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Overview

1FK7电机为永磁激励同步电机，结构极为紧凑。 现有的各种选件、变速箱和编码器、加上扩大了的产品范围意味着 1FK7 电机能够较为理想地适合于任何用途。 因此它们同样能满足日益增长的、采用**技术的机器的要求。

1FK7电机与SINAMICS S120 驱动系统共同使用，就可形成功能强大的高性能系统。 根据应用用于速度和位置控制的集成编码器系统可以分为：

这种电机被设计为工作时无需外冷，由电机表面进行散热。 1FK7电机具有高的过载能力。

1FK7 紧凑型电机的优点：

• 因极高功率密度而实现节省空间安装
• 可用于普遍应用
• 电机系列范围宽

1FK7高动态电机可实现：

• 由于转子的惯性矩小，因而具有极高的动态响应能力

1FK7 高动态性能型电机提供：

• 可靠的闭环控制属性，适用于高或可变负载转动惯量
• 补偿干扰所需的优化和调试费用**少

Area of application

• 机床
• 机械手和搬运系统
• 木材、玻璃制品、陶瓷和石材加工
• 包装、塑料和纺织机械
• 辅助轴

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PLC硬件设计和软件设计的主要内容和要求

PLC硬件设计包括：PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。

选定PLC的机型和分配I/O点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀等。

2. PLC的软件设计

    软件设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计，小型开关量控制一般只有主程序。首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构，画出控制流程图或功能流程图，简单的可以用经验法设计，复杂的系统一般用顺序控制设计法设计。

编好的程序需要经过运行调试，以确认是否满足机床控制的要求。一般来说，顺序程序的调试要经过“仿真调试”和“联机调试”两个步骤。

    （1）仿真调试

    “仿真调试”又称“模拟调试”，是指在实验室条件下，采用特制的“仿真设备”（或称“模拟装置”、“模拟台”等）代替机床与CNC、PLC、PLC编程设备联接起来（在有条件的情况下，还可以联接伺服单元、伺服电动机、甚至某些独立的机械功能部件），对顺序程序进行的调试。“仿真调试”具有安全、能耗小、调试轴助人员少等优点。

    “仿真设备”常用许多开关、指示灯来模拟机床各电气功能器件的状态。如用小型开关的通／断代替MT侧操作面板的开关、按钮，电气柜内的继电器触点，安装于机床各运动部件上的位置检测开关等的闭合／断开，以模拟各种输入信号的“1”和“0”状态，用指示灯的亮／灭代替MT侧操作面板指示灯，电气柜内继电器线圈等的通电／断电，以验证输出到MT侧各器件的信号状态。

“仿真调试”是“联机调试”前的一个重要步骤。程序设计员可以通过“仿真设备”对诸如机床操作面板、工作台运行、工件装夹、主轴起停、刀库手动、自动找刀、机械手换刀、工作台分度及各机械动作和控制逻辑的互锁关系进行分考动作和循环动作运行调试，以保证顺序程序控制原理的正确性，为以后的整机联调的安全，顺利地进行打下基础。

    需要指出的是，“仿真设备”虽可以通过模拟机床侧的信号状态调试并确认机床控制中的许多控制顺序问题，但因条件的限制，往往不能完全真实地模拟那些与时间控制有关的机械动作，以及某些复杂的循环动作顺序。因此，顺序程序还须进行联机运行调试，才能**终确认是否正确。

    （2）联机调试

    将机床、CNC装置、PLC装置和编程设备联接起来进行的整机机电运行调试称为“联机调试”（如图1所示）。“联机调试”可以发现和纠正顺序程序的错误，可以检查机床和电气线路的设计，制造，安装以及机电元器件品质可能存在的问题。

“联机调试”工作在车间现场由具有机电专业知识的多名工程技术人员联合进行。在确认CNC系统、伺服系统、PLC装置、强电柜元器件、机床各元部件的安装和连接无误后，才可以接通电源，将存储在编程设备中的顺序程序传送至RAM插板（或PLC装置的RAM存储器）中，然后执行顺序程序，以便对各机电执行元部件的动作及其顺序控制逻辑进行检查。需要时，可用编程设备修改顺序程序，然后再传送到RAM插板中。

 图1 联机调试系统方法示意图

PLC工作的全过程——四部分工作介绍

为了满足工业逻辑控制的要求，同时结合计算机控制的特点，PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从**条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回**条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC工作的全过程可用图1所示的运行框图来表示。整个过程可分为以下几个部分：

**部分是上电处理。PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。

第二部分是自诊断处理。PLC每扫描一次，执行—次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、I／O和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。

 

图1 PLC运行框图 

第三部分是通讯服务。PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。首先检查有无通讯任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。

第四部分是程序扫描过程。PLC在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在RUN位置，则进人程序扫描工作阶段。先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，**后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。

在上述几个部分中，通讯服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期。可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性，为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通讯任务的作业时间必须被控制在一定范围内。PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与I/O点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行l KB指令所需时间来说明其扫描速度，一般为零点几ms到上百ms。值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几μs到上百μs不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、硬件措施来处理。

PLC系统的故障率曲线和故障分布 ——西门子S7-300PLC组织块OB及其应用

系统故障率曲线

1．早期故障期

2．随机故障期

3．耗损故障期

可编程控制器系统的故障分布

系统故障：整个控制系统失效的总故障。

外部故障：系统与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载等部分的故障。

内部故障：可编程控制器本身的故障。

只有10%的故障发生在可编程控制器中。90%的故障发生在I/O模板中，

要提高系统的可靠性，在系统设计中要注意外部设备的选择，在可编程序控制器中我们要提高I/O模板的维修能力，缩短平均维修时间。 

故障的分类

1．外部设备故障

外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障，直接影响系统的控制功能。

2．系统故障

这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。

故障发生后，可重新启动使系统恢复正常，则可认为是偶然性故障。

重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件，系统才能恢复正常，则可认为是固定故障。

3．硬件故障

这类故障主要指系统中的模板（特别是I/O模板）损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显，影响局部。

4．软件故障

软件本身所包含的错误，主要是软件设计考虑不周，在执行中一旦条件满足就会引发。在实际工程应用中，由于软件工作复杂、工作量大，因此软件错误几乎难以避免。

对于可编程控制器组成的控制系统而言，绝大部分故障属于上述四类故障。根据这一故障分类，可以帮助分析故障发生的部位和产生的原因。

可编程控制器的自诊断测试

可编程序控制器具有极强的自诊断测试功能，在系统发生故障时要充分利用这一功能。在进行自诊断测试时，都要使用诊断调试工具，也就是编程器。

利用系统功能进行诊断测试

利用可编程控制器本身所具有的各种功能，自行编制软件、采取一定措施、结合具体分析确定故障原因。

用户通过程序可以编辑组织块，来告诉CPU当出现故障时应如何处理，

如果相应的故障组织块OB没有编程，当出现该故障时，CPU转到“STOP”状态。

由PLC实现的三相异步电动机正反转控制线路

/O接线图

2、PLC的输入输出地址分配表

 

输入：

X0-----SB1(启动）

X1-----SB2（停止）

X2-----SB3

 

输出：

Y0-----KM1

Y1-----KM2

Y2-----KM3

Y3-----KM4

 

3、PLC的梯形图

 

4、指令表

 

西门子PLC模拟量扩展模块EM235测量温度和监视指定温限

用PT100电阻温度传感器测量温度并监视温度

     本例讨论如下内容:用模拟量扩展模块EM235测量温度和监视指定温限，在该模拟量模块的一个输入通道上连接PT100温度传感器。

为了把PT100的随温度变化的电阻转换成电压，模拟量输出作为恒电流源而使用，即输出12.5mA随电流供给PT100传感器。在这个电路中，产生了5mV/0C的线性输入电压。EM235把这个电压转换成数字量，程序周期性地读这些数字量，并将所读的这些数，利用下面的公式计算出温度。

硬件描述

温度传感器:

PT100是铂电阻温度传感器，它适用于测量-60到+400度之间的温度。

计算PT100所需电流

PT100在0度时电阻为100，随着温度的变化电阻星线性变化，大约是每摄氏度0.4欧姆。