西门子PLC.docx

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西门子PLC

西门子的SINUMERIK810D/840D/840Di系统是一个开放性的系统，所谓开放性，即允许机床厂家将自己的专有技术加入到系统当中，额外提供更适合特殊应用的显示界面、更方便的操作方式、更简单的加工参数调整等功能,并使其与标准系统无缝连接，从而将一个通用的系统变成专家系统，最终机床制造商借此赢得更大的市场。

同时，在国外也有很多独立的解决方案提供者（SolutionProvider）自己拥有如刀具监控、远程诊断等特殊技术，当这些技术应用到机床上时，往往需要与数控系统很好地配合才能工作，以往两者可能需要通过数字量或模拟量的输入/输出、或者以通讯的方式进行数据交换，这样做的结果可能导致性能下降、安装/调试/操作复杂、难于维护等等问题。

而现在这些厂商可以在西门子的开放平台上轻松地实现原有的功能，

同时相关技术也更容易被最终用户接受，从而扩大市场份额。

SINUMERIK840D系统的开放性主要体现在两个方面，一是NC系统的开放，一是人机界面的开放。

前者允许用户在标准NC内核的基础上实现特殊变换或特殊工艺/特殊功能，并以编译循环（CompileCycle）的形式装入NC系统。

后者则是在SINUMERIK840D标准界面上，加入满足特殊工艺和操作的定制画面，本文介绍的就是这方面的内容。

在SINUMERIK810D/840D/840Di的界面上开发用户画面的方法有：

1.加工程序调用的画面

2.使用扩展接口编写画面

3.使用Easy-Tools编写画面

4.使用ConfiguringPackage配置画面

5.使用ProgrammingPackage创建画面

1.加工程序调用的画面

  此方法适用于MMC/HMIEmbedded/HMIAdvanced（MMC100.2/MMC103PCU20/PCU50/PCU70），它允许用户配置自己的会话窗口，会话窗口完全以文本形式编写，存放在循环目录的COM文件中，使用时由加工程序调用。

调用画面的语句格式：

MMC（"operatingarea,command,Comfile,dialogboxname,userdatadefinitionfile,graphicsfile,displaytimeoracknowledgmentvariable,textvariables...","Acknowledgmentmode"）

此会话窗口的作用主要是在加工前显示/输入/修改加工所需的工艺参数。

具体文件格式和使用方法请参考SINUMERIK840D/840Di/810DHMIInstallationandStart-UpGuide的第十章

此种方法的特点是：

系统标准功能，画面配置语句简单，能实现简单画面。

2.使用扩展接口编写画面

此方法适用于MMC/HMIEmbedded/HMIAdvanced（MMC100.2/MMC103PCU20/PCU50/PCU70），

通过它配置的画面可实现下列功能：

∙画面中包括软键，变量，表格，文本和帮助文本，图片。

∙对打开画面，输入数值，按压软键，退出画面等动作做出响应。

∙动态改变画面，如改变画面中软键，文字，图片等

∙在不同的系统保护等级下显示不同的内容

∙读写NC/PLC变量，并可做算术和逻辑运算

∙执行功能

∙多个画面间的数据交换

∙可通过软键或PLC的信号调用画面

它利用并定义标准界面上的空白软键激活存放在标准循环（或制造商循环，或用户循环）目录下的画面配置文件（com文件）。

画面配置文件是文本格式的，按照一定语法规则编写的文件。

具体语法和格式请参考SINUMERIK840D/840Di/810DHMIInstallationandStart-UpGuide（IAM）的BE1章节。

使用此种方法，可编写出与SINUMERIK810D/840D/840Di加工循环帮助画面相似的画面，并且在SINUMERIK840D/810D使用的工具盒（Toolbox）中提供了若干实例，帮助初学的用户理解和掌握此方法。

此种方法的特点是：

系统标准功能，画面配置语句多，功能多，可完成复杂画面的编制。

3.用Easy-Tools编写画面

因软件需要安装到硬盘，故仅适用于MMC103/HMIAdvanced，即带硬盘的PC单元。

Easy-Tools是几个小软件的总称，它包括EasyMask,EasyTrans,HotWin,EasyMon,

HMIprint,EasyInfo,EasyMask.NET,ToolProfiler等工具，其中EasyMask和HotWin可以编写用户画面。

购买EasyMask或HotWin后，需要首先安装到MMC103或PCU50上，之后在界面上就可找到EasyMask（HotWin）的入口，用户直接就可在操作面板上编写文本格式的画面配置文件。

此种方法的特点是：

系统选项功能，画面配置语句简单，具有一定的绘图功能，可实现简单画面。

4.使用ConfiguringPackage配置画面

此方法适用于HMIAdvanced（PCU50/PCU70）或SIMATICCE面板（包括OP170B,OP2706"和10",TP170B,TP2706"和10",MobilePanel170,MP270B和MP370 ）。

它以WinCCflexible为基础（较早版本使用ProTool/Pro），通过ConfiguringPackage访问系统变量。

可实现的功能就是WinCCflexiable（或ProTool/Pro）能实现的功能，包括鼠标和功能键的处理，输入/输出域，bar条，历史曲线等等。

将WinCCflexible安装到计算机上后，再安装ConfiguringPackage，经过组态最后生成的文件拷贝到MMC/PCU。

这种方法生成的画面可以加入并作为HMIAdvanced（标准界面）的扩展，也可单独运行（多用于生产线或机床的辅助面板等。

）

此种方法的特点是：

系统选项功能（还需WinCCflexible工具），工具使用简单，功能较多，配置画面较快。

5.使用ProgrammingPackage创建画面

此方法适用于MMC103/HMIAdvanced（MMC103/PCU50），

此方法允许用户将使用VB和VC编写的应用程序加入HMIAdvanced，并可通过ProgrammmingPackage提供的接口访问NC/PLC变量、实现多幅画面的调用、管理NC数据、实现复杂的计算、复杂的画面、利用PCU50上的接口（RS232，打印口，以太网口等）输出加工数据、充分利用Windows资源等等功能。

在计算机上编写程序，将结果（包括可执行程序、配置文件等）拷贝到MMC/PCU。

此种方法的特点是：

系统选项功能（还需VB和VC），需要对VB和VC编程工具较熟，功能强大，可实现任何界面所需功能。

注：

本文涉及到的方法都是在SINUMERIK810D/840D/840Di系统上使用

过流是变频器报警最为频繁的现象。

1.1现象

（1）重新启动时，一升速就跳闸。

这是过电流十分严重的现象。

主要原因有负载短路，机械部位有卡住;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。

（2）上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。

    （3）重新启动时并不立即跳闸而是在加速时，主要原因有加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿（VF）设定较高。

1.2实例

（1）一台LG-IS3-43.7kW变频器一启动就跳“OC”

    分析与维修打开机盖没有发现任何烧坏的迹象，在线测量IGBT（7MBR25NF-120）基本判断没有问题，为进一步判断问题，把IGBT拆下后测量7个单元的大功率晶体管开通与关闭都很好。

在测量上半桥的驱动电路时发现有一路与其他两路有明显区别，经仔细检查发现一只光耦A3120输出脚与电源负极短路，更换后三路基本一样。

模块装上上电运行一切良好。

（2）一台BELTRO-VERT2.2kW变频通电就跳“OC”且不能复位。

    分析与维修首先检查逆变模块没有发现问题。

其次检查驱动电路也没有异常现象，估计问题不在这一块，可能出在过流信号处理这一部位，将其电路传感器拆掉后上电，显示一切正常，故认为传感器已坏，找一新品换上后带负载实验一切正常。

二、过压（OU）

    过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。

（1）实例

    一台台安N2系列3.7kW变频器在停机时跳“OU”。

    分析与维修在修这台机器之前，首先要搞清楚“OU”报警的原因何在，这是因为变频器在减速时，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致，所以我们应该着重检查制动回路，测量放电电阻没有问题，在测量制动管（ET191）时发现已击穿，更换后上电运行，且快速停车都没有问题。

三、欠压（Uu）

    欠压也是我们在使用中经常碰到的问题。

主要是因为主回路电压太低（220V系列低于200V，380V系列低于400V），主要原因整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。

3.1举例

（1）一台CT18.5kW变频器上电跳“Uu”。

分析与维修经检查这台变频器的整流桥充电电阻都是好的，但是上电后没有听到接触器动作，因为这台变频器的充电回路不是利用可控硅而是靠接触器的吸合来完成充电过程的，因此认为故障可能出在接触器或控制回路以及电源部分，拆掉接触器单独加24V直流电接触器工作正常。

继而检查24V直流电源，经仔细检查该电压是经过LM7824稳压管稳压后输出的，测量该稳压管已损坏，找一新品更换后上电工作正常。

（2）一台DANFOSSVLT5004变频器，上电显示正常，但是加负载后跳“DCLINKUNDERVOLT”（直流回路电压低）。

分析与维修这台变频器从现象上看比较特别，但是你如果仔细分析一下问题也就不是那么复杂，该变频器同样也是通过充电回路，接触器来完成充电过程的，上电时没有发现任何异常现象，估计是加负载时直流回路的电压下降所引起，而直流回路的电压又是通过整流桥全波整流,然后由电容平波后提供的，所以应着重检查整流桥，经测量发现该整流桥有一路桥臂开路，更换新品后问题解决。

四、过热（OH）

    过热也是一种比较常见的故障，主要原因周围温度过高，风机堵转，温度传感器性能不良，马达过热。

举例

    一台ABBACS50022kW变频器客户反映在运行半小时左右跳“OH”。

分析与维修因为是在运行一段时间后才有故障，所以温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高，通电后发现风机转动缓慢，防护罩里面堵满了很多棉絮（因该变频器是用在纺织行业），经打扫后开机风机运行良好，运行数小时后没有再跳此故障。

五、输出不平衡

    输出不平衡一般表现为马达抖动，转速不稳，主要原因模块坏，驱动电路坏，电抗器坏等。

5.1举例

    一台富士G9S11KW变频器，输出电压相差100V左右。

分析与维修打开机器初步在线检查逆变模块（6MBI50N-120）没发现问题，测量6路驱动电路也没发现故障，将其模块拆下测量发现有一路上桥大功率晶体管不能正常导通和关闭，该模块已经损坏，经确认驱动电路无故障后更换新品后一切正常。

六、过载

    过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一，平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强,只要变频器参数表的电机参数设置得当,一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压。

七、开关电源损坏

    这是众多变频器最常见的故障，通常是由于开关电源的负载发生短路造成的，丹佛斯变频器采用了新型脉宽集成控制器UC2844来调整开关电源的输出，同时UC2844还带有电流检测，电压反馈等功能，当发生无显示，控制端子无电压，DC12V,24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。

八、SC故障

    SC故障是安川变频器较常见的故障。

IGBT模块损坏，这是引起SC故障报警的原因之一。

此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。

安川在驱动电路的设计上，上桥使用了驱动光耦PC923，这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦，安川的下桥驱动电路则是采用了光耦PC929，这是一款内部带有放大电路，及检测电路的光耦。

此外电机抖动，三相电流，电压不平衡，有频率显示却无电压输出，这些现象都有可能是IGBT模块损坏。

IGBT模块损坏的原因有多种，首先是外部负载发生故障而导致IGBT模块的损坏如负载发生短路，堵转等。

其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，或驱动电压波动太大而导致IGBT损坏,从而导致SC故障报警。

九、GF—接地故障

    接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。

十、限流运行

    在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。

对于一般的变频器在限流报警出现时不能正常平滑的工作，电压（频率）首先要降下来，直到电流下降到允许的范围，一旦电流低于允许值，电压（频率）会再次上升，从而导致系统的不稳定。

丹佛斯变频器采用内部斜率控制，在不超过预定限流值的情况下寻找工作点，并控制电机平稳地运行在工作点，并将警告信号反馈客户，依据警告信息我们再去检查负载和电机是否有问题。

S7-200PLC的数据区

（一）数字量输入和输出映象区 

1．输入映象寄存器（数字量输入映象区）（I） 

数字量输入映象区是S7-200CPU为输入端信号状态开辟的一个存储区。

输入映像寄存器的标识符为I，在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。

输入映像寄存器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口。

可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。

（1）按位”方式：

从I0.0~I15.7，共有128点

（2）按“字节”方式：

从IB0~IB15，共有16个字节

（3）按“字”方式：

从IW0~IW14，共有8个字

（4）按“双字”方式：

从ID0~ID12，共有4个双字

2．输出映像寄存器（Q） 

数字量输出映象区是S7-200CPU为输出端信号状态开辟的一个存储区。

输出映像寄存器的标识符为Q（从Q0.0~Q15.7，共有128点），在每个扫描周期的末尾，CPU将输出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。

可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。

（1）按“位”方式：

从Q0.0~I15.7，共有128点 

（2）按“字节”方式：

从QB0~QB15，共有16个字节

（3）按“字”方式：

从QW0~QW14，共有8个字 

（4）按“双字”方式：

从QD0~QD12，共有4个双字 

说明：

实际没有使用的输入端和输出端的映象区的存储单元可以作中间继电器用。

（二）模拟量输入映象区和输出映象区

1．模拟量输入映象区（AI区） 

模拟量输入映象区是S7-200CPU为模拟量输端信号开辟的一个存储区。

S7-200将测得的模拟量（如温度、压力）转换成1个字长（2个字节）的数字量，模拟量输入映像寄存器用标识符（AI）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。

从AIW0~AIW30，共有16个字，总共允许有16路模拟量输入。

说明：

模拟量输入值为只读数据。

2．模拟量输出映象区（AQ区）

模拟量输出映象区是S7-200CPU为模拟量输出端信号开辟的一个存储区。

S7-200将1个字长（2个字节，16位）的数字量按比例转换为电流或电压。

模拟量输出映像寄存器用标识符（AQ）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。

从AQW0~AQW30，共有16个字，总共允许有16路模拟量输出。

（三）变量存储器（V）（相当于内辅继电器） 

PLC执行程序过程中，会存在一些控制过程的中间结果，这些中间数据也需要用存储器来保存。

变量存储器就是根据这个实际的要求设计的。

变量存储器是S7-200CPU为保存中间变量数据而建立的一个存储区，用V表示。

可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。

（1）按“位”方式：

从V0.0~I5119.7，共有40960点。

CPU221、CPU222变量存储器只有2048个字节，其变量存储区只能到V2047.7位。

（2）按“字节”方式：

从VB0~VB5119，共有5120个字节

（3）按“字”方式：

从VW0~VW5118，共有2560个字

（4）按“双字”方式：

从VD0~VD5116，共有1280个双字 

（四）位存储器（M）区 

PLC执行程序过程中，可能会用到一些标志位，这些标志位也需要用存储器来寄存。

位存储器就是根据这个要求设计的。

位存储器是S7-200CPU为保存标志位数据而建立的一个存储区，用M表示。

该区虽然叫位存储器，但是其中的数据不仅可以是位、还可以是字节、字或双字。

（1）按“位”方式：

从M0.0~M31.7，共有256点。

（2）按“字节”方式：

从MB0~MB31，共有32个字节 

（3）按“字”方式：

从MW0~MW30，共有16个字 

（4）按“双字”方式：

从MD0~MD28，共有8个双字

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（五）顺序控制继电器区（S）

PLC执行程序过程中，可能会用到顺序控制。

顺序控制继电器就是根据顺序控制的特点和要求设计的。

顺序控制继电器区是S7-200CPU为顺序控制继电器的数据而建立的一个存储区，用S表示。

在顺序控制过程中，用于组织步进过程的控制。

可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。

（1）按“位”方式：

从S0.0~S31.7，共有256点。

（2）按“字节”方式：

从SB0~SB31，共有32个字节 

（3）按“字”方式：

从SW0~SW30，共有16个字

（4）按“双字”方式：

从SD0~SD28，共有8个双字

（六）局部存储器区（L）（相当于内辅继电器） 

S7-200PLC有64个字节的局部存储器，其中60个可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数。

局部存储器和变量存储器很相似，主要区别是变量存储器是全局有效的，而局部存储器是局部有效的。

全局是指同一个存储器可以被任何程序存取（例如，主程序、子程序或中断程序）。

局部是指导存储器区和特定的程序相关联。

几种程序之间不能互访。

局部存储器区是S7-200CPU为局部变量数据建立的一个存储区，用L表示。

该区域的数据可以用位、字节、字、双字四种方式来存取。

（1）按“位”方式：

从L0.0~L63.7，共有512点。

（2）按“字节”方式：

从LB0~LB63，共有64个字节

（3）按“字”方式：

从LW0~LW62，共有32个字

（4）按“双字”方式：

从LD0~LD60，共有16个双字 

（七）定时器存储器区（T）

PLC在工作中少不了需要计时，定时器就是实现PLC具有计时功能的计时设备。

定时器的编号：

T0、T1、……、T255

S7-200有256个定时器。

（八）计数器存储器区（C） 

PLC在工作中有时不仅需要计时，还可能需要计数功能。

计数器就是PLC具有计数功能的计数设备。

计数器的编号：

C0、C1、……、C255

（九）高速计数器区（HSC） 

高速计数器用来累计比CPU扫描速率更快的事件。

S7-200各个高速计数器不仅计数频率高达30kHz。

S7-200各个高速计数器有32位带符号整数计数器的当前值。

若要存取高速计数器的值，则必须给出高速计数器的地址，即高速计数器的编号。

高速计数器的编号为：

HSC0、HSC1、……、HSC5。

S7-200有6个高速计数器。

其中CPU221和CPU222仅有4个高速计数器（HSC0、HSC3、HSC4、HSC5） 

（十）累加器区（AC） 

累加器是可以像存储器那样进行读/写的设备。

例如，可以用累加器向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存储计算的中间数据。

S7-200CPU提供了4个32位累加器（AC0、AC1、AC2、AC3）。

可以按字节、字或双字来存取累加器数据中的数据。

但是，以字节形式读/写累加器中的数据时，只能读/写累加器32位数据中的最低8位数据。

如果是以字的形式读/写累加器中的数据，只能读/写累加器32位数据中的低16位数据。

只有采取双字的形式读/写累加器中的数据时，才能一次读写全部32位数据。

因为PLC的运算功能是离不开累加器的。

因此不有像占用其他存储器那样占用累加器。

（十一特殊存储器区（SM）

特殊存储器是S7-200PLC为CPU和用户程序之间传递信息的媒介。

它们可以反映CPU在运行中的各种状态信息，用户可以根据这些信息来判断机器工作状态，从而确定用户程序该做什么，不该做什么。

这些特殊信息也需要用存储器来寄存。

特殊存储器就是根据这个要求设计的。

1．特殊存储器区

它是S7-200PLC为保存自身工作状态数据而建立的一个存储区，用SM表示。

特殊存储器区的数据有些是可读可写的，有一些是只读的。

特殊存储器区的数据可以是位，也可是字节、字或双字。

（1）按“位”方式：

从SM0.0~SM179.7，共有1440点。

（2）按“字节”方式：

从SM0~SM179，共有180个字节 

（3）按“字”方式：

从SMW0~SMW178，共有90个字 

（4）按“双字”方式：

从SMD0~SMD176，共有45个双字

说明：

特殊存储器区的头30个字节为只读区。

2．常用的特殊继电器及其功能

特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息，例如SM0.0一直为“1”状态，SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为“1”状态。

SM0.4和SM0.5分别提供周期为1min和1s的时钟脉冲。

SM1.0、SM1.1和SM1.2分别是零标志、溢出标志和负数标志

S7-200PLC模拟量编程

STEP7MICROWIN　４.０ 

2、西门子S7-200的模拟量模块：

模拟扩展模块定货号定货号

定货号

扩展模块

EM输入

EM输出

可拆卸连接器

6ES7231-OHC22-OXAO

EM231模拟输出，4输入

4

否

6ES7232-OHB22-OXAO

EM232模拟输出，2输出

2

否

6ES7235-OKD22-OXAO

EM235模拟量混合模块，4输入/1输出

4

1

否

3、模拟量输入、输出格式：

输入模拟量在程序中的寄存器，离CPU模块由近到远依次AIW0、AIW2、AIW4……，每个通道是两个字节，单极性原始采集值0~32768，灵