（陕西）中国西门子PLC模块代理商

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 1.安全电路设计准则

  (1)安全性标准。电气设备的安全性，在所有机电设备中占有至高无上的地位，必须引起设计人员的高度重视。为了统一设备的安全性标准，1995年欧洲共同体颁布了"89/392/EWG有关成员国设备标准倾向统一的法令"，即zhuming的"设备法令"。该法令从1995年1月1日起，开始对欧洲共同体流通的所有设备具有约束力，它是所有生产制造商必须执行的基本安全要求，以法律形式进行强制。所有生产制造商必须声明其产品符合"设备法令"中相关标准的规定，并对此负法律责任。此外，设备必须配有"CE"标志，表明设备已经符合标准的要求。

  在89/392/EWG"设备法令"中，对安全性的定义是"……在实现设备功能的过程中，不引起伤害或有利于健康……”。设备安全性标准分以下3类：

  1)A类标准：安全基础标准。它涉及设备安全性、基本概念等，是适用于所有设备的通用设计导则。主要标准有EN292-1、EN292-2、EN1050等。

  2)B类标准：安全类组标准。标准分类、分组规定了安全性设计的具体要求，分为B1和B2两类。B1类主要是特殊成套装置的安全性标准，如EN60204-1"设备的安全，电气配套装置"等；B2类主要是安全操作装置及设计方面的具体要求，如EN547"双手操作的电路"，EN418"紧急分断装置"等。

  3)C类标准：安全产品标准。它针对特殊产品的安全性标准，如prEN616~620“手动操作装置与系统”的安全性；prEN692"机械式压力机"的安全性；prEN693"液压式压力机"的安全性等。

  "设备法令"强调"设备设计人员的职责是：从一开始就应选择合适的结构特征来避免设备的危害性，或者降低这种危害性"；"控制系统在结构设计上应做到：不允许个别故障而引起的安全功能的丧失，必须识别故障，不允许设备继续运行”。

  (2)安全触点的使用。电气控制系统中用于安全回路的“主令元件”类(如紧急分断按钮、超程保护开关等)触点元件，必须满足EN60947-5-1(IEC947-5-1)标准的规定。

  应特别注意标准中的"强制释放"要求，即安全触点"必须依靠形位配合，不能用弹簧零件"使其动作。就是说用于紧急分断、超程保护的按钮、开关，必须使用由操作件或手动直接作用的“动断”触点，而不可以使用动合触点信号。

  采用“动断”触点的优点是：即使触点发生“熔焊”，通过直接作用力产生的机械变位，仍然可以有效断开"熔焊"，保证安全回路的正常动作。

  标准还规定"用于紧急分断的操作件，必须能保持在操作(紧急分断)的位置上；只允许使用手或者工具直接作用于紧急分断操作电器上，才能解除操作"，也就是说，不允许使用自动"复位"的普通按钮和限位开关。

  简言之，用于设备紧急停止的按钮、超程保护的开关等，只能使用"动断"触点；而且紧急停止的按钮、超程保护的开关必须具有“自锁”功能，即应采用具有安全功能的行程开关(如SiemensSIGUARD 3SE2/3SE3系列行程开关，见图5-6)和旋转复位或拉/压复位的"急停"按钮(见图5-7)。

  (3)双手操作电器的使用。机械设备中有可能对人体产生伤害与危险的部件(如夹具等)，在电气控制系统设计中，必须采用“双手操作”的电器与控制电路，以确保操作人员能将自己的双手远离危险区域(相关标准：EN547，DIN24980，VDI0113，EN60204-112/97，IEC204-11/98)。

  “双手操作”的电路设计应达到以下要求；只有通过“双手”同时操作，使得两个按钮的触点同时接通并保持0.5s以上，才能使得信号输出动作；释放任意一个(或者两个)按钮，即可使输出中断。同时，只有在释放了两个按钮后，才允许进行再次输出。从而使得操作者使用“单手”或“单臂”操作不仅不允许，而且不可能。

  图5-6 具有安全功能的行程开关

  图5-7 双手操作按钮组合件

  “双手操作”一般都需要特殊的控制继电器，按钮可以根据标准要求进行布置，或采用图5-7所示的Siemens公司的SIGUARD3SB38系列双手操作按钮与“急停”按钮的组合产品。用于“双手操作”控制的继电器典型产品有Siemens公司的3TK2811/3TK2834“双手”接触器安全组合装置，PLC公司的P2HZX系列“双手操作”控制继电器等。

  (4)控制线路的“互锁”。当两个电器执行元件(如电动机正/反转控制接触器)同时动作、可能引起串源短路、机械部件损坏的，为了保证控制系统的工作可靠性，在继电器-接触器控制系统中，需要通过接触器触点进行可靠的电气“互锁”。

  在使用PLC控制的系统中，如果这些执行元件是通过PLC的输出进行控制的，那么在设计时不仅要在PLC程序中保证这些执行元件不可能同时动作，而见还必须同时通过线路中的电磁执行机构(或机械连锁架置)进行电气(或机械)"互锁"，保证这些执行元件不存在同时动作的可能性(见图5-8)。

  图5-8 “互锁”设计的要求

  (5)紧急分断。根据EN60204-1标准规定，用于工业设备的电气控制装置，在出现危险情况时必须能通过紧急分断电路，尽快地使主机停止运行，以免造成对人员或设备的伤害。

  标准规定，紧急分断的实现方法可以有如下两种：

  1) 通过安装紧急分断开关分断。用于紧急分断的开关可以是手动的，也可以是通过控制回路的分断进行远距离控制。

  2)经过控制电路的设计，使得紧急分断可以通过唯一的主令开关，就能分断全部有关的主电路。作为紧急分断的操作部件，有如下要求：

  ●用于紧急分断的操作元件必须能够保持在“紧急分断”的位置，且只能通过手动或工具(例如通过旋转复位、拉拔复位、使用钥匙等)直接作用于操作元件才能进行解除。

  ●紧急分断操作元件的动合、动断触点必须满足"强制执行"条件，即动合、动断触点不允许有"重叠接触”的现象。

  ●紧急分断操作元件的"动断"触点至少已经获得Zui小的断开间隙(完全断开)，且可能的"动合"触点都已经处于闭合状态，连锁才能生效。

PLC控制系统的等效电路图1-28是一个典型的机床继电器控制电路，KT是时间继电器KM1、KM2是两个接触器，分别控制电机M1、M2的运转;SB1为停止按钮，SB2为启动按钮。控制过程如下;按下启动按钮SB2，电机M1开始运转，10s后，电机M2开始运转;按下停止按钮SB1，电机M1、M2同时停止运转。

  在控制线路中，当按下SB2时，KM1、KT的线圈同时通电，KM1的一个常开触点闭合并自锁，M1开始运转;KT线圈通电后开始计时，10s后KT的延时常开触点闭合，KM2线圈通电，M2开始运转。当按下SB1时，KM1、KT线圈同时断电，KM2线圈也断电，M1、M2随之停转。

  现若改用日本松下公司生产的FP系列微型PLC来实现上述的控制功能，图1-29为改用PLC控制的等效电路图。在PLC的面板上有一排输入端子和一排输出端子，输入端子和输出端子各有自己的公共接线端子M或L，输入端子的编号为X1、X2、…，输出端子的编号为Y1、Y2、…。停止按钮SB1、启动按钮SB2、热继电器FR1与FR2的一端按到输入端子上，另一端通过电源接到输入公共端子COM上;接触器KM1、KM2的线圈接到输出端子上，输出公共端子COM上接AC220V负载驱动电源。PLC控制的等效电路由三部分组成：

  ①输入部分∶接收操作指令(由启动按钮、停止按钮、开关等提供)，或接收被控对象的各种状态信息(由行程开关、接近开关、各种传感器信号等提供)。PLC的每一个输入点对应一个内部输入继电器，当输入点与输入M端接通时，输入继电器线圈通电，它的常开触点闭合、常闭触点断开;当输入点与输入M端断开时，输入继电器线圈断电，它的常开触点断开、常闭触点接通。

  ②控制部分∶这部分是用户编制的控制程序，通常用梯形图的形式表示。用户控制程序放在PLC的用户程序存储器中。系统运行时，PLC依次读取用户程序存储器中的程序语句，对它们的内容进行解释并加以执行，有需要输出的结果则送到PLC的输出端子，以控制外部负载的工作。

  ③输出部分∶根据程序执行的结果直接驱动负载。PLC的每一个输出点对应一个内部输出继电器，每个输出继电器仅有一个硬触点与输出点相对应。当程序执行的结果使输出继电器线圈通电时，对应的硬输出触点闭合，控制外部负载动作。

  其PLC控制过程为∶当按下SB2时，输入继电器X2的线圈通电，X2的常开触点闭合，使输出继电器Y1的线圈得电，Y1对应的硬输出触点闭合，KM1得电，M1开始运转;同时Y1的一个常开触点闭合并自锁;定时器T37的线圈通电开始计时，延时10s后KT的常开触点闭合，输出继电器Y2的线圈得电，Y2对应的硬输出触点闭合，KM2得电，M2开始运转。当按下 SB1时，输入继电器X1的线圈通电，X1的常闭触点断开，Y1、T37的线圈均断电，Y2的线圈也断电，Y1、Y2对应的两个硬输出触点随之断开，KM1、KM2断电，M1、M2停转。

西门子伺服电机

在某些传动范围内，须要对被控东西完成的位置控制，而实现正确的位置操纵的一个基本条件是需要有的伺服电机。西门子伺服电机将是您的*。

一、西门子伺服电机分类：交流伺服和直流伺服两大类

交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机（异步电机）相似。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于10％～15％和小于15％～25％）等特点。

直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。电机转速n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被磁铁所取代，磁通φ恒定。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。

西门子直流伺服电机和西门子交流伺服电机的优缺点

1、直流伺服电机的优点和缺点

优点：速度控制，转矩速度特性很硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。

缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，产生磨损微粒（无尘易爆环境不宜）

2、交流伺服电机的优点和缺点

优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的率，发热少，高速控制，高度位置控制（取决于编码器精度），额定运行区域内，可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护（适用于无尘、易爆环境）

缺点：控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定，需要更多的连线。

西门子交流伺服电机和直流伺服电机的特点：

1、交流伺服电机

（1）笼型两相交流伺服电机（细长笼型转子、机械特性近似线性、体积和励磁电流小、小功率伺服、低速运转不够平滑）

（2）非磁性杯型转子两相交流伺服电机（空心杯转子、机械特性近似线性、体积和励磁电流较大、小功率伺服、低速运转平滑）

（3）铁磁杯型转子两相交流伺服电机（铁磁材料杯型转子、机械特性近似线性、转子转动惯量大、齿槽效应小、运行平稳）

（4）同步型永磁交流伺服电机（由永磁同步电机、测速机及位置检测元件同轴一体机组，定子为3相或2相，磁性材料转子，配驱动器；调速范围宽、机械特性由恒转矩区和恒功率区组成，可连续堵转，快速相应性能好，输出功率大，转矩波动小；有方波驱动和正弦波驱动两种方式，控制性能好，为机电一体化产品）

（5）异步型三相交流伺服电机（转子与笼型异步电机相似，配驱动器，采用矢量控制，扩大了恒功率调速范围，多用于机床主轴调速系统）

2、直流伺服电机

（1）印制绕组直流伺服电机（盘形转子、盘形定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，无齿槽效应，无饱和效应，输出转矩大）

（2）线绕盘式直流伺服电机（盘形转子、定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，控制性能优于其他直流伺服电机，，输出转矩大）

（3）杯型电枢永磁直流电机（空心杯转子，转子转动惯量小，适用于增量运动伺服系统）

（4）无刷直流伺服电机（定子为多相绕组，转子为永磁式，带转子位置传感器，无火花干扰，寿命长，噪声低）

3、力矩电机

（1）直流力矩电机（扁平结构，极数槽数换向片数串联导体数多；输出转矩大，低速或堵转下可连续工作，机械和调节特性好，机电时间常数小）

（2）无刷直流力矩电机（与无刷直流伺服电机结构相似，但为扁平状，极数槽数串联导体数多；输出转矩大，机械和调节特性好，寿命长，无火花，噪声低）

（3）笼型交流力矩电机（笼型转子，扁平结构，极数槽数多，启动转矩大，机电时间常数小，可长期堵转运行，机械特性较软）

（4）实心转子交流力矩电机（铁磁材料实心转子，扁平结构，极数槽数多，可长期堵转，运行平滑，机械特性较软）

4、步进电机

（1）反应式步进电机（定转子均由硅钢片叠成，转子铁心上无绕组，定子上有控制绕组；步距角小，启动与运行频率较高，步距角精度较低，无自锁力矩）

（2）永磁步进电机（永磁式转子，径向磁化极性；步距角大，启动与运行频率低，有保持转矩，消耗功率比反应式小，但须供正、负脉冲电流）

（3）混合式步进电机（永磁式转子，轴向磁化极性；步距角精度高，有保持转矩，输入电流小，兼有反应式和永磁式两者的优点）

5、开关磁阻电机（定转子均由硅钢片叠成，都为凸极式，与极数相接近的大步距反应式步进电机结构相似，带有转子位置传感器，转矩方向与电流方向无关，调速范围小，噪声大，机械特性由恒转矩区、恒功率区、串励特性区三部分组成）

客户的口碑是选择西门子系统的有力佐证。西门子伺服系统可实现的动态定位和的运动控制序列，而丰富的西门子伺服电机产品结构紧凑，可实现的动态特性和运行效率。