2. 急停与复位逻辑设计

任务说明

设计一个符合安全标准的急停控制逻辑：当急停按钮被按下时，系统必须立即切断所有输出（包括主轴、冷却泵、润滑泵等），并且只有在急停按钮复位后，操作人员手动触发复位信号，系统才能重新允许输出。该逻辑是数控系统PLC程序中最基础的安全环节，直接关系到设备和人身安全。

环境与依赖

• PLC平台：西门子S7-1200（或任意支持上升沿检测与置位/复位指令的PLC）
• 编程软件：TIA Portal V15及以上
• I/O分配：

核心逻辑设计

急停安全逻辑的核心在于：急停信号必须采用硬件常闭触点接入PLC输入，这样即使急停按钮线路断线，系统也会自动进入急停状态（失效安全原则）。PLC程序中，急停输入取反后作为急停触发条件。当急停触发时，立即复位所有输出使能；复位按钮仅在急停已释放且输出使能为0时有效，防止误操作。

关键完整代码（LAD/STL）

以下为西门子S7-1200的STL（语句表）实现，可直接在TIA Portal中创建FB或OB1中使用：

// 网络1：急停检测与输出切断
// 急停按钮为常闭触点，I0.0=1表示正常，I0.0=0表示急停按下
A(
    O "E_STOP"      // 急停未按下（常闭闭合，输入为1）
    O "OUTPUT_EN"   // 或输出使能已置位
)
// 若急停按下（I0.0=0）且输出使能当前为1，则复位输出使能
A(
    AN "E_STOP"     // 急停按下（输入为0）
    A "OUTPUT_EN"   // 且当前输出使能为1
)
R "OUTPUT_EN"       // 立即复位输出使能，切断所有输出

// 网络2：复位逻辑（仅在急停释放且输出使能为0时允许复位）
A "E_STOP"          // 急停已释放（输入为1）
AN "OUTPUT_EN"      // 输出使能当前为0（已切断）
A "RESET_BTN"       // 操作人员按下复位按钮
S "OUTPUT_EN"       // 置位输出使能，允许后续启动

// 网络3：启动控制（输出使能后，通过启动按钮控制主轴）
A "OUTPUT_EN"       // 输出使能有效
A "START_BTN"       // 按下启动按钮
S "SPINDLE"         // 主轴启动

// 网络4：冷却泵控制（示例：主轴运行时可手动开启）
A "OUTPUT_EN"       // 输出使能有效
A "SPINDLE"         // 主轴已运行
A "COOLANT_SW"      // 冷却开关（I0.3，常开）
S "COOLANT"

// 网络5：润滑泵控制（示例：周期性自动润滑，此处简化为与主轴联动）
A "OUTPUT_EN"
A "SPINDLE"
= "LUBE"

// 网络6：急停时强制复位所有输出（冗余保护）
AN "E_STOP"         // 急停按下
R "SPINDLE"         // 强制停止主轴
R "COOLANT"         // 强制停止冷却
R "LUBE"            // 强制停止润滑

运行与验证方法

1. 在TIA Portal中新建项目，添加S7-1200 CPU，创建PLC标签表，按上述I/O分配定义符号名。
2. 将上述STL代码粘贴到OB1或新建FB中，编译下载至PLC。
3. 使用PLC仿真或实际硬件进行以下验证：

通过标准：上述5个步骤全部符合预期结果，特别是步骤2中急停按下瞬间所有输出立即切断（无延迟），步骤3和步骤4验证了复位互锁与手动复位要求，即判定逻辑设计正确。

关键点说明

• 急停按钮必须使用常闭触点接入PLC输入，这是安全回路的基本要求，确保断线时自动触发急停。
• 输出使能（OUTPUT_EN）作为总安全闸门，所有设备输出均以其为前置条件，实现急停时一刀切。
• 复位按钮仅在急停释放且输出使能为0时有效，防止急停未释放时误复位。
• 网络6为冗余保护，即使输出使能因故障未及时复位，急停信号也能直接强制切断各设备输出。