西门子、三菱、罗克韦尔、施耐德和国产系列，哪个PLC更强？

现在PLC的品牌众多，但不外乎欧美系、日韩系和国产系。欧美系比较常用的如西门子、施耐德、罗克韦尔和ABB等；日韩系比较常用的如三菱、欧姆龙、松下和LS电气等；国产系比较常用的如台达、和利时、汇川和信捷等。下面就来比较一下三系的PLC，究竟谁更强一些！

一、西门子PLC

S7系列产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500等系列，其中SI-200系列还有一个衍生产品 S7-200 SMART。LOGO和S7-200系列基本已经被淘汰，S7-300和S7-400西门子2010年之前主打的产品，现在西门子 主推S7-1200和S7-1500系列。

S7系列产品有自己专用的编程软件，LOGO系列使用LOGO!Soft Comfort ；S7-200系列使用STEP7 Microwin V4.0，目前最高版本SP9；S7-200 SMART使用STEP 7 Micro/WIN SMART编程软件，目前最高版本V2.5；S7-300和S7-400使用SIMATIC STEP7，目前最高版本V5.6；S7-1200和S71-1500使用博途TIA软件，是西门子目前最重视的软件产品，目前最高版V17，博途软件也适用S7-300和S7-400。西门子PLC的优点有：

LOGO和S7-200系列是超小型化的PLC，适合于单机控制或小型系统的控制，适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等；S7-300是模块化小型PLC系统，可用于对设备进行直接控制，可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，还适合中型或大型控制系统的控制，能满足中等性能要求的应用；S7-400则用于中、高档性能范围的可编程序控制器，能进行较复杂的算术运算和复杂的矩阵运算，还可用于对设备进行直接控制，也可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。

S7-1200是紧凑型PLC，是S7-200的升级版，具有模块化、结构紧凑、功能全面等特点，适用于多种应用，能够保障现有投资的长期安全。它采用更快的处理芯片，布尔运算执行速度从S7-200的0.22us提升到0.08us，提升幅度达275%，非常接近S7-300的水平，而且经过测试，S7-1200与S7-300计算速度基本一致，大幅领先S7-200系列。它采用的CPU工作存储器远超S7-200的存储器，支持存储卡的容量甚至超过了S7-300所支持的存储卡容量，标配PROFINET以太网接口，以及全面的集成工艺功能，可以作为一个组件集成在完整的综合自动化解决方案中。

S7-1500是新一代大中型PLC，比S7-300/400的各项指标有很大的提高，专为中高端设备和工厂自动化设计，可供用户使用的充足的资源和超高速的运算处理速度，拥有卓越的系统性能，并集成一系列功能，包括运动控制、冗余控制、工业信息安全，以及可实现便捷安全应用的故障安全功能。其创新的设计使调试和安全操作简单便捷，而集成于TIA博途的诊断功能通过简单配置即可实现对设备运行状态的诊断，简化工程组态，并降低项目成本。新推出的V17版本还支持基于WEB的编程方式，支持云端功能，View of things功能使得自定义网页变得更简单。

二、三菱PLC

三菱PLC在80年代进入中国市场，已有30多年历史。由于三菱PLC编程易学，功能强大，深受中国用户喜爱。目前FX1S、FX1N、FX1N的主机已经停止生产，由FX3SA、FX3GA、FX3U代替。FX2N的扩展模块，功能模块仍然正常销售。三菱新推出的三菱FX5u，它的应用编程与西门子编程有点相似，也使用功能块方式编程，FB和FC通信协议库，软件里面也内置指令帮助。

FX1S：三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。

FX1N：是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。

FX2N：在当时，是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

FX3U：是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。FX3U系列产品为FX2N替代产品。

FX3G：是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC，基本单元自带两路高速通讯接口（RS422&USB，内置高达32K大容量存储器，标准模式时基本指令处理速度可达0.21μs，控制规模:14~256点（包括CC-LINK网络I/O），定位功能设置简便（最多三轴）。

Q系列：Q系列有多种CPU，功能模块可选择，可连接7个扩展基板（包括主基板为8块），最多安装64个本地模块，此外还支持远程模块，本地及远程合计单CPU最大可控制点数8192点。Q系列PLC安装体积小，稳定性强，功能强大，可自由搭配各种功能。支持各种网络：CC-LINK、以太网、NET/10H、串行通信、Profibus、Modbus、SSC-NET等。其中新一代的QnU系列PLC具有USB编程口，QnUDE系列CPU自带以太网接口。

FX5U系列：虽小而精，与以往产品FX3U相比，系统总线速度大大提升了150倍，最大可扩展16块智能扩展模块，内置2入1出模拟量功能，内置以太网接口及4轴200kHz高速定位功能。

三、罗克韦尔PLC

罗克韦尔AB PLC产品线丰富，覆盖大中小型，下图是产品矩阵表。

大型控制系统：罗克韦尔自动化大型控制系统可适应最严苛的应用项目需求。它们提供模块化架构以及各种 I/O 和网络选项。这些强大的控制解决方案为过程应用、安全应用和运动控制应用提供世界一流的功能。大型可编程自动化控制器 (PAC) 专为分布式或监控应用项目设计，具备出色的可靠性和性能。包含以下三个系列：

（1）ControlLogix 控制系统：ControlLogix® 控制系统使用具有公共开发环境的通用控制引擎，可在易用环境下提供高性能。编程软件、控制器和 I/O 模块之间的紧密集成缩短了开发时间，降低了调试和正常运行时的成本。您可以在同一机架中执行标准和安全控制以获得真正集成的系统。利用高可用性和耐极端环境能力来满足您的应用项目需要。

（2）GuardPLC安全 控制系统：GuardPLC™ 安全控制系统可在 PLC 吞吐量和网络功能方面提供卓越的速度。这些控制器符合全球 PLC 标准和功能安全的全球标准。该系列是检测转速、方向、零速、温度、压力和流量应用项目的理想选择。这些控制器可在经过 TÜV 认证的安全以太网通信网络上进行通信，适用于符合 EN954 类别 4 和 SIL 3 的安全应用项目。

（3）SoftLogix 控制系统：Bulletin 1789 SoftLogix™ 控制系统基于 Logix 平台，可无缝集成机器控制、运动控制和信息处理。它们可采用专用可编程控制器中常见的控制功能，然后将这些功能封装到软件中并在商用操作系统中运行。利用多任务操作系统，您可以对 32 个可配置任务排定优先级。

中型控制系统：中型控制器可以提供需要的功能和灵活性，不会有大系统那样的开销，是中型应用项目的完美解决方案。从基于机架的、封装模块化设计的标准和安全认证控制器中选择。典型应用项目包括复杂机器控制、批处理和楼宇自动化。

（1）CompactLogix 控制系统：CompactLogix™ 和 Compact GuardLogix® 控制器使用具有公共开发环境的通用控制引擎，可在易用环境下提供中型应用项目控制。编程软件、控制器和 I/O 模块之间的紧密集成可减少开发时间，降低调试和正常运行时的成本。这种通用性可以实现将机器或安全应用项目经济实用地集成到全厂级控制系统中，因为它在一个控制器中集成了安全、运动、离散和传动功能。

（2）具有安全功能的 SmartGuard 600 安全控制器：Bulletin1752 SmartGuard™ 600 安全控制器具有 16 个标定的安全输入、8 个标定的安全输出、4 个脉冲测试源和一个可选 EtherNet/IP™ 端口。每个控制器还包含一个 DeviceNet™ 连接以支持标准 CIP 和 CIP 安全。您可以在 EtherNet/IP 上、DeviceNet 上或通过内置的 USB 端口进行配置和编程。这些经济实用的小型智能控制器可以在 GuardLogix® 之间或其他 SmartGuard 安全控制器之间执行安全互锁。

（3）SLC 500 控制器：Bulletin 1747 SLC™ 500 控制平台适用于各种各样的应用场合。Rockwell Automation 已宣布一些 SLC 500 Bulletin 编号的产品已停产，不再销售。建议客户升级到我们更新的 CompactLogix™ 5370 或 5380 控制平台。

小型控制系统：微型和纳米 PLC 可提供经济的解决方案，以满足简单机械的基本控制需求，包括继电器替换以及简单的控制定时和逻辑。这些控制器采用紧凑型封装、集成 I/O 和通信，且易于使用，是传送带自动化、安全系统以及建筑和停车场照明等应用项目的理想选择。

（1）Micro800 控制系统：Micro800® 控制系统易于安装和维护。一个软件包适用于整个产品系列。这些系统可为低成本的独立设备提供恰到好处的控制。您可以只购买所需的功能，并使用功能性插件模块针对特定的应用项目需求对您的系统进行个性化设置。

（2）MicroLogix 控制系统：MicroLogix™ 系列提供了经过验证的小型可编程逻辑控制器解决方案。MicroLogix 1200 控制器提供可处理多种应用项目的功能和选项。MicroLogix 1100 和 1400 控制器以合理的价格通过增强型网络通信扩大了应用范围。

四、施耐德PLC

施耐德是一家投资公司，PLC都是收购来的，包括著名的Modicon公司。施耐德PLC主要有原Modicon旗下的Quantum、Compact(已停产)、Momentum等系列，编程软件是Concept；而TE旗下的Premium、Micro系列则使用PL7 Pro。施耐德在整合了Modicon和TE品牌的自动化产品后，将Unity Pro软件作为未来中高端PLC的统一平台。支持Quantum、Premium和M340三个系列。至于Momentum和Micro作为成熟产品未来不会再有多大的改进，所以会继续沿用原来的软件平台。小型的Twido系列使用TwidoSoft软件(有中文版本，国外已经开始使用TwidoSuit，不过估计短时间内还不会引入中国进行汉化翻译)，至于逻辑控制器Zelio Logic的编程软件ZelioSoft已经推出中文版了。虽然施耐德PLC 编程软件很多，但是今后常用的还是Unity Pro、SoMachine和SoMachine Basic。如果是在EU行业，比如市政，石油，电力，钢铁等主要还是Unity Pro，低端OEM行业主要是用SoMachine Basic。

（1）TWIDO系列：此系列早在差不多十年前就停产，所以很少见了，当年在OEM 行业也是叱咤风云，而且还有带以太网口的版本，在那个年代的OEM市场，绝对是一大亮点，主要是和西门子200 三菱2n 等一个档次，偶尔在老设备上可能见过。使用Twido Soft TwidoSuite 这两款软件。为什么会有两款软件呢，其实是风格不一样。TwidoSuite主要是欧美市场用，而Twido Soft 主要是亚洲市场。虽然TWIDO 早已停产，但是市场保有量还是有的，所以SoMachine Basic是支持 TWIDO 程序转换的。

（2）M系列2：此系列主要有M221 M100 M200 ，和西门子的SMART系列类似，是针对越来越没下限和节操的OEM 行业推出的，编程软件SoMachine Basic，虽然它的名字也有SoMachine，但它和CoDeSyS没有任何关系，编程风格类似日系PLC。如果你用惯了IEC的编程方式，可能一时很难接受它。

（3）M系列：此系列主要有M258 M251 M241 M238 M218 LMC058,LMC078，编程软件SoMachine，其中LMC058和LMC078支持运动控制。是施耐德自己研发的基于CoDeSyS平台的编程软件，主要用于 OEM行业。此系列上市比较晚，大概是10年左右，在这以前，OEM行业主要是用M340。由于CoDeSyS的开放性，此系列PLC性价比高，最基础的M218也支持IEC61131-3标准的六种编程语言，而且都是自带双串口，所以在市面上越来越多，也是大家经常见到的。

（4）TE：收购的美国TE 公司的 Premieum Micro 系列 使用软件 PL7。

（5）MODICON：收购的美国莫迪康公司的 Quantuam (昆腾) Momentum 系列，使用软件 Concept。

注意：最后这两家都是美系PLC的代表作品，现在已经整合成一个软件 Unity Pro ，主要支持 Quantuam Premieum M340 M580 系列的PLC，由于是美国货，所以Unity Pro 和AB GE 等PLC 的编程风格很像。

五、国产PLC

自20世纪70年代后期进入中国以来，PLC已经广泛地用于工业生产中几乎每一个角落。目前我国PLC市场虽然在很大程度上被国外品牌占据，但近年来国产PLC有了长足的发展。经过多年来的技术积累和市场开拓，国产PLC正处于蓬勃发展的时期。近年来，随时国内工业化的快速发展，由而衍生的是国内PLC行业的同期加速发展，有些工程师已经逐步的开始将国外的PLC品牌替换为国产品牌。因为价格优势、兼容性强以及售后服务的进步，使得国内的PLC生产厂商有了与欧美国家一决高下的资本，同时也逐步在占据更大的市场。

（1）台达PLC：台达PLC以高速、稳健、高可靠度而著称，广泛应用于各种工业自动化机械。台达PLC除了具有快速执行程序运算、丰富指令集、多元扩展功能卡及高性价比等特色外，并且支持多种通讯协议，使工业自动控制系统联成一个整体。台达PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

（2）和利时PLC：在工厂自动化和机器自动化领域，和利时从2003年开始，先后推出自主开发的LM小型PLC、LK大型PLC、MC系列运动控制器，产品通过了CE认证和UL认证。其中LK大型PLC是国内唯一具有自主知识产权的大型PLC，和利时的PLC和运动控制产品已经广泛应用于地铁、矿井、油田、水处理、机器装备控制行业。和利时不仅为客户提供PLC产品，同时还提供运动控制器、人机界面、变频器、电机及驱动等系列产品和机器控制的一体化方案，更为客户提供售前的方案配置、系统优化、售中的技术咨询、编程指导、系统成套，售后的产品维修、备件提供的全方位的服务。

（3）信捷PLC：信捷电气作为中国工控市场最早的参与者之一，长期专注于机械设备制造行业自动化水平的提高。无锡信捷PLC产品现拥有XC系列、XD系列，主要应用在纺织行业、机床行业、包装机械行业、食品机械行业、暖通空调行业、橡胶行业、矿用行业、塑料机械行业、印刷行业、汽车制造行业等。每系列产品都覆盖了标准型、经济型、增强型、基本型、运动控制型、高性能型等供用户任意选择的产品。信捷作为国产PLC的代表企业，其PLC的优势主要在于，能够将C语言应用于梯形途中，集运动控制于一体，具有更加安全的程序保密功能及丰富的软元件容量和种类，快速的处理速度和I/O切换更方便用户使用。

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数控车床主轴控制原理及故障排除

本文以沈阳华中数控车床为例，对主轴控制原理做一些剖析与讲解（“进给伺服驱动”控制原理部分已在本刊2015年11期“数控车床电气控制原理解析及维修实例”一文中进行了论述），以便维修初学者快速入门。

1. 数控车床主轴驱动系统的特点及要求

主轴控制系统的作用是按程序要求驱动主轴，在数控车床的加工方式中，主轴主要是带动工件旋转，与进给伺服驱动轴相配合，完成切削运动。数控车床对主轴位置精度和速度调节不像要求进给伺服系统那样高，所以执行部件多采用通用交流异步电动机，很少采用价格昂贵的永磁交流伺服电动机，“变频器+交流异步电动机”进行矢量控制、编码器进行速度检测的方式，可以满足一般精度零件加工和车削螺纹的要求，并且调速方便，造价成本相对较低，被广泛采用。沈阳华中数控系统CAK36S型数控车床主轴驱动系统采用此种配置形式。

数控车床的主轴运动是传递主切削力，消耗的功率占到机床总功率的60%左右，所以驱动系统要有足够的功率、刚性好、低转速时要保持足够的转矩；另外，要适应不同加工工艺对主轴转速的要求，如车削螺纹、粗加工及精加工等，需要主轴有较宽的调速范围。

2. 主轴电气控制电路组成与原理解析

下面以沈阳华中数控系统CAK36S型数控车床为例，详细介绍主轴驱动电路的控制原理。

（1）主轴控制电路。主轴控制电路如图1所示。其中变频器采用VACON变频器，三相电源通过空气开关QF1接入，U、V、W外接三相异步主轴电动机，电动机的速度通过数控系统的XS9输出到变频器的“0～10V模拟电压”引脚进行控制，而电动机的转向通过继电器KA4（正转），KA5（反转）触点的闭合接通变频器的8、9脚为低电平进行控制（具体工作模式可以通过变频器的参数进行设置）。

图1 主轴控制电气原理图

（2）控制原理。主轴正（反）转控制原理如图2所示。M03指令输入或是按下“手动正转”按钮，数控系统经过译码PLC Y1.0输出，KA4继电器通电，主触点闭合，变频器工作在“正转”模式；M04指令输入或是按下“手动反转”按钮，数控系统经过译码PLC Y1.1输出，KA5继电器通电，主触点闭合，变频器工作在“反转”模式；M05指令输入或是按下“手动停止”按钮，数控系统经过译码，PLC Y1.0、Y1.1无输出，主触点断开，变频器工作在“停止”模式。输出端子接口板如图3所示。

图2 主轴控制原理框图

图3 输出端子接口板

变频器的第3脚外接KA28继电器的主触点，当此引脚断开，变频器工作在“故障”模式（禁止电动机运转），第4脚的“复位”信号是当故障解除后，数控系统需外加至变频器一个“复位”信号，以便主轴电动机后续能够正常起动，此电路是通过数控系统的PLC输出Y1.6驱动KA19继电器来实现。另外的“零速”信号、“速度到达”和“故障报警”信号反馈至数控系统，作为数控系统决策、调节的依据；其转速是通过安装在主轴上的编码器反馈给数控系统，数控系统接收到转速信号后，再通过输出端口XS9调节0～10V直流模拟电压对转速进行控制。

3. 主轴常见故障类型及原因分析

主轴常见的故障现象有过流、过载、不能旋转及转速不稳等，其原因有电气、机械、外部电网、环境干扰、用户使用及加工参数等方面的原因，故障的类型、原因分析及排除如附表1所示。

4. 维修实例

下面结合一实例说明主轴故障诊断与排除的具体过程。

（1）故障现象及背景。数控实训基地的数控车床（沈阳华中数控系统CAK36S型），秋季开学后，检查机床性能，启动数控系统，按下“主轴正转”按钮发现主轴不能正向旋转。

（2）维修思路。①结合故障发生的背景，初步判断故障的可能原因：了解在什么时候、什么情况下发生的故障，当初有何现象发生等，有助于尽快锁定故障原因。本实例中机床是经过暑假假期后发生故障的，初步判定这和机床假期的长期闲置有关，如暑假多雨、湿度大及电气元件易受潮失效等。②验证机床功能，进一步缩小故障范围：首先，在主轴不能旋转的情况下看刀架是否可以转位？如果刀位也不能旋转则故障多发生于它们的公共电路部分，如输出控制端口、强电电路等，结果没有发现问题；然后确定主轴只是单向不能正转（反转），还是两个方向都不能旋转。发现主轴的反向旋转正常，这就进一步说明故障点只存在于主轴“正转”的单向控制电路中。③诊断故障，锁定故障点：为了进一步快速缩小故障排查范围，以主轴电动机的正（反）转控制继电器KA4（KA5）是否吸合为分界点，用以判断故障点是存在于控制继电器之前还是之后，根据电气控制原理图逐一排查，详细的故障诊断流程如图4所示。

图4 主轴不能正（反）转故障诊断流程图

根据图4所示的排查思路，首先发现KA4继电器未吸合（吸合指示灯未亮），再用万用表测量KA4继电器的驱动线圈无电压，进一步通过输出端子板上的指示灯确认输出端子板的N8（507#线，参见图3 输出端子接口板）及通过数控系统菜单查看PLC Y1.0的输出正常，因此确定故障点发生于KA4继电器驱动线圈至输出端子板之间的连接线部分。

（3）故障排除。用螺丝刀旋下输出端口的507#线，发现连接线的“圆柱型”金属接头已经生锈，换上新的接头，用压线钳压牢，开机起动主轴，运转恢复正常。

5. 结语

主轴旋转运动是数控车床的主运动，输出功率大，在使用过程中起动频繁，容易出现故障，因此，主轴故障是数控车床中最为常见的故障之一。对于数控维修人员，能根据故障现象，进行分析、判断故障的部位并进行排除是必备的技能之一，同时也是从业人员岗位职业能力的基本要求。

本文通过对主轴控制原理的阐述及故障维修实例的过程剖析，旨在使读者掌握一种排除主轴故障的理念、思路和方法。当然，主轴故障发生的原因是多方面的，除了电气方面，还有机械、外部干扰及程序加工参数等方面的因素，要想全面熟练掌握主轴的维修技术，以最短的时间找到故障原因并进行排除，需要平时多思、多问、多记、多实践和多积累，只有这样，当我们在工作中遇到突发问题时，才会得心应手、从容面对。

参考文献：

[1] 武汉华中数控有限公司．HSV-16交流伺服驱动系统说明书[E]. 武汉：武汉华中数控有限公司，2010.

[2] 于万成．数控机床结构与维修[M]．北京：人民邮电出版社，2009.

[3] 徐衡．数控机床故障诊断与维护[M]．北京：机械工业出版社，2011.

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