西门子802C数控系统的二次开发技术

5、西门子802C系统循环周期测试方法

　　802C数控系统经二次开发后，NC通道的实时性受二次开发的影响不大；而集成PLC程序无论由例程库中的子程序搭建而成，还是自行开发，皆对其逻辑控制实时性产生一定的影响。因此，数控系统在二次开发完成后，必须对其集成PLC的循环周期进行估计和测量。

　　文献[5~7]分别从PLC工作原理、扫描周期、输入输出延时和程序设计等方面对PLC响应延时误差进行分析，并且文献[6]和[7]在理论分析的基础上，提出相应的限制条件，在满足这些条件的前提下，就能减少输入输出响应时间，防止输入信号丢失，保证定时器正常工作，提高控制的实时性能。文献[8]在分析PLC软件执行时序和硬件响应合理配合的重要性的过程中，采用了一种PLC程序扫描周期的测试方法。但此种测试方法存在不大于一个扫描周期的随机测试误差，并且未形成信号闭环，不符合PLC实际工况。在充分分析文献[5~7]中响应实时性影响因素的基础上，鉴于文献[8]中测试方法的弊端，提出一种符合PLC实际工况的循环周期测试方法，并针对此种测试方法的不足，提出了相应的改进措施。

表2 802C集成PLC与S7-200部分配置对比

　　5.1 循环周期时间测试方法

　　本文提出的循环周期测试方法主要利用集成PLC的累加计时器（TONR）的记忆时间功能测量循环周期时间。系统循环周期测量的信号链接线路和PLC程序详见图6和图7。Q0.0外接蜂鸣器，Q0.1信号线接入I0.1，形成信号的闭环回路。I0.0链接一个开关量信号，作为周期测试的启动按键。按下测试启动按键，计时器T1开始计时， 同时开关量信号沿信号闭环回路传送，待闭环信号偱行一周，则T1累加记录集成PLC此循环周期。多次按动启动按键，计时器T1累加记录多个循环周期时间。当T1循环周期累加值大于周期测量设置时间值时，则蜂鸣器鸣叫，同时T1清零复位。从而实现了多个循环周期的累加测量。

图6 PLC循环周期测试接线

图7 系统循环周期时间测定PLC程序

　　循环周期测量结果可采用循环周期的时间上限Tu和时间下限Td的公式，进行多次测量和均值计算，不断逼近真实值。循环周期时间上限Tu和时间下限Td的计算公式如下：

Tu=t/n,Td=t/(n-1)

　　其中，t为计时器设定时间，n为按键次数。

　　PLC循环周期测量随计时器设定时间值t的增大，按键次数n相应提高，所测量出的Tu和Td更接近于PLC的循环周期，所以时间设定值t越大，循环周期的测量精度越高。此循环周期测量方法不仅简便，而且测量精度相当高，可达到毫秒量级。

　　5.2 循环周期测试方法的改进

　　此循环周期测试方法仍存在按键频率不够高的弊端，否则出现按键次数的误记录，导致最终测量结果不正确。为改良这一弊端，可采用中间变量对I0.0和I0.1的信号进行互锁，并采用计数器进行循环周期次数的记录。蜂鸣器鸣叫后，采用集成PLC编辑软件Programming Tool 802运行监视功能读出计数器中的周期次数。经上述循环周期测量公式计算，即可求出集成PLC的循环周期。

6、结论

　　1）本文在分析西门子802C数控系统的软硬件结构的基础上，利用SIEMENS数控系统实验平台，对802C数控系统的二次开发技术进行系统化研究，并着重分析系统二次开发技术中的集成PLC的开发技术的意义。

　　2）介绍集成PLC辅助变量的编程方法；在肯定PLC例程库积极作用的前提下，指出例程库在应用中存在的弊端。

　　3）通过相关技术指标的对比，证明802C集成PLC S7-200与普通S7-200存在相当大的性能差异，故在集成PLC程序开发时须加以注意。

　　4）在分析相关文献和测试方法的基础上，提出一种PLC循环周期的测试方法。此种测试方法简便，并且计时精度较高；并针对测试方法的弊端，提出了相应的改进措施。

　　5）经济型数控系统二次开发技术的系统化研究不仅将推动中低端数控机床的普及，满足中小企业对成本低、效率高、加工精度高、质量稳定的中低端数控机床的迫切需求，而且对具有特殊控制功能的数控设备的开发研究有促进作用。因此，中小型经济型数控机床控制系统二次开发技术的系统化研究具有重要意义。