西门子PLC控制器6ES7193-6BP20-0DA0

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 1. 硬件设计概述

  (1) 硬件设计的重要性。PLC控制系统设计包括了硬件与软件两方面的内容。在控制系统的总体规划(方案设计)完成，并且选定了对应的PLC型号与规格后，从工程设计的角度，就应该进入控制系统的技术设计阶段，即进行系统的硬件与软件设计。

  PLC控制系统的硬件设计，并非像某些人主观想象的那样：由于PLC具有灵活、通用的特点，全部控制要求均可以通过软件解决，因此设计时只要进行PLC与输入/输出信号间的简单连接即可。而是直接关系到控制系统的安全性、可靠性与生产制造成本等诸多重要问题。而且，硬件设计一旦完成，它不可以像软件设计那样可以随时随地进行修改，因此，它是决定控制系统设计成败的关键问题，必须引起设计者的高度重视。

  虽然，PLC是专门为工业环境设计的控制装置，其本身的安全性、可靠性已经得到了良好的保证，但如果外部条件不能满足PLC的基本要求，同样可能影响系统的正常运行，造成设备运行的不稳定，甚至危及设备与人身安全。因此，在系统硬件设计阶段，就必须考虑到系统的安全性与可靠性，并始终将其放在Zui为重要的位置。

  硬件设计是对系统进行的原理、安装、施工、调试、维修等方面的具体技术设计，设计必须认真、仔细确保全部图样与技术文件的完整、准确、齐全、系统、统一、并贯彻国际、国内有关标准。

  (2) 硬件设计的基本内容。一般来说，PLC系统硬件设计应包括如下内容：

  1) 控制系统主回路设计、控制回路设计、安全电路、PLC输入/输出回路等方面的设计。

  2) 控制拒、操纵台的机械结构设计。

  3) 控制柜、操纵台的电器元件安装设计。

  4) 电气连接设计。

  以上内容中的主回路、控制回路、PLC输入/输出回路的设计是硬件设计的主要内容，属于电气控制原理设计的范畴，统一以"电气原理图"的形式体现设计思想与要求。

  电气原理图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的基础，它完整地体现了系统的设计思想与要求，系统中所使用的任何电器元件及它们之间的连接要求、主要规格参数等，均在电气原理图上得到了全面、准确、系统的反映，因此，它是电气控制系统Zui为重要的技术资料。

  电气原理图设计应遵循国际、国家或行业的标准与规范。在国外，一般来说，除涉及安全性、可靠性的准则决不可违背外，对其他方面的要求(如图形符号、元器件代号等的表示方法)通常较灵活，因此，在阅读进口设备图纸时应注意。此外，电气原理图的具体绘制要求、读图方法等虽然是PLC系统设计中需要掌握的内容，但它们不属于这里要介绍的范畴，需要时可参考有关标准与其他参考书。

  PLC电气原理图设计中，PLC的I/O连接设计相对来说是系统中较为简单的部分，只需要根据PLC输入/输出的类型，按照PLC的连接要求进行连接即可。然而，控制系统的PLC外围电路设计，往往是影响系统运行安全性、可靠性，决定系统成败的关键，尤其应该引起设计者的重视。

  控制柜、操纵台的机械结构设计，控制柜、操纵台的电器元件安装设计，电气连接设计等属于安装与连接设计的范畴。设计的目的是用于指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，并提高系统的可靠性与标准化程度。

  2. 系统主回路设计

  (1) 主回路设计的内容。在电气控制系统中，习惯上将高电压、大电流的回路称为主回路。在常见的PLC控制系统中，主回路通常包括如下部分：

  1) 电动机主回路，包括用于电动机通断控制的接触器、电动机保护的断路器等。

  2) 各种动力驱动装置的电源回路与动力回路，如驱动器电源输入回路及其通断控制的接触器、保护断路器、伺服电动机的电枢回路、直流电动机的励磁回路等。

  3) 各种控制变压器的一次侧输入回路，包括通断控制的接触器、保护断路器等.

  4) 用于供给控制系统各部分主电源的电源输入与控制回路，包括用于电源变压器、稳压器件以及用于电源回路控制的接触器、保护断路器等。

  PLC控制系统的主回路设计与其他电气控制系统无原则性区别。但必须符合有关标准的规定，并结合PLC控制系统的自身特点，充分考虑系统的可靠性与安全性。

  (2) 电源总开关。根据EN60204-1(VDE0113第1部分)标准规定，为了使整个控制系统与电网隔离机械设备的电气控制装置必须安装电源总开关。

  总开关的设计要求是：开关必须具有足够的分断能力，必须能够分断处于“堵转”状态的Zui大电动机的电流与其他所有用电设备和电动机的电流总和。

  通过总开关，原则上应能断开设备中的所有用电设备电源，例外的是，当设备安装有需要在总电源切断情况下使用的安全保护装置，如维修用电源、维修用照明、设备安全防护的解锁装置等部件时，允许这部分的电源直接连接在设备进线上，可以不通过总开关分断。但是，即便如此，以上电路仍然需要安装独立的短路保护器件(如断路器等)。

  (3) 保护装置的安装。为了对设备主回路进行可靠、有效的保护，设备中每一个独立的部件都必须安装用于短路、过电流保护的保护器件(如断路器等)，保护器件必须具有足够的分断能力，必须能够可靠分断被保护的用电设备或电动机。

  出于调试、维修的需要和对系统的可靠性与安全性的考虑，原则上对于不同类型的主回路，如电动机主回路、驱动主回路等，在每一部件独立安装保护器件的基础上，还应对每一大类分类安装总保护断路器

  对于输入/输出点数、种类较多、构成复杂、控制要求较高的控制系统，当外部输入/输电信号共用电源时，应采用分组的形式进行供电，每组通过独立的保护断路器进行保护与通/断控制。

  (4) 接地与抗干扰。从安全角度考虑，控制系统应安装总接地母线，用于电位平衡与接地。与主回路连接的各种独立电气控制装置，应有专门的、符合要求的接地连接线与设备接地母线进行连接，以防止干扰，提高可靠性。

  系统中容易产生干扰或是容易受到外部干扰的电气控制装置，如PLC、数控装置(CNC)、伺服驱动器、变频器等，应通过隔离变压器、滤波电抗器等与电源进行连接，以抑制线路干扰。

  系统中的需要通断的大功率负载，应在线路上安装浪涌电压吸收器，以抑制负载通断产生的过电压与干扰。

  (5) 辅助控制电源的设计。用于系统安全保护、紧急停机控制的装置(如制动器、安全门保护等)的辅助电源，应确保不会因"急停"等操作而分断。

  系统中可靠性要求较高的控制部件，如PLC的电源输入、CNC的电源输入等，当它们为直流DC24V供电时，应尽可能采用独立的稳压电源进行供电；当采用交流供电时，应安装独立的隔离变压器，原则上不要与系统的其他控制电路与执行元件(如电磁阀、220V/24V控制回路等)共用电源。

  PLC输入/输出所需要的传感器、开关、执行元件电源，应尽可能采用外部电源供电的形式，以防止由于外部线路故障引起PLC损坏。

  注意：在欧洲，目前已经对工业电气控制设备的主回路实行3相AC400V与单相AC230V标准、以取代传统的3相AC380V与单相AC220V标准，因此，在进行出口设备设计及进口设备维修时应加以注意

  3. 系统控制回路设计

  PLC控制系统中的控制回路，是指由继电器、接触器等低压电器构成的强电控制回路。在常见的控制系统中，控制回路一般有AC220V(或AC230V)与DC24V两种，其组成与作用如下。

  (1) AC220V控制回路。PLC控制系统中的AC220V(或AC230V)控制回路一般包括以下线路：

  1)用于电气控制系统的AC220V(或AC230V)安全电路，如紧急分断电路、安全门控制电路、"双手控制”电路等。

  注意：国外相关安全标准的规定(如欧共体的EN418标准)对用于控制系统紧急分断、安全防护门控制、夹具“双手”控制等特殊场合的电路，均有具体、明确的要求，如线路必须通过机电式的结构元件执行，使用的控制元件触点必须满足"强制执行"条件，设计的电路必须具有"冗余"，操作元件必须具有保护等。

  2) 电气控制装置、电动机、设备的启动/停止控制线路。

  3) 主回路中的AC220V(或AC230V)接触器的通/断控制电路。虽然，大部分PLC的输出可以直接驱动AC220V(或AC230V)的负载，但考虑到系统的安全、可靠性及线路“互锁”的需要，一般情况下，主回路的接触器通/断仍然以AC220V(或AC230V)控制电路进行控制的场合居多。

  4) 各种驱动装置、控制装置的AC22V。

  (2) DC24V控制回路。

  PLC控制系统中的DC24V控制回路一般包括以下控制线路：

  1) DC24V辅助继电器感触器接点控制回路。

  2) 用于电气控制系统的DC24V紧急分断电路与安全电路。3)DC24V电磁阀、电磁离合器等执行元件的驱动、控制线路。4)DC24V制动器、防护门连锁控制线路等。

  (3) 控制回路的设计原则。控制回路设计的基本要求与Zui高准则是必须保证系统运行的安全、可靠。控制回路的设计不仅要考虑设备的正常运行情况，尤其是要考虑到当设备中的机械部件、电器元件发生故障以及出现误操作、误动作等情况下的紧急处理。无论出现何种情况，控制回路必须要能保证设备的安全、可靠停机，并且不会造成对操作、维修者人身与设备的伤害。

  在保证安全、可靠的前提下，控制回路的动作设计应尽可能简捷、明了，方便操作与维修。电路中的元器件选择尽可能统一、规范，生产厂家不宜过多，以方便采购供应与维修服务。控制回路的控制电压应符合标准规定，电压种类不宜过多，以降低生产制造成本，提高系统可靠性。下面将提供的主回路与控制回路设计示范实例，可以供读者设计时参考。

西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、要求的PLC（如S7-400）等。西门子S7-400系列可编程控制器：两量爪与待测物的接触不宜过紧。不能使被夹紧的物体在量爪内挪动。读数时，视线应与尺面垂直。如需固定读数，可用紧固螺钉将游标固定在尺身上，防止滑动。实际测量时，对同一长度应多测几次，取其平均值来消除偶然。卡尺的维护方法运行检查在每天使用之前，要先检查游标卡尺的零刻度是否对齐，刻度是否清晰可见，挪动是否顺畅，是则该卡尺可正常使用，否则需将该卡尺进行维修或更换新的计量有效的卡尺，并按运行检查规定中的仪器失效方法进行。西门子S7-1200 小型可编程控制器:西门子SIMATIC S7-1200是一款紧凑型、模块化的PLC，可完成简单逻辑控制、 逻辑控制、HMI 和网络通信等任务 。单机小型自动化系统的解决方案。 对于需要网络通信功能和单屏或多屏HMI的自动化系统，易于设计和实施。具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的 应用功能新的模块化SIMATIC S7-1200控制器是我们新推出产品的核心，可实现简单却高度的自动化任务。SIMATIC S7-1200 控制器实现了模块化和紧凑型设计，功能强大、投资安全并且*适合各种应用。

目前，PLC在已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业，使用情况主要分为如下几类：但是同样的轴承座型号在不同的公司样本里的标记也不*相同。对于标准轴承座不同的应用场合，可选择不同材料的轴承座如:灰口铸铁铁、球墨铸铁和铸钢、不锈钢、塑料的特殊轴承座。轴承座分类根据轴承和轴承座的不同要求，轴承座的分类也不*相同，在使用的时候要根据设计，认真核对选用。轴承1按轴承座的形状分类：1.1外球面带座轴承，也称轴承单元。不带轴承的时候就叫外球面轴承座。1外球面轴承座其根据轴承的系列分为2系列。系列。系列。系列。XOO系列。球面轴承座按形状分为立式座（P座），方形座（F座），菱形座（FL座），圆形座（C座），凸台圆形座（FC座），凸台方形座（FS座），暗孔座（PA座），吊式座（FA座）。体式（即非分离式）立式轴承座组座，带螺丝紧固的轴承箱盖。这些立式轴承座组座 初是作为轻轨道卡车的轴箱发的，但也可用于传统的立式轴承座组。

非分离式立式轴承座组座比分离式轴承座刚性高，有些可承受更重的载荷。1．关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机及自动化线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀线等。2．工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3．运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4．数据PLC具有数 算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及。数据一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

5．通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能源。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点（装置特性曲线与泵的性能曲线的交点）经常保持在区间运行，这样既省动力又不易损坏机件。

西门子系列PLC逻辑梯形图编程的特点

梯形图编程语言是从“继电器-接触器”控制线路图上发展起来的一种编程语言，两者的结构非常类似，但其程序执行过程却存在着本质的区别。因此，同样作为"继电器-接触器"控制系统与梯形图的基本组成3要素——触点、线圈、连线，两者有着本质的不同。

  (1) 触点的性质与特点。梯形图中所使用的输入、输出、内部继电器等编程元件的"动合"、"动断"触点，其本质是PLC内部某一存储器的数据"位"状态。程序中的"动合"触点是直接使用该位的状态进行逻辑运算处理；"动断"触点是使用这位的"逻辑非"状态进行处理。它与继电器控制电路的区别在于：

  1) 梯形图中的触点可以在程序中无限次使用，它不像物理继电器那样，受到实际安装触点数量的限制。

  2) 在任何时刻，梯形图中的“动合”、“动断”触点的状态都是的，不可能出现两者同时为“1”的情况，“动合”与“动断”触点存在着严格的“逻辑非”关系。

  (2) 线圈的性质与特点。梯形图编程所使用的内部继电器、输出等编程元件，虽然采用了与“继电器-接触器"控制线路同样的"线圈"这一名称，但它们并非真实存在的物理继电器。程序对以上线圈的输出控制，只是对PLC内部某一存储器数据“位”的状态进行了赋值而已。数据“位”置“1”对应于线圈的“得电”；数据“位”置“0”对应于线圈的“失电”。因此，它与“继电器-接触器”控制电路的区别在于：

  1) 如果需要，梯形图中的"输出线圈"可以在程序中进行多次赋值，即在梯形图中可以使用所谓的“重复线圈”。

  2) PLC程序的执行，严格按照梯形图"从上至下"、"由左向右"的时序执行，在同一个PLC程序执行循环扫描周期内，不能改变已经执行完成的指令输出状态(已经执行完成的指令输出状态，只能在下一个循环扫描周期中予以改变)。有效利用PLC的这一程序执行特点，可以设计出许多区别于"继电器-接触器"控制线路的特殊逻辑，如"边沿"处理信号等。

  (3) 连线的性质与特点。梯形图中的"连线"仅代表指令在PLC中的处理顺序关系("从上至下"、"由左向右")，它不像"继电器-接触器"控制线路那样存在有实际电流。因此，在梯形图中的每一输出线圈应有各自立的逻辑控制“电路”(即有明确的逻辑控制关系)，不同的输出线圈间不能够采用“继电器-接触器”控制线路中经常使用的“电桥型连接”方式，即试图通过后面的执行条件，来改变已经执行完成的指令输出。