漳州西门子S7-200代理商
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詹雪芬 9 9：85011-1590
影响现场输入给PLC信号及执行机构出错的主要原因
虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。
影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：
1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；
2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果；
3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
影响执行机构出错的主要原因有：
1)控制负载的接触不能可靠动作，PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；
2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；
3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。
本系统采用西门子PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和 profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由 22个ET200S和22个ET200ECO组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成 profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。
系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2～12个，标准型的接口模块其范围为2～63个。所以当从站I/O模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
系统中ET200ECO从站中选用了8DI和16DI两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8电源线，模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防水防油防尘等功能。
3 目标控制系统
3.1 系统设计汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以西门子PLC为核心构成的计算机控制系统，各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200ECO站共同构成一个工位, ET200ECO主要是采集现场数据用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
艺术彩灯造型PLC编程接线及梯形图设计 一、项目所需设备、工具、材料 见表1。 二、训练内容： 1、 项目描述 某艺术彩灯造型演示板如图6所示，图中A、B、C、D、E、F、G、H为八只彩灯，呈环形分布。控制要求如下（灯的点亮顺序是）： 将启动开关K1合上，八只灯泡同时亮，即ABCDEFGH同时亮1秒；接着 八只灯泡按逆时钟方向轮流各亮1秒，即A亮1秒→B亮1秒→C亮1秒→D亮1秒→E亮1秒→F亮1秒→G亮1秒→H亮1秒；接下来八只灯泡又同时亮1秒，即ABCDEFGH同时亮1秒；然后八只灯泡按顺时钟方向轮流各亮1秒，即H亮1秒→G亮1秒→F亮1秒→E亮1秒→D亮1秒→C亮1秒→B亮1秒→A亮1秒。然后按此顺序重复执行。按下停止开关K1，所有灯灭。 2、实训要求 2.1 输入和输出点分配 见表2。 2.2 PLC接线图 按图7接好线。注意COM1、COM2相连接，因为采用相同额定电压的指示灯。输入接启动开关和停止开关。 2.3 程序设计 图8中，PLC运行时，程序9～19步中，M11导通，由于程序步50～120中，M11动合触点闭合，分别控制了Y0～Y7的导通，因而彩灯ABCDEFGH同时点亮，因T0延时1秒钟，故ABCDEFGH同时点亮1秒钟。1秒钟时间到，程序第40步，T0动合触点闭合，移位指令执行，实现轮流点亮，即 ABCDEFGH轮流点亮，因为1秒钟T0闭合一次，故ABCDEFGH轮流点亮的时间间隔为1秒。程序步20～29中，当M20通时，将M101置位，由 M101动合触点与MI2～M19动合触点配合，分别轮流点亮H～A，即H、G、F、E、D、C、B、A每隔1秒轮流点亮。程序步30～39中，当M20通时，将M101复位，M101动断触点与MI2～M19动合触点配合，分别串联点亮A～H，即A、B、C、D、E、F、G、H每隔1秒轮流点亮。任何时候将停止开关K2合上，在第114步，区间复位指令使M12～M19全部复位，所有灯均不亮。 2.4 运行并调试程序 （1）将梯形图程序输入到计算机，检查电源正确无误。 （2）对程序进行调试运行。 a.接通PLC电源后，将PLC置RUN状态，将K1闭合，观察A、B、C、D、E、F、G、H的亮显情况。 b.将K2闭合，观察A、B、C、D、E、F、G、H的亮显情况。 （3）调试运行记录。 三、实训报告要求与考核标准 1、实训报告要求 （1）整理实训操作结果，按标准写出实训报告。 （2）请用步进指令完成本次实训。 PLC控制电机梯形图设计时的四个注意事项 1）输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的触点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少触点的使用次数。 2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。如图1所示左边的梯形图结构是不符合设计规则的，应改写为右边的结构。 图1 线圈只能放在右边 3）线圈不能直接与起始母线相连，如图2所示左边的梯形图结构是不符合设计规则的，应改写为右边的结构。 图2 线圈不能直接与起始母线连接 4）同一编号的线圈在一个程序中使用两次以上称为重复输出，重复输出容易引起误操作，故一般不允许重复输出 。如图3所示，左边的梯形图结构是不符合设计规则的，应改写为右边的结构。 图3 同一线圈不能重复输出 我们知道梯形图编程是PLC中使用多的图形编程语言，是PLC应用的编程语言。为什么梯形图会受到PLC开发人员的如此热捧呢，这主要是由于梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。因此，梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计也称为编程。梯形图还具有以下几个重要特点： 1)PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器(即硬件继电器)，而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与PLC存储器中元件映像寄存器的二个存储单元相对应。以辅助继电器为例，如果该存储单元为0状态，梯形图中对应的编程元件的线圈“断电”，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为0状态，或称该编程元件为OFF(断开)。该存储单元如果为1状态，对应编程元件的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称该编程元件为l状态，或称该编程元件为ON(接通)。 2)根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的ON/OFF状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左至右的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。 3)梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。 4)输入继电器的状态地取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈
安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数（主要是开关量）采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量，通过高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S，实现各工位的控制流程。 PROFIBUS是全球应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外，它有极高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型）可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。
整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可独立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
（1）计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高可靠性、高稳定性。
（2）从站作为相对独立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2 系统控制要点
（1）该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用STEP7 V5.5编程软件进行硬件配置时，根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其地址分配的参数范围为0.0～127.7。因此在进行硬件配置时,西门子PLC S7-300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0～127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O地址无论处个范围中,都必须采用间接寻址方式。
（2）关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制（而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制），接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，点Q1、点Q2是输出控制点，Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理， Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点Q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则Q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。
该项目中涉及到的变量数目较多，根据现场情况随时可能有更改，为了便于管理，采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半，也将出错概率减少一半。先安装西门子STEP 7软件，之后自定义安装西门子Wincc软件，将Wincc通讯组件安装完整。然后在西门子STEP 7软件中插入OS站，可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择，出现变量选择对话框，即可在西门子STEP 7项目变量表中选择需要的变量，从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。
3.3 系统控制功能
（1）手自动回路的切换在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态，但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下，工位的操作全由下位控制，可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下，操作具有自保护功能，在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。
（2）安全保护上位监控系统设定了若干级操作密码，管理员和操作员分别有自己的操作权限，且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。
（3）查询源程序代码当上位机画面显示某个工位出现故障时，可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面，即可迅速查找出故障的根本原因，节省了维修时间。
（4）故障报警和报表打印当设备出现故障时，报警框中会出现提示，并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。
4 结
西门子S7-300CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200ECO从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线投运，能够保证生产线连续稳定地生产，尤其在机械动作灵敏度上有较大提高，完全满足了用户的要求。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
用户程序执行
在用户程序执行阶段，PLC是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
输出刷新当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
信号灯控制系统——以转换为中心的编程方式梯形图举例 如图5-29所示为以转换为中心的编程方式设计的梯形图与功能表图的对应关系。图中要实现Xi对应的转换必须同时满足两个条件：前级步为活动步（Mi-1=1）和转换条件满足（Xi=1），所以用Mi-1和Xi的常开触点串联组成的电路来表示上述条件。两个条件同时满足时，该电路接通时，此时应完成两个操作：将后续步变为活动步（用SET Mi指令将Mi置位）和将前级步变为不活动步(用RST Mi-1 指令将Mi-1复位)。这种编程方式与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系，用它编制复杂的功能表图的梯形图时，更能显示出它的优越性。 图5-29 以转换为中心的编程方式 如图5-30所示为某信号灯控制系统的时序图、功能表图和梯形图。初始步时仅红灯亮，按下起动按钮X0，4s后红灯灭、绿灯亮，6s后绿灯和黄灯亮，再过5s后绿灯和黄灯灭、红灯亮。按时间的先后顺序，将一个工作循环划分为4步，并用定时器T0～T3来为3段时间定时。开始执行用户程序时，用M8002的常开触点将初始步M300置位。按下起动按钮X0后，梯形图第2行中M300和X0的常开触点均接通，转换条件X0的后续步对应的M301被置位，前级步对应的辅助继电器M300被复位。M301变为“1”状态后，控制Y0（红灯）仍然为“l”状态，定时器T0的线圈通电，4s后T0的常开触点接通，系统将由第2步转换到第3步，依此类推。 图5-30 某信号灯控制系统 a）时序图 b）功能表图 c）以转换为中心编程的梯形图 使用这种编程方式时，不能将输出继电器的线圈与SET、RST指令并联，这是因为图5-30中前级步和转换条件对应的串联电路接通的时间是相当短的，转换条件满足后前级步马上被复位，该串联电路被断开，而输出继电器线圈至少应该在某一步活动的全部时间内接通。 加热炉送料系统——仿STL指令的编程方式梯形图举例 对于没有STL指令的PLC，也可以仿照STL指令的设计思路来设计顺序控制梯形图，这就是下面要介绍的仿STL指令的编程方式。 如图5-33所示为某加热炉送料系统的功能表图与梯形图。除初始步外，各步的动作分别为开炉门、推料、推料机返回和关炉门，分别用Y0、Y1、Y2、Y3驱动动作。X0是起动按钮，X1～X4分别是各动作结束的限位开关。与左侧母线相连的M300～M304的触点，其作用与STL触点相似，它右边的电路块的作用为驱动负载、转换条件和转换目标，以及使前级步的辅助继电器复位。 图5-33 加热炉送料系统的功能表图与梯形图 由于这种编程方式用辅助继电器代替状态器，用普通的常开触点代替STL触点，因此，与使用STL指令的编程方式相比，有以下的不同之处： 1）与代替STL触点的常开触点（如图5-33中M300～M304的常开触点）相连的触点，应使用AND或ANI指令，而不是LD或LDI指令。 2）在梯形图中用RST指令来完成代表前级步的辅助继电器的复位，而不是由系统程序自动完成。 3）不允许出现双线圈现象，当某一输出继电器在几步中均为“1”状态时，应将代表这几步的辅助继电器常开触点并联来控制该输出继电器的线圈。
S7-300 CPU 的六个性能等级
现有性能范围极宽的分级 CPU 系列，可用于组态控制器。
产品范围包括 7 种标准的 CPU、
7 种紧凑式 CPU、5 种故障防护型 CPU 以及 3 种工艺 CPU。
现有 CPU 的宽度仅 40mm
SIMATICS7-300 是我们全集成自动化设计的一部分，是销量大的控制器。
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在个实例中，SIMATIC S7-300 用于制造工艺中的创新性系统解决方案，特别是用于汽车工业，一般机械工程，特别是特殊机械制造和机器的连续生产 (OEM)，以及塑料加工、包装行业、食品和饮料工业和加工工程
作为一种多用的自动化系统，S7-300 是那些需要灵活的设计以实现集中和本地组态的应用的理想解决方案。
对于由于环境条件限制需要特殊的坚固性的应用，我们可以提供SIPLUS 极端设备。
6ES7 390-1AE80-0AA0 导轨(480mm)
6ES7 390-1AF30-0AA0 导轨(530mm)
6ES7 390-1AJ30-0AA0 导轨(830mm)
6ES7 390-1BC00-0AA0 导轨(2000mm)
6ES7 392-1AJ00-0AA0 20针前连接器
6ES7 392-1AM00-0AA0 40针前连接器
6ES7 392-1BM01-0AA0 弹簧行连接器
西门子PLCS7-300系列PLC安装及注意事项
西门子S7-300安装注意事项一)辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备(光电传感器等);
西门子S7-300安装注意事项二)一般PLC均有一定数量的占有点数(即空地址接线端子)，不要将线接上;
西门子S7-300安装注意事项三)PLC存在I/O响应延迟问题，尤其在快速响应设备中应加以注意。
西门子S7-300安装注意事项四)输出有继电器型，晶体管型(高速输出时宜选用)，输出可直接带轻负载(LED指示灯等
6GK1561-1AA01
SIMATIC NET, PB, CP 5611 通讯处理器，A2 PCI 卡（32 位；3.3/5V; 33/66 MHz），用于将编程器或带 PCI 总线的 PC 连接到 PROFIBUS 或 MPI（不支持 WIN9X ！）
内存卡
6ES7 953-8LF20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC)
6ES7 953-8LG11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC)
6ES7 953-8LJ20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC)
6ES7 953-8LL20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC)
6ES7 953-8LM20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC)
6ES7 953-8LP20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC)
西门子一级代理商产品远销：
常见DP头：
6ES7 972-0BB12-0xA0 ：
90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，有编程口，不支持快速连接
6ES7 972-0BA12-0xA0 ：
90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，无编程口，不支持快速连接
6ES7 972-0BA42-0xA0 ：
35度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，无编程口，支持快速连接
6ES7 972-0BA52-0xA0 ：
90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，无编程口，支持快速连接
6ES7 972-0BB42-0xA0 ：
35度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，有编程口，不支持快速连接
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90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，有编程口，支持快速连接
