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西门子6AV6643-0CD01-1AX2西门子变频器以其强大的品牌效应，打破了以前日本品牌变频器在中国市场上的垄断地位，据有关专业市场调研机构的统计，西门子的高低压变频器在中国市场上已位居**。

西门子变频器在中国市场的使用**早是在钢铁行业，

西门子变频器（图1）

然而在当时电机调速还是以直流调速为主，变频器的应用还是一个新兴的市场，但随着电子元器件的不断发展以及控制理论的不断成熟，变频调速已逐步取代了直流调速，成为驱动产品的主流，西门子变频器因其强大的品牌效应在这巨大的中国市场中取得了超规模的发展，西门子在中国变频器市场的成功发展应该说是西门子品牌与技术的完美结合。在中国市场上我们能碰到的早期的西门子变频器主要有电流源的SIMOVERT A,以及电压源的SIMOVERT P，这些变频器也主要由于设备的引进而一起进入了中国的市场，目前仍有少量的使用，而其后在中国市场大量销售的主要有MICRO MASTER和MIDI MASTER,以及西门子变频器**为成功的一个系列SIMOVERT MASTERDRIVE,也就是我们常说的6SE70系列。它不仅提供了通用场合使用的AC变频器，也提供了在造纸，化纤等特殊行业要求使用的多电机传动的直流母线方案。当然西门子也推出了在我个人看来技术上比较失败然而在市场上却相当成功的ECO变频器，在技术上的失败主要是由于它有太高的故障率，市场上的成功主要是因为它超越了富士变频器成为中国市场的**品牌。现在西门子在中国市场上的主要机型就是MM420，MM440.6SE70系列。

西门子6SL3000-0BE36-0AA0

S7-200系列PLC乘除法指令应用举例梯形图

S7-200系列PLC乘除法指令应用举例，程序如图1所示。

 

LD  I0.0

MUL AC1 VD100

DIV  VW10 VD200图1

注意：因为VD100包含：VW100和VW102两个字，VD200包含：VW200和VW202两个字，所以在语句表指令中不需要使用数据传送指令。

S7-200CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。下表给出了通信口的引脚分配。

 

表1  S7-200 CPU通信口引脚分配

连接器	针	PROFIBUS名称	端口0/端口1
	1	屏蔽	逻辑地
	2	24V返回	逻辑地
	3	RS-485信号B	RS-485信号B
	4	发送申请	RTS(TTL)
	5	5V返回	逻辑地
	6	+5V	+5V，100Ω串联电阻
	7	+24V	+24V
	8	RS-485信号A	RS-485信号A
	9	不用	10位协议选择
	连接器外壳	屏蔽	屏蔽

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。

西门子PLC的发展史 SIMATIC商标

S7-200是西德西门子公司的产品之一，其注册商标为SIMATIC。

1．西门子公司的产品**早是1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际上是带有简单操作接口的二进制控制器；

2．1979年，S3系统被SIMATIC S5所取代，该系统广泛地使用了微处理器；

3．20世纪80年代初，S5系统进一步升级——U系列PLC，较常用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U

4．1994年4月，S7系列诞生，它具有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，其机型为：S7-200、300、400

5．1996年，在过程控制领域，西门子公司又提出PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网络）及控调技术溶为一体

6．现在，西门子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自动化系统，将PLC技术溶于全部自动化领域。

S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

1．基本单元

S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表4-11：

表4-11  S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元

型 号	输入点	输出点	可带扩展模块数
S7-200CPU221	6	4	—
S7-200CPU222	8	6	2个扩展模块 78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点
S7-200CPU224	14	10	7个扩展模块 168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226	24	16	2个扩展模块 248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226XM	24	16	2个扩展模块 248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点

2．扩展单元

S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表4-12所示。

表4-12  S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数

类 型	型 号	输入点	输出点
数字量扩展模块	EM221	8	无
	EM222	无	8
	EM223	4/8/16	4/8/16
模拟量扩展模块	EM231	3	无
	EM232	无	2
	EM235	3	1

3．编程器

PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。

简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。

4．程序存储卡

为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0xA0和6ES 7291-8GD00-0xA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。

5．写入器

写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。

6．文本显示器

文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，**多可显示80条信息，每条信息**多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。

节省PLC I/O点的实用技术

1 引言

在设计PLC控制系统或对老设备进行PLC技术改造时，设计人员经常会发现系统的输入/输出信号太多，需占用大量的PLC输入/输出点，在原先预计的输入/输出点不够用的情况下，当然可以通过I/O扩展单元或I/O模块来解决，被迫提高PLC的选用档次，进而使系统的硬件配置增加，体积变大，设备初投资也随之大大增加。笔者认为在对不是需要增加很多输入/输出点的情况下，可以通过一定的设计技术来扩展输入/输出点的数量，而又不降低PLC系统的可靠性，从而达到降低设备初投资成本的目的。

2 对输入点的扩展技术

2.1 合并输入扩展技术
一台棉纺织设备中常常有几个起动控制按钮和几个停止控制按钮，且它们分别设置在机台的不同位置，形成一种多地控制系统。图1为三地控制的继电器控制线路，从图1中可以看出:在不同的地方装有3只停止按钮SB1、SB2、SB3，按下其中任一按钮都使KM失电，电动机停转;有3只起动按钮SB4、SB5、SB6，按下其中任一按钮都使KM得电并自保持，使电动机正常运转;还有一过载检测元件FR，只要主电路有过负荷故障，其串联在图1中的FR常闭触点断开，也使KM失电，电动机停转，从而切断过负荷故障。

图1 三地控制的继电器控制线路

若对该设备进行PLC改造，对输入信号不加任何处理，将有SB1～SB6、FR共7个输入信号要占用PLC 7个输入点，在输入／输出点相对紧张时，对输入信号可以采取图2所示合并输入扩展技术:即在PLC外部将4个常闭(动断)触点串联，3个常开(动合)触点并联后再分别接入PLC的输入端子，这样只需占用2个输入点，节省了5个输入点，同样能达到对其7个输入信号的处理目的。转化为梯形图如图３所示即可。

图2 合并输入扩展技术线路图

图3 采取合并输入扩展技术的梯形图 图4 油泵电机起停控制的梯形图

2.2 状态变换扩展技术
通常对于工作状态属于0/1或者开/关量变化的动作(如油泵电机的起停、冷却液的开关、灯的亮熄等)进行PLC控制时,一般情况下要由2个按钮分别控制它们的开和关。
图4为某机床油泵电机起停控制的梯形图，占用了PLC 2个输入点X0、X1，其中X0为油泵电机开按钮输入信号，X1为油泵电**按钮输入信号，Y0为油泵电机开输出信号。
对图4采用状态变换扩展技术，则只需一个按钮X0即可，每按一下按钮X0，就将当前的油泵电机的工作状态翻转一次，其实现的PLC梯形图程序有三种电路，分别如图5、图6、图7所示。

图5 用计数器的梯形图 图6 不用计数器的梯形图

图7 用功能指令的梯形图

图5为用计数器进行控制的状态变换技术。从图5可以看出，当**次按下X0时，使Y0=1且自保持，油泵电机运转，同时X0的下降沿启动C0计数一次;当第二次按下X0又松开时，它的下降沿又使C0计数一次，此时的计数值达到C0的设定值(K2)，计数器C0动作，其动断触点断开Y0回路，油泵电机停转，实现了输出状态的翻转，在接下来的一个扫描周期内，计数器的动合触点使C0复位，为下次计数做准备，从而实现了用一只按钮启停的单数次计数、双数次计数复位的控制。
图6为不用计数器进行控制的状态变换技术。从图6可以看出，初始运行时，M0=M1=Y0=0，当**次按下X0时，其上升沿即使Y0=1且自保持，油泵电机运转，此时M0=1，M1=0;当第二次按下X0时的扫描周期内，M0=1，M1=1，Y0=0，油泵电机停转，实现了输出状态的翻转，在接下来的一个扫描周期内，M0=M1=Y0=0，又恢复为初始状态，为下一次的状态变换作好了准备。从而也实现了用一只按钮启停的单数次运转、双数次停转的控制[1>。
图7为用功能指令进行控制的状态变换技术。图7中，ALT为交替输出指令，其实际上是一个二分频电路，每执行一次ALT指令，目标元件的输出状态取反，即目标元件的状态在ON和OFF之间交替变换。初始运行时，Y0=0，当**次按下X0时，其上升沿即使Y0=1且自保持，油泵电机运转，当第二次按下X0时的扫描周期内，Y0＝0，油泵电机停转，实现了输出状态的翻转[2>。
2.3 条件分隔扩展技术
在各种数控装置中，自动和手动是**常用的两种控制方式。手动工作方式的大量按钮，占用了很多的输入点，操作面板上的控制按钮大多是为手动方式准备的，仔细分析会发现有些手动控制中使用的按钮在自动方式中根本就不会出现。因此，我们可将这些不会同时出现的输入信号按工作方式分成两组，使它们在不同的工作方式中接入相同的输入点，从而达到节省输入点的目的，这种方法即为条件分隔扩展技术。具体方法如图８所示。
图8中，HK为工作方式转换开关(如1位为自动，2位为手动方式)，必须占用一个点X0，以便在梯形图中区分不同的作用;X1、X2、X3为重复使用的输入点，这3个点分别接不同作用的开关，通过转换开关方式的选择，使点在不同时期起不同的作用，又为了避免寄生电路引起各点互相牵扯，各开关必须通过二极管或门再接到输入点上。像图８所示电路可节省6－4=2个输入点，达到了节省输入点的目的。

图8 采用条件分隔扩展技术的线路图

2.4 输入点组合应用扩展技术
将n个输入点取m个点组合，可得到Ｃnm个组合组，其每一个组合组便是一个新的输入点，从而使输入点从n个扩展为Ｃnm个，在不改变PLC原始配置的情况下使输入点净增Ｃnm－n个，这种技术称为输入点组合应用扩展技术。这种技术中，当n增加时，被扩展点数量增加很快。如n=6，当m=2时，新形成点数量为C62=15，这样就从n=6点扩展为15个点。在此技术中，一般取m＝2，这样不致使梯形图过繁。具体实现办法如图9所示:

图9 采用输入点组合应用扩展技术的线路图

图9为n=5，m=2的组合应用图。图9中，在每个参与组合的点(X0到X4)上接一个二极管或门，其每个或门扇输入数为(n－1)=5－1=4，且每m个(本图为2)或门各与一个输入端相连，一直不重复地接完，直至形成Ｃnm(本图为C52)条连接线，这每一条连接线便是一个新的控制点。[3>
2.5 利用比较指令的输入扩展技术
比较指令的功能是比较两个数的大小。其指令格式如图10所示。当X0＝ON时，则将K1(S1)与计数器C0(S2)的内容进行比较:
当K1>C0，M0=1; K1=C0, M1=1; K1
工厂生产线上经常有这么一种要求，即要求n台电动机随时随地顺序起动，随时随地可逆序停车。如n=3时，若不采用任何输入扩展技术，则需3只起动按钮、3只停止按钮，要占用PLC 6个输入点。现采用比较指令设计技术，按图10所示梯形图设计，则只需占用X0、X1 2个输入点，即可实现上述功能。[2>

图10 利用比较指令输入扩展技术的梯形图

图10中，当按一下X0=ON，M1=1，Y0=1且自保持，**台电动机起动;再按一下X0=ON，M2=1，Y1=1且自保持，第二台电动机起动;第三次按下X0=ON，M0=1，Y2=1且自保持，第三台电动机起动，起动过程完成。同理，当要求逆序停车时，按一下X1=ON，M11=1，Y2=0，第三台电动机停车;再按一下X1=ON，M12=1，Y2=Y1=0，第二台电动机停车;第三次按下X1=ON，M10=1，Y2=Y1=Y0，**台电动机停车, 停车过程按要求完成。
3 对输出点的扩展技术

3.1 合并输出扩展技术
目前，用PLC来实现控制的领域越来越多，像舞台的艺术灯、大型户外广告屏、节日灯的控制等，在这些灯光的控制逻辑中，有一些灯的控制逻辑完全相同，对于通断状态完全相同的2个及以上的负载，可以采用并联连接的合并输出扩展技术，只需占用PLC的一个输出点即可;对于在不同的工作方式下(如自动或手动工作方式)或者通过外部开关的转换，有些输出点不会同时出现的场合，也可以采用合并输出扩展技术，使每个PLC输出点可以控制两个及以上不同时工作的负载。具体实现方法如图11所示。

图11 采用合并输出扩展技术的线路图

图11中，如果KM1、KM2所带负载的状态完全相同，只需把KM1、KM2的线圈并联连接，只占用1个输出点Y0，可节省1个输出点;同样图11中，如果Q1、Q2不会同时为接通状态，则可以1个输出点Y1来带动两路不会同时有输出的负载KM3、KM4的输出，从而也节省了一个输出点。
3.2 输出点组合应用扩展技术
输出点组合应用扩展技术的要点是将n个输出继电器号分为两组，每组个数各为n/2个，通过外部接线的技术组合，使每组每次有一个继电器有输出，则其可带(n/2)×(n/2)个负载，这种技术可节省(n/2)×(n/2)－n个输出点。如图12所示:用6个(注:n=6)输出点可以驱动9(3×3)个负载，节省了3个输出点，在梯形图编程时，需要用编码的方法确定每一个负载，每一个负载由行线和列线所在的输出继电器号共同承担。
3.3 机外处置扩展技术
PLC控制器有基本单元、扩展单元、扩展模块之分，其相对继电器－接触器控制电路而言，价格相对较高，尤其是在需要占用大量输出点时，还要对PLC基本单元进行扩展处理或需要选用更大点数的基本单元时，价格问题显得尤为突出，因此在对某些控制逻辑简单而又不参与工作循环的电气设备或者在工作循环之前须先工作的设备而言，在用PLC进行总体控制设计时，这些设备可以不用PLC来控制其输出，而采用PLC机外处置的办法仍用继电器－接触器来进行控制，从而也达到了节省输出点的目的，并且可大大降低投资成本。[1>

图12 采用输出点组合应用扩展技术的线路图

4 结束语
上述介绍的这些技术，虽经笔者在电气实验室调试取得了成功，证明是切实可行的，但在实际应用过程中仍要注意进行模拟调试和系统联调，确保万无一失。这些技术方法应当是在迫不得已的情况下考虑的方法，因为在考虑节约投资成本等经济性的同时，这些技术难免会带来实践操作、维护的复杂性，即使是非用不可，也一定要确保设备安全可靠，将复杂程度降到**限度，并注意做好设计资料的保管工作，以便提供维护人员随时查阅。 

铣床主轴电动机控制原理线路分析

主轴电动机控制线路分析

（1）电路图

 下面。

（2）原理分析

①主轴的起动过程分析

换向开关SA1旋转到所需要的旋转方向→起动按钮SB5或SB6→接触器KM1线圈通电→常开辅助触点KM1（6-7）闭合进行自锁，同时常开主触点闭合→主轴电动机M1旋转。

在主轴起动的控制电路中串联有热继电器FR1和FR2的常闭触点（22-23）和（23-24）。这样，当电动机M1和M2中有任一台电动机过载，热继电器常闭触点的动作将使两台电动机都停止。

主轴起动的控制回路为：1→SA2-1→SQ6-2→SB1-1→SB2-1→SB5（或SB6）→KM1线圈→KT→22→FR2→23→FR1→24

②主轴的停车制动过程分析  按下停止按钮SB1或SB2→其常闭触点（3-4）或（4-6）断开→接触器KM1因断电而释放，但主轴电动机等因惯性仍然在旋转。按停止按钮时应按到底→其常开触点（109-110）闭合→主轴制动离合器YC1因线圈通电而吸合→使主轴制动，迅速停止旋转。

③主轴的变速冲动过程分析  主轴变速时，首先将变速操纵盘上的变速操作手柄拉出，然后转动变速盘，选好速度后再将变速操作手柄推回。当把变速手柄推回原来位置的过程中，通过机械装置使冲动开关SQ6-1闭合一次，SQ6-2断开。SQ6-2（2-3）断开→KM1接触器断电；SQ6-1瞬时闭合→时间继电器KT通电→其常开触点（5-7）瞬时闭合→接触器KM1瞬时通电→主轴电动机作瞬时转动，以利于变速齿轮进入啮合位置；同时，延时继电器KT线圈通电→其常闭触点（25-22）延时断开→KM1接触器断电，以防止由于操作者延长推回手柄的时间而导致电动机冲动时间过长、变速齿轮转速高而发生打坏轮齿的现象。

主轴正在旋转，主轴变速时不必先按停止按钮再变速。这是因为当变速手柄推回原来位置的过程中，通过机械装置使SQ6-2（2-3）触点断开，使接触器KM1因线圈断电而释放，电动机M1停止转动。

④主轴换刀时的制动过程分析  为了使主轴在换刀时不随意转动，换刀前应将主轴制动。将转换开关SA2扳到换刀位置→其触点（1-2）断开了控制电路的电源，以保证人身安全；另一个触点（109-110）接通了主轴制动电磁离合器YC1，使主轴不能转动。换刀后再将转换开关SA2扳回工作位置→触点SA2-1（1-2）闭合，触点SA2-2（109-110）断开→主轴制动离合器YC1断电，接通控制电路电源。