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西门子S120控制器模块6SL3000-0CE31-0AA0  西门子S120控制器模块6SL3000-0CE31-0AA0

 

西门子S120控制器模块6SL3000-0CE31-0AA0

为什么说用PLC实现对系统的控制是非常可靠的

用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。

 

    1·在硬件方面：

 

    PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。

 

    PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。

 

    在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。

 

    有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。

 

    还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，**终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。

 

    2．在软件方面：

 

    PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"冒险竞争"，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。

 

    为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了"看门狗"（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清"看门狗"定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（一般不超过100ms），则报警。严重超时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。显然，有了这个"看门狗"监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作的可靠性。

 

    PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。

 

    PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。

 

    正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。

 

    曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的**指标。

PLC控制系统设计与调试的步骤

所示为PLC控制系统设计与调试的一般步骤。

                       

图1 PLC控制系统设计与调试的一般步骤

（一）分析被控对象并提出控制要求

详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

（二）确定输入／输出设备

 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

  （三）选择PLC

PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。

（四）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路

1.分配I/O点

画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第２步中进行。

2.设计PLC外围硬件线路

画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

 （五）程序设计

1. 程序设计

根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：

1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。

2. 程序模拟调试

程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

（六）硬件实施

硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：

1) 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

2)设计系统各部分之间的电气互连图。

3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。 

    （七）联机调试

 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。

全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

（八）整理和编写技术文件

技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。

PLC故障查找方法流程图及其处理对策 PLC的分类

 PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备故障，都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。

    一、PLC故障查找流程图

    1、总体检查

    根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如图1所示。

图1

    2、电源故障检查

    电源灯不亮需对供电系统进行检查，检查流程图如图2所示。

图2

    3、运行故障检查

    电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如图3所示。

图3

    4、输入输出故障检查

    输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险管等元件状态有关。检查流程图如图4、图5所示。

图4

图5

    5、外部环境的检查

    影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。

二、可编程序控制器输入、输出单元故障处理

表1 可编程序控制器输入单元故障处理

表2 可编程序控制器输出单元故障处理

数控机床所受控制中与PLC相关的内容--顺序控制

 数控机床作为自动化控制设备，是在自动控制下进行工作的，数控机床所受控制可分为两类：
        一类是**终实现对各坐标轴运动进行的“数字控制”。如：对CNC车床X轴和Z轴，CNC铣床X轴，Y轴和Z轴的移动距离，各轴运行的插补、补偿等的控制即为“数字控制”。
       另一类是“顺序控制”。对数控机床来说，“顺序控制”是在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。与“数字控制”比较，“顺序控制”的信息主要是开关量信号。

可编程控制器(PLC)具有如下特点

        (1) PLC是一种专用于工业顺序控制的微机系统。

(2) PLC是专为在恶劣的工业环境下使用而设计的，所以具有很强的抗干扰能力。

(3) 结构紧凑、体积小，很容易装入机床内部或电气箱内，便于实现动作复杂的控制逻辑和数控机床的机电一体化。

(4) 采用梯形图编程方式。

(5) PLC可与编程器、个人计算机等连接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。

PLC的产品很多，型号规格也不统一，可以从结构、原理、规模等方面分类。从数控机床应用的角度分，可编程控制器可分为两类：一类是CNC的生产厂家将数控装置(CNC)和PLC综合起来而设计的“内装型”(Build—inType)PLC；另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入／输出信号接口技术规范、输入／输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求，称为“独立型”(Sand—alone Type)PLC。

SIMATIC S7-300 PLC系统构成和扩展

1. SIMATIC S7-300 PLC系统构成

主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC相连（见图3-1）。

除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上**多只能再安装8个信号模块或功能模块。

2. SIMATIC S7-300 PLC的扩展

S7-300 PLC**多可扩展4个机架，由IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。

1. 模拟量输入模块SM331  

（1）AI模板的类型

模拟量输入(简称AI)模块SM331目前有三种规格型号，即8AI×l2位模块、2AI×l2位模块和8AI×l6位模块。

（2）AI模板的特点

SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。

2. 模拟量输出模块SM332

（1）AO模板的类型

模拟量输出(简称模出(AO))模块SM332目前有三种规格型号，即4AO×l2位模块、2AO×12位模块和4AO×l6位模块。

（2）AO模板的特点

SM332与负载/执行装置的连接：SM332可以输出电压，也可以输出电流。

3. 模拟量I/O模块SM334

模拟量I/O模块SM334有两种规格，一种是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位，另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。

SM334模块输入测量范围为0～10 V或0～20 mA，输出范围为0～10 V或0～20 mA

熔断器的结构与用途、技术参数与选择

（1）结构与用途

熔断器的结构一般分成熔体座和熔体等部分。熔断器是串联连接在被保护电路中的，当电路电流超过一定值时，熔体因发热而熔断，使电路被切断，从而起到保护作用。熔体的热量与通过熔体电流的平方及持续通电时间成正比，当电路短路时，电流很大，熔体急剧升温，立即熔断，当电路中电流值等于熔体额定电流时，熔体不会熔断。所以熔断器可用于短路保护。由于熔体在用电设备过载时所通过的过载电流能积累热量，当用电设备连续过载一定时间后熔体积累的热量也能使其熔断，所以熔断器也可作过载保护。常用的熔断器外形如1-6所示

（2）类型 

RC1A系列熔断器如图1-6（a），它结构简单，由熔断器瓷底座和瓷盖两部分组成。熔丝用螺钉固定在瓷盖内的铜闸片上，使用时将瓷盖插入底座，拔下瓷盖便可更换熔丝。由于该熔断器使用方便、价格低廉而应用广泛。RC1A系列熔断器主要用于交流380V及以下的电路末端作线路和用电设备的短路保护，在照明线路中还可起过载保护作用。RC1A系列熔断器额定电流为5~200A，但极限分断能力较差，由于该熔断器为半封闭结构，熔丝熔断时有声光现象，对易燃易爆的工作场合应禁止使用。

螺旋式RL1如图1-6(b)，RL1系列螺旋式熔断器由瓷帽、瓷套、熔管和底座等组成。熔管内装有石英沙、熔丝和带小红点的熔断指示器。当从瓷帽玻璃窗口观测到带小红点的熔断指示器自动脱落时，表示熔丝熔断了。熔管的额定电压为交流500V，额定电流为2~200A。常用于机床控制线路（但安装时注意上下接线端接法）。

无填料密封管式熔断器RM10系列如图1-6(C)，由熔断管、熔体及插座组成。熔断管为钢纸制成，两端为黄铜制成的可拆式管帽，管内熔体为变截面的熔片，更换熔体较方便。RM10系列的极限分断能力比RC1A熔断器有所提高，适用于小容量配电设备。

有填料密封管式熔断器RT0系列如图1-6(d)，由熔断管、熔体及插座组成，熔断管为白瓷质的与RM10熔断器类似，但管内充填石英沙，石英沙在熔体熔断时起灭弧作用，在熔断管的一端还设有熔断指示器。该熔断器的分断能力比同容量的RM10型大2.5~4倍。RT0系列熔断器适用于交流380V及以下、短路电流大的配电装置中，作为线路及电气设备的短路保护及过载保护。

（3)熔断器的选择

对熔断器的要求是：在电气设备正常运行时，熔断器不应熔断；在出现短路时，应立即熔断；在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；在用电设备持续过载时，应延时熔断。对熔断器的选用主要包括类型选择和熔体额定电流的确定。

选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。所以容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金的RC1A系列熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力。若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的RCIA系列或熔体为锌质的RM10系列熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力。当短路电流较大时，宜采用具有高分断能力的RL1系列熔断器。当短路电流相当大时，宜采用有限流作用的RT0系列熔断器。

熔断器的额定电压要大于或等于电路的额定电压

熔断器的额定电流要依据负载情况而选择。

①电阻性负载或照明电路，这类负载起动过程很短，运行电流较平稳，一般按负载额定电流的1~1.1倍选用熔体的额定电流，进而选定熔断器的额定电流。

②电动机等感性负载，这类负载的起动电流为额定电流的4~7倍，一般选择熔体的额定电流为电动机额定电流的1.5~2.5倍。这样一般来说,熔断器难以起到过载保护作用,而只能用作短路保护,过载保护应用热继电器才行。

对于多台电动机,要求

多台I_FU≥（1.5~2.5）I_NMAX+∑I_N

式中I_FU——熔体额定电流（A）, I_NMAX——**一台电动机的额定电流（A）

③为防止发生越级熔断，上、下级（供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1～2个级差。