西门子变频器6FX2003-0SB14

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 PLC控制技术是一种用于工程实际的应用技术，系统设计的水平将直接影响控制系统、设备的运行可靠性。如何根据不同的控制要求，设计出运行稳定、动作可靠、安全实用、操作简单、调试方便、维护容易的控制系统，是广大读者学习PLC技术的根本目的。

  与绝大多数计算机控制系统设计一样，PLC控制系统设计也可以分为系统规划、硬件设计、软件设计等基本的步骤、每一部分的设计都有不同的要求。本章将首先按照实际工程设计的步骤，对规划PLC控制系统的基本方法与步骤作系统、完整的介绍，然后再介绍有关控制系统的硬件设计、软件设计调试等方面的内容与实例。

  出于内容先进性，方便读者阅读进口设备图纸，以及与国际先进技术标准接轨等方面的考虑、本章中的全部电气技术要求、电路图形符号、文字代号均执行DIN标准，并与IEC、ANSI、BS标准保持广泛的一致性。

  1. 系统设计原则

  电气控制系统是实现生产自动化的保证，也是机电一体化系统安全、准确、可靠运行的前提条件。控制系统设计必须以满足生产工艺要求，保证系统安全、准确、可靠运行为准则，并通过科学的方法与现代化的手段，进行合理的规划与认真的设计。

  PLC控制系统的工程设计，一段可以分为系统规划、硬件设计、软件设计、系统调试、技术文件编制五个基本的步骤。

  在PLC控制系统的设计中应遵循如下基本设计原则：

  1) 实现设备、生产机械、生产工艺的全部动作。

  2) 满足设备、生产机械对产品的加工质量以及生产效率的要求。

  3) 确保系统安全、稳定、可靠地工作。

  4) 尽可能地简化控制系统的结构，降低生产、制造成本。

  5) 充分提高自动化程度，减轻劳动强度。

  6) 改善操作性能，方便维修等。

  在上述系统设计原则中，Zui为重要的是要满足系统控制要求、确保系统安全可靠性、简化系统结构这三方面。

  (1)满足系统控制要求。作为一种工业控制系统、PLC控制系统是为了满足控制对象(设备、生产机械、生产工艺等)的各项控制要求，使其达到设计规定的性能指标，而采用的一种现代化的控制方法与手段。系统设计必须确保能实现对象的全部动作，满足对象的各项技术要求。

  在系统设计前，设计人员必须深入生产现场或通过认真调研被控对象的机械、气动、液压的组成和工作原理；充分了解设备、生产机械需要实现的动作和应具备的功能及对电控的要求；详尽掌握设备中各种执行元件的性能与参数；以便有的放矢地开展设计工作。

  在此基础上，设计人员应首先进行控制系统的规划，确定系统的总体方案与控制系统的类型，明确为了实现不同的控制要求，需要在系统中所采取的措施，并选定主要的组成部件。

  总体方案设计完成后，设计人员应会同机械、气动、液压设计人员、操作者，用户、供应商等、对总体方案设计进行评审，并取得项目相关部门与技术人员、操作者的认可。在充分听取各方面意见的基础上，设计者决定是否需要对总体设计方案进行修改。当方案有重大更改，在修改方案完成后，还应再次进行总体方案的评审。

  (2)确保系统安全可靠性。在系统总体打方确定后的具体技术设计阶段，设计人员必须首先考虑系统的安全性与可靠性，确保控制系统能够长期安全、稳定、可靠地上作。

  控制系统的安全性包括确保操作人员人身安全与设备安全两大方面。

  系统的设计必须符合各种相关安全标准(如CE标准)的规定。在设计中应充分考虑各种安全防护措施，如安全电路、安全防护等。而且对于涉及人身安全的部件，必须在电气控制系统设计时进行严格的动作“互锁”，严防发生危及操作者安全的事故。

  设备安全是电气设计人员必须考虑的问题。尤其应重视设备运行过程中出现部件故障或其他原因的紧急停机的情况，控制系统的动作必须迅速、可靠、安全。

  系统设计中，必须采用符合EN标准要求的安全电路；应充分考虑到PLC本身发生故障的可能性；安全电路必须利用电磁动作元件组成，并且满足"强制执行"条件。

  对于某些执行元件的动作，如电机的正/反转接触器等，应进行可靠的动作"互锁"。这些"互锁"不能仅在PLC用户程序中进行，还必须在强电控制线路中同样得到保证，以防发生危及设备安全的事故，做到万无一失。

  控制系统运行的稳定性与可靠性是系统设计成败的关键。控制系统的动作不可靠，不仅会导致设备的运行故障，影响加工产品的质量和生产效率，而从可能引发安全事故。

  在保证安全性与可靠性要求的前提下，简化系统结构、简化操作、简化线路、简化程序不仅可以降低成本，而且也是提高系统可靠性的重要措施。严格按照PLC的设计规范与要求进行设计;按照PLC的安装要求进行安装；按规范进行布线与施工；对用户程序进行多方检查与试验；采取正确的抗干扰措施等，都是提高系统可靠件的重要手段。

  (3)简化系统结构。在能够完全满足控制对象的各项控制要求，确保系统安全性、可靠性，不影响系统自动化程度与功能的前提下，系统的设计应尽可能简单、实用。简化系统结构不仅仅是降低生产制造成本的需要，而且也是提高系统可靠性的重要措施。

  简化系统包括简化操作、简化线路、简化程序等方面。

  系统设计应具有良好的操作性能，为操作者提供友好的界面，尽可能为操作、使用提供便利。设计不但要考虑人机工程学，而且应尽可能减少不必要的控制按钮等操作元件的数量(有关安全的除外)，简化操作过程。设备的操作过程应简洁、明了、方便、容易。

  系统控制线路的设计必须简单、可靠，应尽可能减少不必要的控制器件与连线。简单、实用的控制线路不仅可以降低生产制造成本，更重要的是它可以提高系统工作的安全可靠性，方便用户使用与维修。

  PLC用户程序也要尽量简化，使用的指令应越简洁、越明了越好；要杜绝人为地使程序复杂化，从而为他人理解程序增加困难的现象。

  采用梯形图编程时，应尽可能减少不必要的辅助继电器、触点的使用数量。过多的辅助继电器、触点不仅影响程序的执行速度，延长循环扫描时间，而且会给程序的检查、阅读带来不必要的麻烦，影响调试、维修进度。

  2. 系统设计步骤

  PLC控制系统的设计(调试)可以按照图5-1所示进行。设计可分为系统规划、硬件设计、软件设计系统调试及技术文件的编制五个阶段。

  (1)系统规划。系统规划为设计的第一步，内容包括确定控制系统方案与总体设计两部分。确定控制系统方案时，应首先明确控制对象所需要实现的动作与功能、生产工艺要求与设备的现场布置情况；在此基础上确定系统的技术实现手段，选择系统的总体结构形式与组成部件。

  系统规划的具体内容包括：明确控制要求，确定系统类型，确定硬件配置要求；选择PLC的型号、规格，确定I/O模块的数量与规格，选择特殊功能模块；选择人机界面、伺服驱动器、变频器、调速装置等。

  (2)硬件设计。硬件设计是在系统规划与总体设计完成后的技术设计。在这一阶段，设计人员需要根据总体方案完成电气控制原理图、连接图、元件布置图等基本图样的设计工作。

  图5-1 PLC控制系统的设计步骤

  在此基础上，应汇编完整的电器元件目录与配套件清单，提供给采购供应部门购买相关的组成部件。同时，根据PLC的安装要求与用户的环境条件，结合所设计的电气原理图与连接、布置图，完成用于安装以上电器元件的控制柜、操纵台等零部件的设计。

  设计完成后，将全部图样与外购元器件、标准件等汇编成统一的基本件、外购件、标准件明细表(目录)，提供给生产、供应部门组织生产与采购。

  (3) 软件设计。PLC控制系统的软件设计主要是编制PLC用户程序、特殊功能模块控制软件、确定PLC以及功能模块的设定参数(如需要)等。它可以与系统电器元件安装柜、操纵台的制作、元器件的采购同步进行。

  软件设计应根据所确定的总体方案与已经完成的电气控制原理图，按照原理图所确定的I/O地址，编写实现控制要求与功能的PLC用户程序。为了方便调试、维修，通常需要在软件设计阶段同时编写出程序说明书、I/O地址表、注释表等辅助文件。

  在程序设计完成后，一般应通过PLC编程软件所具备的自诊断功能对PLC程序进行基本的检查，排除程序中的电路与语法错误。在有条件时，应通过必要的模拟与仿真手段，对程序进行模拟与仿真试验。对于初次使用的伺服驱动器、变频器等部件，可以通过检查与运行的方法，事先进行离线调整与测试，以缩短现场调试的周期。

  (4)现场调试。PLC的现场调试是检查、优化PLC控制系统硬件、软件设计，提高控制系统安全可靠性的重要步骤。为了防止调试过程中可能出现的问题，确保调试工作的顺利进行，现场调试应在完成控制系统的安装、连接、用户程序编制后，按照调试前的检查、硬件调试、软件调试、空运行试验、可靠性试验、实际运行试验等规定的步骤进行。

  在调试阶段，一切均应以满足控制要求，确保系统安全、可靠运行为Zui高准则，它是检验硬件、软件设计正确性的唯一标准，任何影响系统安全性与可靠性的设计，都必须予以修改，绝不能遗留事故隐患，以免导致严重后果。

  (5)编制技术文件。在设备安全、可靠运行得到确认后，设计人员可以着手进行系统技术文件的编制工作，诸如修改电气原理图、连接图，编写设备操作、使用说明书，备份PLC用户程序，记录调整、设定参数等。

  文件的编写应正确、全面，必须保证图与实物一致，电气原理图、用户程序、设定参数必须为调试完成后的Zui终版本。文件的编写应规范、系统，尽可能为设备使用者及今后的维修工作提供方便

S7-400PLC电源模块

 电源模块规格

  S7-400PLC的CPU与其他模块需要DC24V/DC5V电源，因此，PLC都需要配套S7-400 PLC电源模块。

  S7-400PLC电源模块分直流输入型(PS405)与交流输入型(PS407)两种，直流输入型的额定输入电压为DC24V/48V/60V，交流输入型的额定输入电压为单相AC120V/230V(部分型号为直流110/230V通用);DC5V的输出有4A、10A、20A三种规格。

  电源模块的容量需要根据实际系统中的需要选择，它与PLC需要模块供电的负载大小有关，在小型PLC系统中，电源模块的DC24V也可以用于PLC的输入信号，但考虑到安全性、可靠性与容量等方面的原因，电源模块原则上不宜作为PLC的DC24V负载驱动电源。

  S7-400 PLC可以选用的直流输入型电源模块型号与主要技

  ①直流输入型(PS405)术参数如表2-46所示。

  S7-400 PLC可以选用的交流输入型电源模块型号与主要技术参数如表2-47所示。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则设计。PLC是一种工业计算机，其种类繁多，不同厂家的产品有各自的特点，但作为工业标准设备，可编程序控制器又有一定的共性。

　　每个中央机架多使用6个IM（接口模块），通过适配器在中央机架上可以连接6块S5模块。2）实时时钟功能：CPU有后备时钟和8个小时计数器、8个时钟存储器位，有日期时间同步功能，同步时在PLC内和MPI上可以作为主站和从站。

　　通过外部控制器也可对双轴同步系统进行控制。除上述特性外，MM4系列变频器还具有以下与众不同的显著特点。（1）采用内部功能二进制互连技术（BiCo）。内部功能互连技术也称自由交换技术，是一种将输入和输出功能结合在一起的设置方法，也是一种“可逆的”连接方式。

　　编者从实际工程应用的需要出发，有的放矢地介绍SIMOTIONC系列中的C240系统构成、调试、参数设置等应用技术，相信读者在掌握了C240控制器基本原理和应用技能的基础上，可以较快地掌握其他型号的运动控制器控制复杂设备的方法。

　　2..3PLC的发展趋势、功能向增强化和化的方向发展，针对不同行业的应用特点，开发出化的PLC产品。以此来提高产品的性能和降低产品的成本，提高产品的易用性和化水平。3、系统向标准化和开放化方向发展，以个人计算机为基础，在indos平台上开发符合全新体化开放体系结构的PLC。

　　请务必核实不带符号的数字用作带符号的指令时不得超出正负数界限。在IEC1131-3编辑模式中，细致数据类型检查通过对指令的非法数据类型生成错误，帮助程序员在编译过程中发现这些错误。SIMATIC编辑器不具有此一功能。

　　PC/MPI+对应西门子产品号:6ES7972-0CA2-0XA0，西门子S7-300PLC编程通信适配器，光电隔离型，外观同西门子产品，含RS232电缆（5米）LOGO!USB-CABLE隔离型USB接口的西门子LOGO。

　　当输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，其结果都要变化。5．按控制方式分类1）U/f控制（VVVF控制）变频器。U/f控制就是输出电压跟频率成正比的控制。低端变频器都采用这种控制原理。2）SF控制变频器（转差频率控制）。

　　7.接口模块（IM）接口模块用来提高PLC系统扩展能力，当PLC系统规模不能满足控制要求时，可通过接口模块扩展新的机架从而安装并支持更多的信号模块。S7-300PLC有3种规格的接口模块：IM365、IM360、IM361。

　　2.基频以上调速在基频以上调速时，频率从fin向上升高，但定子电压Us却不可能超过额定电压UsN，只能保持Us=UsN不变，这将使磁通与频率成反比地下降，使得异步电动机工作在弱磁状态。把异步电动机基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，即是其变频调速的控制特性，

　　例如通信模块、位置控制模块、模糊逻辑控制模块、高速计数器模块等。3）高可靠性。PLC广泛采用自诊断技术，向用户提供故障分析的信息和提示。同时，大力发展冗余技术、容错技术，以及模块的热插拔功能，保障PLC能够长时间的可靠运行。

　　下面举例说明：1.使用RS232协议在某个项目中，用户使用S7-200与带有RS-232接口的设备进行通讯时，通过RS-232/PPI多主站电缆连接到设备的RS-232端口和S7-200的CPU的RS-485端口之间。

　　使用环境温度可高达50℃以上，有的PLC可高达80～90℃。有的PLC的模块可工作在冗余热备模式下，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作冗余备份。一旦工作主机出现故障，冗余热备的CPU就可自动接替其工作。

　　提供有以下模拟量I/O模块：AI/AQ4xU/I/RTD/TC/2xU/IST4个模拟量输入通道;16位分辨率;准确度+/-0.3%;一个电压组;10V共模电压;可设置诊断参数;硬件中断(两个上限值和下限值);在运行过程中进行校准。

　　另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、33、323、32多种；还有90－20系列小型机，型号为2。第二个DC，表示直流输入(24VDC)。3：300系列（=ET系列，2=200系列，3=300系列，4=400。

　　我国高压变频器的品种和性能还处于发展的初级阶段，仍需大量从国外进口。3．变频器的发展趋势随着节约环保型社会发展模式的提出，人们开始更多地关注起生活的环境品质。节能型、低噪声变频器，是今后一段时间发展的一个总趋势。

　　图1-10中的控制逻辑与图1-9中的控制逻辑完全相同。（4）语句表语句表是一种与计算机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成语句表程序。（5）结构文本结构文本是一种的编程语言，与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。

　　⑥STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于STOP或HOLD或STARTUP状态时亮。在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。对于有些CPU，如CPU315-2DP，除了上述6个指示灯以外，还有两个与系统总线和DP接口有关的故障指示灯。

　　用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用西门子变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的.2~.5倍，起动转矩为70%~20%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的西门子变频器，起动转矩为00%以上，可以带全负载起动。

　　、S7-200介于200和300之间。性能比200强大很多。西门子当初做200，是找日本外购的硬件，他直想做自己的硬件即后来的200。2、Smart是为了满足中国市场的些顽固人士准备的，或者是为了些简单的很小的设备，为了降低成本准备。

　　对于精度小于16位的模拟量输入模块，模拟值以左对齐方式存储，未使用的低有效位用0填充·转换时间是基本转换时间与模块在电阻测量和断线监控处理上花费的其他时间之和。基本转换时间直接取决于模拟量输入通道的转换方法（积分方法、实际值转换）。

　　例如，经过测量，CPU24C的宽度仅为0mm，CPU22C和CPU2C的宽度仅为90mm。结合通信模块和信号模块的较小占用空间，在安装过程中，该模块化的紧凑系统节省了宝贵的空间，为您提供了率和大灵活性。

　　[2]2000年，西门子开关插座进入中国市场。[]2003年，西门子开关插座中国研发中心建立；[]2007年，西门子开关插座亚洲生产基地落成[]发展至今，西门子开关已研发出睿致、皓睿、映彩等十余款系列产品。

　　（1）标准型CPU系列。包括CPU313、314、315、315-2DP、316-2DP、318-2。V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，是基于在改变电源频率进行调速的同时，又要电动机的磁通不变的思想而提出的，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能。

浔之漫智控技术（上海）有限公司（s）

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西门子授权代理商

（1）上部端子

L1、N、：120～240VAC电源供电的相线、中线和接地线。

L+、M：24VDC电源输出的正极、负极，为外部传感器供电。

1M：输入信号的公共端。

DI a、DI b：数字量输入，默认为DI0、DI1（可由编程软件修改），则DI a.0～DI a.7为I0.0～I0.7，DIb.0～DI b.5为I1.0～I1.5，输入电压为24VDC。

2M、0、1：分别为模拟量输入的公共端、0路模拟量输入、1路模拟量输入。

（2）下部端子

1L、2L：输出信号的公共端。

DQ a、DQ b：数字量输出，默认为DQ0、DQ1（可由编程软件修改），则DQ a的.0～.7为Q0.0～Q0.7，DIb的.0～.1为Q1.0～Q1.1，PLC的输出分为两组，1L作为Q0.0～Q0.4的公共端，2L作为Q0.5～Q0.7、Q1.0、Q1.1的公共端，这样，不同组的负载可以使用不同的电压系列（如1L组使用220VAC、2L组使用24VDC等）。

浔之漫智控技术(上海)有限公司本着“以人为本、科技先导、顾客满意、持续改进”的工作方针，致力于工业自动化控制领域的产品开发、工程配套和系统集成，拥有丰富的自动化产品的应用和实践经验以及雄厚的技术力量，尤其以PLC复杂控制系统、传动技术应用、数控系统以及低压控制低压配电为公司的技术特长。浔之漫智控技术(上海)有限公司在与西门子公司自动化与驱动部门的长期紧密合作过程中，建立了良好相互协作关系，在自动化控制方面的业务逐年成倍增长，为广大用户提供西门子的*新技术及自动控制的**解法方案。目前，与国内众多集团合作，为其提供配套产品和服务，也为国内工业自动化控制领域的企业提供西门子自动智能化产品和解决方案，并获yizhihaoping!

6ES7211-1BE40-0XB0CPU 1211C  AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI6ES7211-1AE40-0XB0CPU 1211C   DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI6ES7211-1HE40-0XB0CPU 1211C   DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI6ES7212-1BE40-0XB0CPU 1212C   AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI6ES7212-1AE40-0XB0CPU 1212C   DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI6ES7212-1HE40-0XB0CPU 1212C   DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI6ES7214-1BG40-0XB0CPU 1214C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI6ES7214-1AG40-0XB0CPU 1214C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI6ES7214-1HG40-0XB0CPU 1214C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI6ES7215-1BG40-0XB0CPU 1215C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO6ES7215-1AG40-0XB0CPU 1215C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO6ES7215-1HG40-0XB0CPU 1215C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO6ES72171AG400XB0CPU 1217C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO