西门子801数控系统  西门子801数控系统

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西门子801数控系统

 

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SIMATIC Technology

 

 

西门子S7-200系列PLC控制器 概述

S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

产品简介

西门子S7-300系列PLC控制器，SIMATIC S7-300 是模块化的微型 PLC 系统，可满足中、低端的性能要求。模块化、无风扇设计、易于实现分布式结构以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成为中、低端应用中各种不同任务的经济、用户友好的解决方案。
产品详细信息

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西门子S7-200,300PLC 中央处理器，可编程控制器 PLC编码器模组 PLC信号模块 通讯模块  现货销售
20个不同的CPU:
7种标准型CPU(CPU 312,CPU 314,CPU 315-2 DP,CPU 315-2 PN/DP,CPU 317-2 DP,CPU 317-2 PN/DP,CPU 319-3 PN/DP)
6 个紧凑型 CPU（带有集成技术功能和 I/O）（CPU 312C、CPU 313C、CPU 313C-2 PtP、CPU 313C-2 DP、CPU 314C-2 PtP、CPU 314C-2 DP）
5 个故障安全型 CPU（CPU 315F-2 DP、CPU 315F-2 PN/DP、CPU 317F-2 DP、CPU 317F-2 PN/DP、CPU 319F-3 PN/DP）
2种技术型CPU(CPU 315T-2 DP, CPU 317T-2 DP)
18种CPU可在-25°C 至 +60°C的扩展的环境温度范围中使用
具有不同的性能等级，满足不同的应用领域。

西门子S7-300系列PLC控制器 详细介绍

SIMATIC S7-300 是模块化的微型 PLC 系统，可满足中、低端的性能要求。

模块化、无风扇设计、易于实现分布式结构以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成为中、低端应用中各种不同任务的经济、用户友好的解决方案。

SIMATIC S7-300 的应用领域包括：

• 特殊机械，
• 纺织机械，
• 包装机械，
• 一般机械设备制造，
• 控制器制造，
• 机床制造，
• 安装系统，
• 电气与电子工业及相关产业。

多种性能等级的 CPU，具有用户友好功能的全系列模块，可允许用户根据不同的应用选取相应模块。任务扩展时，可通过使用附加模块随时对控制器进行升级。

SIMATIC S7-300 是一个通用的控制器：

• 具有高电磁兼容性和抗震性，可最大限度地用于工业领域。

S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自动化系统可使用在对安全要求较高的设备中。其可对立即停车过程进行控制，因此不会对人身、环境造成损害。

S7-300F 满足下列安全要求：

• 要求等级 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等级 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
• 类别 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，标准模块还可用在 S7-300F 及故障安全模块中。因此它可以创建一个全集成的控制系统，在非安全相关和安全相关任务共存的工厂中使用。使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

  西门子802C数控系统操作面板

西门子S7-300系列PLC控制器 设计 S7-300
一般步骤
S7-300自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以独立地组合使用。
一个系统包含下列组件：
CPU：
不同的 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。
用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块 (SM)。
用于连接总线和点对点连接的通信处理器 (CP)。
用于高速计数、定位（开环/闭环）及 PID 控制的功能模块（FM）。
根据要求，也可使用下列模块：
用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120/230 V AC 电源的负载电源模块(PS)。
接口模块 (IM)，用于多层配置时连接中央控制器 (CC) 和扩展装置 (EU)。
通过分布式中央控制器 (CC) 和 3 个扩展装置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多达 32 个模块。所有模块均在外壳中运行，并且无需风扇。
SIPLUS 模块可用于扩展的环境条件：
适用于 -25 至 +60℃ 的温度范围及高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为 IP20 机柜内使用时，可直接在汽车或室外建筑使用。不需要空气调节的机柜和 IP65 外壳。
设计
简单的结构使得 S7-300 使用灵活且易于维护：
安装模块：
只需简单地将模块挂在安装导轨上，转动到位然后锁紧螺钉。
集成的背板总线：
背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。
模块采用机械编码，更换极为容易：
更换模块时，必须拧下模块的固定螺钉。按下闭锁机构，可轻松拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。
现场证明可靠的连接：
对于信号模块，可以使用螺钉型、弹簧型或绝缘刺破型前连接器。
TOP 连接：
为采用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子连接的 1 线 - 3 线连接系统提供预组装接线另外还可直接在信号模块上接线。
规定的安装深度：
所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。
无插槽规则:
信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。
扩展
若用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则可对 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）进行扩展：
中央控制器和3个扩展机架最多可连接32个模块：
总共可将 3 个扩展装置（EU）连接到中央控制器（CC）。每个 CC/EU 可以连接八个模块。
通过接口模板连接：
每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在中央控制器上它总是被插在 CPU 旁边的插槽中，并自动处理与扩展装置的通信。
通过 IM 365 扩展：
1 个扩展装置最远扩展距离为 1 米；电源电压也通过扩展装置提供。
通过 IM 360/361 扩展：
3 个扩展装置， CC 与 EU 之间以及 EU 与 EU 之间的最远距离为 10m。
单独安装：
对于单独的 CC/EU，也能够以更远的距离安装。两个相邻 CC/EU 或 EU/EU 之间的距离：长达 10m。
灵活的安装选项：
CC/EU 既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以最大限度满足空间要求。
通信
S7-300 具有不同的通信接口：
连接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通信处理器。
用于点到点连接的通信处理器
多点接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
是一种经济有效的方案，可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的 SIMATIC S7/C7 自动化系统。
PROFIBUS DP进行过程通信
SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。
从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

西门子S7-200系列PLC控制器 功能与设计
CPU单元设计
集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。
不同的设备类型
CPU 221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。
本机数字量输入/输出点
CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。
本机模拟量输入/输出点
CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。
中断输入
允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
高速计数器
-CPU 221/222
4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90°的A/B相增量编码器
-CPU 224/224XP/226
6个高速计数器（30KHz），具有CPU 221/222相同的功能。
模拟电位器
CPU 221/222 1个
CPU 224/224XP/226 2个
2路高频率脉冲输出（***20KHz），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。
实时时钟
例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。
EEPROM存储器模块（选件）
可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。
电池模块
用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。
编程
STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件可以对所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能进行编程。同时也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1软件包，但是它只支持对S7-21x同样具有的功能进行编程。
STEP 7-Micro/DOS不能对CPU 221/222/224/224XP/226编程。如果使用PG/PC的串口编程，则需要使用PC/PPI电缆。
如果使用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件，则也可以通过SIMATIC CP 5511或CP 5611编程。在这种情况下，通讯速率可高达187.5kbit/s。 可以利用PC/PPI 电缆和自由口通讯功能把 S7-200 CPU 连接到许多和RS-232标准兼容的设备。
有两种不同型号的 PC/PPI 电缆：
带有RS-232口的隔离型 PC/PPI 电缆，用5个DIP开关设置波特率和其它配置项

西门子801数控系统

PLC的自动检测功能及故障诊断

  PLC具有很完善的自诊断功能，如出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，更换后就可以恢复正常工作。故障处理的方法可参看PLC系统手册的故障处理指南。实践证明，外部设备的故障率远高于PLC，而这些设备故障时，PLC不会自动停机，可使故障范围扩大。为了及时发现故障，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。
      1. 超时检测
      机械设备在各工步的所需的时间基本不变，因此可以用时间为参考，在可编程控制器发出信号，相应的外部执行机构开始动作时起动一个定时器开始定计时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。如某执行机构在正常情况下运行10s后，使限位开关动作，发出动作结束的信号。在该执行机构开始动作时起动设定值为12s的定时器定时，若12s后还没有收到动作结束的信号，由定时器的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的程序，起动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。
         2. 逻辑错误检查
        在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号（如存储器为的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出了故障。因此可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。如机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时接通。若它们同时接通，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。在梯形图中，用这两个限位开关对应的存储器的位的常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障的存储器的位就可以进行检测。

常用的塑壳式低压断路器(图)型号及选用

低压断路器也称自动开关或自动空气断路器。它是一种既能作开关用，又具有电路自动保护功能的低压电器。

（1）断路器有三大部分组成：

触头和灭弧系统——通断电路的部件

各种脱扣器——检测电路异常状态并作出反应，即保护性动作的部件；

操作机构和自动脱扣机构——中间联系部件。

（2）图是断路器外型、结构原理图。

 

 

 

结构图中触点2有三对，串联在被保护的三相主电路中。手动扳动按钮为“合”位置（图中未画出），这时触点2由锁键3保持在闭合状态，锁键3由搭钩4支持着。要使开关分断时，扳动按钮为“分”位置（图中未画出），搭钩4被杠杆7顶开（搭钩可绕轴5转动），触点2就被弹簧1拉开，电路分断。

自动开关的自动分断，是由电磁脱扣器6、欠压脱扣器11和热脱扣器12使搭钩4被杠杆7顶开而完成的。电磁脱扣器6的线圈和主电路串联，当线路工作正常时，所产生的电磁吸力不能将衔铁8吸合，只有当电路发生短路或产生很大的过电流时，电磁吸力才能将衔铁8吸合,撞击杠杆7，顶开搭钩4，使触点2断开，从而将电路分断。

欠压脱扣器11的线圈并联在主电路上，当线路电压正常时，欠压脱扣器产生的电磁吸力能够克服弹簧9的拉力而将衔铁10吸合，如果线路电压降到某一值以下，电磁吸力小于弹簧9的拉力，衔铁10被弹簧9拉开，衔铁撞击杠杆7使搭钩顶开，则触点2分断电路。当线路发生过载时，过载电流通过热脱扣器的发热元件13而使双金属片12受热弯曲，于是撞杆7顶开搭钩，使触点断开，从而起到过载保护作用。根据不同的用途，自动开关可配备不同的脱扣器。

（3）按结构分类自动开关有万能式（框架式）和塑料外壳式（装置式）两种。控制线路中常用塑壳式自动开关作为电源引入开关或作为控制和保护不频繁起动、停止的电动机开关，以及用于宾馆、机场、车站等大型建筑的照明电路。其操作方式多为手动，主要有扳动式和按钮式两种。万能式（框架式）主要用于供配电系统。

自动开关与刀开关和熔断器相比，具有以下优点：结构紧凑，安装方便，操作安全，而且在进行短路保护时，由于用电磁脱扣器将电源同时切断，避免了电动机缺相运行的可能。另外，自动开关的脱扣器可以重复使用，不必更换。

（4）常用的塑壳式断路器主要有DZ5、DZ10、DZ15、DZ20等系列。

低压断路器的型号含义举例说明如下，其技术数据见表1-2

                      

 

表1-2  DZ15系列塑壳式断路器

 

用于电动机保护的断路器的热脱扣器要根据电动机的额定电流进行选择和整定，而瞬时过流电磁脱扣器则按照电动机额定电流的12倍来选择，以保证在电动机起动电流的峰值不至于动作。

PLC控制过程实例——定时计数

本例无实际意义，但非常有利于分析程序执行过程。系统输入端只需接一个按钮，无输出，参考图5-2，只接X0。分析图5-5中，（a）、(b)、(c)三种情况下，观察计数器的当前值，分析程序执行过程。

程序中M8011为特殊辅助继电器，只要PLC处于运行状态，将不停发出10ms的脉冲信号（5ms通、5ms断）。程序中T0为1s定时，X0闭合后1s，T0导通。C0为增计数器，在X0闭合、T0没有闭合的前提下，记录M8011发出的脉冲个数。理论上，在T0导通，C0计数器停止计数时，计数器的当前值应为100个（1s/10ms=100个脉冲）。三段程序中，只是改变了执行的前后位置，但结果却不同。结合对应的时序图分析其原因。

一、项目所需设备、工具、材料

见表5-1。

二、 训练内容

按照前面的例子完成接线、输入程序，按照要求进行观察。

1、项目描述

（1）按照提供的PLC原理接线图完成接线；

（2）将提供的参考程序写入PLC；

（3）根据操作步骤操作，观察输入、输出设备的状态。通过计算机监视画面，观察并记录各元件的状态，并画出时序图；

（4）结合PLC程序执行过程，分析程序结果。

2 、实训要求

表5-1  项目所需设备、工具、材料

2.1 接线图与控制程序

按照图5-6，完成PLC控制系统的硬件连接。图中由于脉冲信号发生器的信号与按钮输入信号不同，因此，不能共用一个COM端。

按照图5-7提供的梯形图，利用计算机或手持编程器写入PLC。

2.2 观察要求

 

利用以上程序观察并认识程序的扫描周期和执行过程。

（1）调整编码器的频率至1KHZ。按下开关SB1，这时，程序中的定时器开始计时，而X0的上升沿使计数器的初始值复位，当前值为0。计数器重新开始计输入的脉冲数。1s钟后，定时时间到，计数停止。观察此时的计数器当前值是多少。从表面看，当前值应在1000左右，但实际上的当前值会少得多，为什么？

（2）调整编码器的频率至20HZ。重复（1）的操作，观察计数器的当前值，与（1）有什么不同？为什么？

（3）断开SB1，关闭编码器电源，按下开关SB2，两个指示灯为什么只亮一个？结合程序执行过程分析原因。

3 时序图分析

按下开关以后，部分继电器时序图如图5-8所示。根据观察结果，补充其他继电器的时序图。

三、 实训报告要求与考核标准

1 实训报告要求

（1）整理实训操作结果，按标准写出实训报告。

a．根据给出的梯形图，写出指令表；

b．回答观察要求中的思考题；

c．补充图5-8中的部分时序；

d．总结实训操作过程中出现的问题；

e．按照接线示意图画出实际接线图；

f．图5-5的三段程序中，只是改变了执行的前后位置，但结果却不同，结合对应的时序图分析其原因。

西门子PLC模拟量输入EM235的处理

本示例描述了模拟量模块EM235 3A1/1AQ与CPU-212或CPU-214一起使用的一种探讨。本例中模拟量输入值是给定采样次数的采样平均值，然后试验决定怎样设置输出。EM235配置成士10V。

程序结构

程序和注解

本程序描述了模拟量模块EM235 (3A1/1A0)的功能，从AIWO中取输入值，为了增加稳定性而求多次采样值的平均值，再依据计算出的平均值在AOWO中输出模拟电压。

模拟量模块经过测试可提供模块错误信息。如果第一个扩展模块小是模拟量模块，01.0接通。另外模拟量模块检查到的错误是电源出错，则将CPU上01.1接通。模拟量模块上有EXTF字样。

本程序中所用除法是简单的移位除法(用采样次数的2的方次)。因为移位只花费较短的扫描时问，该数能从2变化到32768。

输入字是12位长。如果采样次数大于16 (2的4次方)，那么和的长度将大于一个字(16位)。于是需要用双字(32位)存贮采样和。为把输入值加到采样和中，你应当把它转成双字。

当输入数为负值时，最高有效字增添1;若为正值，最高有效字增添0来校正输入值。

本程序长度为118个字。

机械手PLC控制系统确定输入/输出点数的过程

确定输入/输出点数并选择PLC型号

1）输入信号

位置检测信号：下限、上限、右限、左限共4个行程开关，需要4个输入端子。

“无工件检测”信号：用光电开关作检测元件，需要1个端子。

“工作方式”选择开关：有手动、单步、单周期和连续4种工作方式，需要4个输如端子。

手动操作：需要有下降、上升、右移、左移、加紧、放松6个按钮，也需要6个输入端子。

自动工作：尚需启动、正常停车、紧急停车3个按钮，也需要3个输入端子。以上共需要18个输入信号。

2）输出信号

PLC的输出用于控制机械手的下降、上升、右移、左移、加紧、放松以三个电动机转速的控制等，共需要11个输出点。机械手从原点开始工作，需要一个原点指示灯，也需要1个输出点。所以，至少需要6个输出点。

由于机械手的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型号的小型PLC均可满足要求。根据所需的I/O总点数并留有一定的备用量，可选用FX2N-48RM，其输入和输出各24点，继电器输出型。

写出图所示梯形图对应的PLC指令语句表。

解答：用暂存器来处理分支电路。要注意的是，线圈10001前面没有接点，因此不必按分支处理。指令语句如下：

LD   00001

OUT  TR0

AND  00002

AND  00003

OUT  10000

LD   TR0

AND  00003

OUT  10001

AND  10000

OUT  TR1

AND  00006

OUT  10002

LD   TR1

AND  00007

OR   00008

OUT  10003

PLC系统的存储器分类介绍

PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。 

    （1）系统存储器 

    系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。

    （2）用户存储器 

    用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同（可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器），其内容可以由用户修改或增删。用户数据存储器可以用来存放（记忆）用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。

    为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。

    工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。

    由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。 

    存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器或可擦除可编程的只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。

S7-200系列PLC的计数器指令

 1）类型及编号

      CTU——增计数

CTD——减计数        C0～C255

CTUD——增减计数

 计数器6个要素：  指令格式（类型、编号等）    预置值——PV

         使能——CU、CD            复位——R、LD

                   当前值——Cxxx             计数器状态（位）——与定时器类似

2）功能、时序图及应用示例

 

  此例为一个增减计数器的应用示例，其与MODICON  PLC计数器指令的比较，同学可自己进行，并注意到，计数器指令的使能均是采样上升沿（“0” →“1” ）。