2 0 0磨 床 的主轴 电动机调速控 制为 例 ， 来说明使用 s 7～P L C S I M 软件 进行仿 真 的方 法。主轴 电动机控制要求为 按下启 动按钮 ， 主轴 电动机启动 ， 电动机 自动升速到 7 0 0 r ／ m i n ， 并保持 不变； 按下停止按钮 ， 主轴 电动机停止运行 。使用 s 7一P L C S I M软件调试程序 的步骤如下 1 首先 用 S T E P 7软件对 系统进 行硬件组 态 ， 然后打开 已经编好 的用户程序。启 动按钮为 I 4 ． 0 ， 主轴 电动机启 动输 出信号为 Q 1 2 ． 0 ， 停止按 钮为 I 4 ． 1 ， 程序如图 2所示 。 图 2 仿 真的用户程序段 2 在 S I MA T I C Ma n a g e r 的菜单“ O p t i o n ” 中选 择“ S i mu l a t i n g M o d u l e s ” 为 O N状态 ， 表示选择仿真 调试 。 3 在 s 7一P L C S I M软件中新建 P L C文档 ； 选 择菜单命令“ P L C ” “ P o w e r O N ” 打开仿真 P L C 的电源； 选择仿真 P L C的工作方式为 S T O P状态； 选择菜单命令 “ E x e c u t e ” “ S c a n Mo d e ” “ S c a n C o n t i n u o u s ” 连续扫描方式 。 4 选择菜单命令“ P L C ”一“ D o w n l o a d ” ， 把程 序下载到仿真的 C P U中。 5 在 s 7一P L C S I M软件中模拟实际操作 。选 择仿真 P L C的工作方式为 R U N状态 ， 按下启动按 钮 ／ 4 ． 0 ， 主轴 电动机开始运行 ， 自动升速， 速度值 送 到 MW2 0 ； 选择菜单命令 “ D e b u g ”一“ Mo n i t o r ” ， 可以监视 S T E P 7软件 中梯形图程 序的运行情况 ， 图 3为模拟实际升速过程 。 图 3 实 际升 速 过 程 6 在 s 7一P L C S I M 软件 中模拟实际操作时 ， 如果检测到程 序 出错 ， 会调用 相应 错误 组织 块。 S 7一P L C S I M软件支持对硬件 中断组织块 O B 4 0～ 0 B 4 7的仿 真 ； 支 持 对 时 钟 中断 组 织 块 O B 1 0～ O B 1 7的仿真； 支持对扫描周期大于最大允许循环 时间的中断组织块 O B 8 0的仿真。 7 保存生成 的 P L C文档 ， 以便下次仿真时直 接调用设置 。 3 仿真 P L C的特点 3 ． 1 与实际 P L C的区别 1 P L C S I M 不支持对 功能模块 、 通信 和 P I D 程序 的仿真。 2 不支持写到诊断缓冲区的错误报文 ， 例如 不能对电池失 电和 E E P R O M 故障的仿真 ， 但是可 以对大多数 I ／ O错误和程序错误进行仿真。 3 工作模式 的改变 例如 由 R U N转换 S T O P 模式 不会使 I ／ O进入“ 安全” 状态。 4 在某些情况下 s 7～ 4 0 0与只有两个累加 器的 S 7 3 0 0的程序运行可能不 同。 5 大多数 s 73 0 0 C P U的 I ／ O是 自动组态 的， 模块插人物理控制器后被 C P U自动识别， 而仿 真 P L C没有 这 种 自动 识 别 的功 能。 因此 ， 在用 s 7 一P L C S I M仿真 s 73 0 0程序时， 如果想定义 C P U支持的模块 ， 首先必须下载硬件组态。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曼 Q Q 鱼 CN41一l1 48 ／TH 轴承2 0 1 0 年1 2 期 Be a r i n g 2 01 0， No． 1 2 1 82O 精研大尺寸钢球时表面烧伤的控制 张武虎， 那卓 沈 阳钢球有 限责任公 司， 沈阳 1 1 0 1 2 8 摘要- 分析钢球在研磨加工中表面烧伤产生的原因， 重点确定出与大尺寸钢球表面烧伤有关的研磨板硬度、 工 作压力、 磨板转速、 磨板圆弧沟槽曲率和深度等参数， 并加以控制。改变传统的进球结构方式， 在进球的喇叭口 处设置柔性材质分配器， 有效地避免了钢球表面烧伤的产生。 关键词 滚动轴承 ； 研磨 ； 钢球 ； 表面烧伤 中图分类号 T H1 3 3 ． 3 3 ； T G 5 8 0 ． 6 8 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 03 7 6 2 2 0 1 0 1 2 0 0 1 8 0 3 钢球表面烧伤是钢球在研磨加工过程中因撞 击 、 摩擦而使其表面产生瞬时温升 ， 发生热变质 的 现象。研究表 明， 钢球 的表 面瞬时温升达到一定 温度后 ， 其表面的基体组织 马氏体改变为点状 、 片 状或线状的屈 氏体或二次淬火 马氏体组 织， 使 区 域 内原有 的硬度降低 2～ 4 H R C， 接触疲 劳强度显 著下降 ， 使用 寿命降低约 1 6 ％【 1 J 。J B ／ T 1 O 3 3 6 ～ 2 0 0 2 滚动轴承及其零件 补充技术要求 中也 明确 提 出“ 轴承零件工作表面经酸洗后不应有烧伤” 。 因此 ， 必须对钢球的表面烧伤加以控制 。 1 钢球表面烧伤产生的原 因 1 ． 1 点状烧伤 点状烧伤是研磨 加工 中钢球表 面产生 的局 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 0 ； 修 回 日期 2 0 1 0 0 8 2 7 部、 不连续二 次淬火或二次 回火烧伤。产生点 状 烧伤的主要原因有 1 进球 的工装分配器松动 ， 错位钢球进入磨 板前瞬时停顿被转板撞击 。 2 磨板的硬度不均匀 ， 钢球滚动至特硬质点 时产生相对滑动。 3 磨板的工作表面有铸 造缺陷 如砂眼 、 气 孔 、 缩孔等 ， 当钢球运动至缺陷处 时与之刮擦产 生局部温升。 4 当磨板转速过高时输料盘转速与之不 匹 配 ， 钢球在进球 口处断 流， 恢复进球后首粒钢球在 喇叭口处受到转板的瞬间冲击 。 5 磨床 的旋转精度 不合格 ， 尤其 是转板和 定板 的同轴度 严 重不 合格 时 ， 钢 球 在磨 板 沟槽 内转动 ， 由于磨 板 的严 重摆 动 而使 钢球 受 到 冲 击 3 ． 2仿真 P L C特有的功能 1 仿真的 C P U中正在运行时可以用“ S t o p ” 选项中断程序 ， 恢复“ 运行” 时是从程序 中断处开 始继续处理程序 ， 对程序状态不会有什么影响。 2 与真实的 C P U一样 ， 仿真软件可 以改变 C P U的操作模式 R U N， R U NP和 S T O P ， 但 与 实际 C P U不同的是仿真的 C P U切换到 S T O P模式 并不会改变输 出的状态 。 3 仿真软件 中在 目标视图 中变量的每个改 变， 其存储区对应相关地址的内容会被同时更新， 而实际的 C P U要等到扫描结束 时才会修改存储 区 的数据。 4 可 以选择单次扫描或者连续扫描。 5 可以使定时器 自动运行或手动运行 ， 可以 手动复位全部定时器或复位指定的定时器。 4 结 束 语 仿真软件 s 7一P L C S I M不需要硬件连接 ， 使用 方便 、 安全 ， 虽然与具体的硬件 P L C还有一定的区 别 ， 但不 会 影 响对 P L C用 户程 序 的测 试。通过 s 7一P L C S I M对用户程序进行调试 和故 障诊断 ， 可 以在程序开发 阶段发现 和排 除错误 ， 提高用户程 序 的质量 ； 同时， s 7一P L C S I M也是学习 s 73 0 0 ／ 4 0 0编程的有力工具 。 编辑 李超强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m