西門子840D數(shù)控系統(tǒng)急停顯示120202故障維修

在對系統(tǒng)硬件設(shè)計形成一個初步的設(shè)計方案，并對所配置的PLC型號類型也基本確定后，應(yīng)完成以下的系統(tǒng)硬件設(shè)計文件。一般硬件系統(tǒng)的設(shè)計文件應(yīng)包括系統(tǒng)硬件配置圖、模塊統(tǒng)計表、I/O地址分配表和I/O接線圖。

    1．系統(tǒng)硬件配置圖

    系統(tǒng)硬件配置圖應(yīng)完整地給出整個系統(tǒng)硬件組成，它應(yīng)包括系統(tǒng)構(gòu)成級別、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)情況、網(wǎng)絡(luò)中可編程控制器的站數(shù)、每個可編程控制器站上的CPU單元和擴展單元構(gòu)成情況、每個可編程控制器中的各種模塊構(gòu)成情況。圖5-4給出了一般的兩級控制系統(tǒng)的基本系統(tǒng)硬件配置圖。對于一個簡單的控制對象，也可能只有一個設(shè)備控制站，不包括圖中的其他部分。但無論怎樣，都要根據(jù)實際系統(tǒng)設(shè)計出系統(tǒng)硬件配置圖。

    2．模塊統(tǒng)計表

    由圖5-4就可得知系統(tǒng)所需各種模塊數(shù)量。為了便于了解整個系統(tǒng)硬件設(shè)備狀況和硬件設(shè)備投資計算，應(yīng)做出模塊統(tǒng)計表。模塊統(tǒng)計表應(yīng)包括模塊名稱、模塊類型、模塊訂貨號、所需模塊個數(shù)等內(nèi)容。系統(tǒng)的硬件配置模塊統(tǒng)計如表5-1所示。

    3．I/O地址分配表

    在系統(tǒng)設(shè)計中要把輸入/輸出列成表，給出相應(yīng)的地址和名稱，以備軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時使用。例如用PLC改造雙向起動反接制動控制電路時的I/O地址分配表如表5-2所示。

    4．I/O硬件接線圖

    I/O硬件接線圖是PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計的一部分，它反映的是可編程控制器輸入/輸出模塊與現(xiàn)場設(shè)備的連接方式示意圖。

系統(tǒng)硬件設(shè)計必須根據(jù)控制對象的要求來決定，包括控制對象的工藝要求、設(shè)備狀況、控制功能、I/O點數(shù)，并據(jù)此構(gòu)成比較*的控制系統(tǒng)。

    1．工藝要求

    工藝要求是系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)，也是控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的終目的，所以在進行系統(tǒng)設(shè)計之前，必須了解清楚控制對象的工藝要求。不同的控制對象，其工藝要求也不盡相同。如果要實現(xiàn)的是單體設(shè)備控制，其工藝要求就相對簡單；如果實現(xiàn)的是整個車間或全廠的控制，其工藝要求就會比較復(fù)雜。

    2．設(shè)備狀況

    了解了工藝要求后還要掌握被控對象的設(shè)備狀況，設(shè)備狀況應(yīng)滿足整個工藝要求。對控制系統(tǒng)來說，設(shè)備是具體的被控對象，只有掌握了設(shè)備狀況，對控制系統(tǒng)的設(shè)計才會胸有成竹，進而達到得心應(yīng)手的地步。在實際應(yīng)用中，既有新產(chǎn)品或新的生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的設(shè)計，又有老系統(tǒng)的改造升級。因此在掌握設(shè)備狀況時，既要掌握設(shè)備的種類和數(shù)量，又要掌握設(shè)備的新舊程度。

    3．控制功能

    根據(jù)工藝要求和設(shè)備狀況就可提出控制系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的控制功能。控制功能也是控制系統(tǒng)設(shè)計的重要藍本。只有掌握了要實現(xiàn)的控制功能，才能據(jù)此設(shè)計系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機型、模塊、軟件等內(nèi)容。

    4．I/O點數(shù)和種類

    根據(jù)工藝要求、設(shè)備狀況和控制功能，可以對系統(tǒng)硬件設(shè)計形成一個初步的設(shè)計方案。于是就可以對系統(tǒng)的I/O點數(shù)和種類作出較為精確的統(tǒng)計，以便確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配置。在統(tǒng)計系統(tǒng)I/O點數(shù)時，要分清輸入和輸出、數(shù)字量和模擬量、各種電壓、電流等物理量的單位等級、智能模塊要求。I/O點數(shù)的確定要按實際I/O點數(shù)再加20%～30%的冗余量來確定。

    在硬件設(shè)計時，不但要考慮到可行性，鑒于控制要求的不斷變化，在設(shè)計可編程控制器所組成的控制系統(tǒng)時，也要考慮到所組成的控制方案的*性。

  與系統(tǒng)運行方式的設(shè)計相對應(yīng)，還必須考慮停止方式的設(shè)計。PLC的停止方式有正常停止、暫時停止和緊急停止三種情況。

    (1)正常停止。該方式由PLC的程序執(zhí)行，當系統(tǒng)的運行步驟執(zhí)行完畢，且不需要重新起動執(zhí)行程序時，或PLC接收到操作人員的正常停止指令后，PLC按規(guī)定的停止步驟停止系統(tǒng)運行。

    (2)暫時停止。該方式用于程序控制方式時暫停執(zhí)行當前程序，使所有輸出都設(shè)置成“OFF”狀態(tài)，待暫停解除時將繼續(xù)執(zhí)行被暫停的程序。另外也可用暫停開關(guān)直接切斷負荷電源，同時將此信息傳給PLC，以停止執(zhí)行程序，或者把CPU從“RUN”模式切換成“STOP”模式，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的暫停。

    (3)緊急停止。該方式是在系統(tǒng)運行過程中設(shè)備出現(xiàn)異常情況或故障，若不中斷系統(tǒng)運行，將導致重大事故或有可能損壞設(shè)備時，必須使用緊急停止按鈕使整個系統(tǒng)立即停止。緊急停止時，所有設(shè)備都必須停止，且程序控制被解除，控制內(nèi)容復(fù)位到原始狀態(tài)。   由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)可分為集中式控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)。

    (1)集中式控制系統(tǒng)。集中式控制系統(tǒng)如圖5-2所示。其中圖5-2 (a)為典型的單臺控制，由1臺PLC控制單臺被控對象。這種系統(tǒng)對PLC的I/O點數(shù)要求較少，對存儲器的容量要求較小，且控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單明了。雖然該系統(tǒng)一般不需要與其他控制器或計算機進行通信，但設(shè)計時還是應(yīng)考慮將來是否有通信聯(lián)網(wǎng)的需要，如果有的話，則應(yīng)選擇具有通信功能的PLC，以備今后系統(tǒng)功能的擴展。

    (a)單臺控制；(b)多臺控制；(c)遠程控制

    圖5-2(b)為用1臺PLC控制多臺被控設(shè)備，每個被控對象與PLC的I/O相連接。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近，且相互之間的動作有一定聯(lián)系的場合。由于采用一臺PLC控制，因此各被控對象之間的數(shù)據(jù)狀態(tài)的變換不需要另設(shè)專門的通信線路。如果各控制對象的地理位置比較遠，而且大多數(shù)的輸入、輸出線都要引入控制器，這時需要的電纜線、施工量和系統(tǒng)成本均增加，在這種情況下，建議使用遠程I/O控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)的大缺點是：當某一控制對象的控制程序需要改變或PLC出現(xiàn)故障時，必須停止整個系統(tǒng)工作。因此，對于大型的集中控制系統(tǒng)，可以采用冗余系統(tǒng)來克服上述缺點。

    圖5-2 (c)為用1臺PLC構(gòu)成遠程I/O控制系統(tǒng)。PLC通過通信模塊控制遠程I/O模塊。圖5-2 (c)的系統(tǒng)中使用了三個遠程I/O單元(1#、2#、3#)，分別控制被控對象1、2、3，被控對象4由PLC本機所帶的I/O直接控制。遠程I/O控制系統(tǒng)適用于被控制對象遠離集中控制室的場合。一個控制系統(tǒng)需要設(shè)置多少個遠程I/O通道，根據(jù)被控對象的分散程度和距離而定，同時還受所選PLC所能驅(qū)動I/O通道數(shù)的限制。

    (2)分布式控制系統(tǒng)。如圖5-3所示，這類系統(tǒng)的被控對象比較多，它們分布在一個較大區(qū)域內(nèi)，相互之間的距離較遠，而且各被控對象之間要求經(jīng)常地交換數(shù)據(jù)和信息。這種系統(tǒng)的控制由若干個相互之間具有通信聯(lián)網(wǎng)功能的PLC構(gòu)成，系統(tǒng)的上位機可以采用PLC，也可以采用計算機。在分布式控制系統(tǒng)中，每一臺PLC控制一個被控對象，各控制器之間可以通過信號傳遞進行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或由上位機通過數(shù)據(jù)總線進行通信。分布式控制系統(tǒng)多用于多臺機械生產(chǎn)線的控制，各生產(chǎn)線間有數(shù)據(jù)連接。由于各控制對象都有自己的PLC，當某一臺PLC由于故障或調(diào)試而需停止時，不需要停止其他的PLC。當此系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)具有相同的I/O點時，雖然多用了一臺或幾臺PLC，導致系統(tǒng)總的構(gòu)成價格偏高，但從維護、試運轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對象等方面來看，其靈活性要大得多。

PLC的選擇一般從基本性能、特殊功能和通信聯(lián)網(wǎng)三個方面考慮。選擇的基本原則是在滿足控制要求的前提下力爭高的性價比，并有一定的*性和良好的售后服務(wù)。

    PLC的選用首先要進行功能選擇，根據(jù)控制設(shè)備所需要的控制功能，主要解決的是單機控制，還是要通信聯(lián)網(wǎng)；是一般開關(guān)量控制、模擬量控制，還是要增加特殊單元；PLC的CPU單元是否應(yīng)具有特殊功能；是否需要遠程控制；采用小型機、中型機，還是大型機等問題。然后根據(jù)控制設(shè)備的多少選擇I/O的點數(shù)和通道數(shù)，接著根據(jù)I/O信號的類型選擇I/O模塊，后根據(jù)控制程序的大小選擇程序存儲器容量。

    具體選擇PLC時，可參考以下方面。

    1．基本單元的選擇

    基本單元又稱CPU單元，是機型選擇時首先應(yīng)考慮的問題，其主要因素有：

    (1)響應(yīng)速度。PLC輸入信號與相應(yīng)的輸出信號響應(yīng)之間有一定的時間延遲，稱為響應(yīng)延遲時間。它包括輸入濾波器的延遲時間，掃描工作方式引起的延遲時間，以及輸出電路的延遲時間。響應(yīng)速度主要是從兩個方面來考慮：一是可編程控制器程序的語句處理時間；二是可編程控制器的掃描周期。一般PLC用戶手冊上都給出語句處理時間，而且是按處理1千步語句所需時間來計算的，掃描周期是大的掃描周期時間，而系統(tǒng)中實際運行的掃描周期則與系統(tǒng)所連接設(shè)備、應(yīng)用軟件的步數(shù)，以及復(fù)雜程度有關(guān)。對于以開關(guān)量控制為主的系統(tǒng)，可編程控制器的響應(yīng)速度一般都可滿足實際需要，沒有必要特別考慮；對于模擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)，則必須考慮可編程控制器的響應(yīng)速度。

    (2)存儲容量。存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的部件，包括存儲器的大容量、可擴展性、存儲器的種類(RAM、EPROM、EEPROM)。存儲器擴展性和種類多少，體現(xiàn)了系統(tǒng)構(gòu)成的方便性和靈活性。PLC的用戶程序存儲器容量以步為單位，每步可存儲一條指令。對于僅有開關(guān)量控制功能的小型PLC，一般可把PLC的總點數(shù)乘以10，作為估算用戶存儲器容量的依據(jù)。當然存儲器容量的大小要根據(jù)具體產(chǎn)品型號而定，另外用戶程序的長短與編程方法和技巧有很大關(guān)系，所以合理的編程技巧可有效地節(jié)省PLC的存儲容量。

    (3)擴展能力。即PLC帶擴展單元的能力，包括所能帶擴展單元的數(shù)量、種類、擴展單元所占的通道數(shù)、擴展口的形式等。

    (4)結(jié)構(gòu)形式。小型PLC中，整體式比模塊式價格便宜，體積也較小，只是硬件配置不如模塊式靈活。如整體式輸入/輸出點數(shù)之比一般為3:2，實際應(yīng)用需求中可能與此值相差甚遠，模塊式就能很方便地配置該比值。此外，模塊式的PLC故障排除時間較短。

    (5)特殊功能。新型的PLC有不少非常有用的特殊功能。了解這些功能，可以解決一些較特殊的控制要求。若采用沒有這些功能的基本單元來處理，則要添加特殊功能模塊，處理起來既復(fù)雜，又增加成本。

    (6)通信功能。如果要求將該臺PLC接人工業(yè)以太網(wǎng)，或連接其他智能化設(shè)備，則應(yīng)考慮選擇有相應(yīng)通信接口的PLC，同時要注意通信協(xié)議的兼容性。

    2．指令系統(tǒng)的選擇

    由于可編程控制器應(yīng)用的廣泛性，各種機型的指令系統(tǒng)也不*相同。從應(yīng)用角度來看，有些場合僅需要邏輯運算，有些場合需要復(fù)雜的算術(shù)運算，而有一些特殊場合還需要功能指令。從可編程控制器本身來看，各個廠家的指令差異較大，其差異主要表現(xiàn)在指令的表達方式和指令的完整性上。在選擇機型時，應(yīng)注意指令系統(tǒng)下述方面的指標：

    (1)總指令數(shù)。指令系統(tǒng)的總指令（語句）數(shù)反映了指令系統(tǒng)所包括的全部功能。

    (2)指令種類。指令種類主要應(yīng)包括基本指令、運算指令和應(yīng)用指令，具體的需求應(yīng)與實際要完成的控制功能相適應(yīng)。

    (3)表達方式。指令系統(tǒng)表達方式有多種，包括梯形圖、語句表（也稱指令表）、控制系統(tǒng)流程圖、高級語言等多種表達方式。表達方式的多樣性給程序的編寫帶來了方便，并且也顯示了該PLC的成熟性。

    (4)編程工具。PLC的簡易編程器價低，但功能有限；手持式LCD圖形編程器價格較高，可直接顯示梯形圖。與簡易編程器相比，采用計算機配以編程軟件，能適用于不同的PLC，可明顯提高程序的調(diào)試速度，但高。

    3.I/O模塊的選擇

    I/O模塊的選擇主要是根據(jù)輸入信號的類型（開關(guān)量、數(shù)字量、模擬量、電壓類型、等級和變化頻率）選擇與之相匹配的輸入模塊。根據(jù)負載的要求（如負載電壓、電流的類型，NPN輸出型還是PNP輸出型等），數(shù)量等級以及對響應(yīng)速度的要求等選用合適的輸出模塊。根據(jù)系統(tǒng)要求安排合理的I/O點數(shù)，并有一定的余量，考慮到增加點數(shù)的成本，在選型前應(yīng)將輸入/輸出點作合理的安排，從而實現(xiàn)用較少的點數(shù)來保證設(shè)備的正常操作。常用的I/O模塊有：

    (1)開關(guān)量輸入模塊。主要考慮：輸入電壓等級、門坎（死區(qū)）電平、輸入信號的小持續(xù)時間、抗*力等。

    (2)開關(guān)量輸出模塊。主要考慮：開關(guān)方式（繼電器、晶體管、晶閘管）、開關(guān)頻率、輸出功率、電壓形式、電壓等級、保護形式等。

    (3)模擬量輸入模塊。主要考慮：模擬量值的輸入范圍、轉(zhuǎn)換精度、采樣時間、輸入信號的連接方式、抗*力等。

    (4)模擬量輸出模塊。主要考慮：模擬量輸出范圍、輸出形式（電流型還是電壓型）、對負載的要求等。

    (5)通信模塊。主要考慮：通信協(xié)議、通信速率、通信模塊所能連接的設(shè)備、系統(tǒng)的自診斷能力、應(yīng)用軟件編制方法等。

    其他各模塊可根據(jù)系統(tǒng)需要，查閱PLC用戶手冊，了解相應(yīng)的參數(shù)和要求。

    4．其他方面

    (1)性價比。根據(jù)不同的控制要求選擇不同的PLC，不要片面追求高性能、多功能。對控制要求低的系統(tǒng)，提出過高的技術(shù)指標，只會增加開發(fā)成本，降低系統(tǒng)的性價比。

    (2)系列產(chǎn)品?？疾焱黄放?/span>PLC廠家的其他系列產(chǎn)品，從長遠和整體觀點出發(fā)，一個企業(yè)優(yōu)選一個PLC廠家的系列化產(chǎn)品，這樣可以減少PLC的備件，以后建立自動化網(wǎng)絡(luò)也較方便，而且只需購置一臺編程器或一套編程軟件，并可實現(xiàn)資源共享。

    (3)售后服務(wù)。選擇機型時還要考慮有可靠的技術(shù)支持。這些支持包括必要的技術(shù)培訓，幫助安裝、調(diào)試，提供備件、備品，保證維修等，以減少后顧之憂。

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)急停顯示120202故障維修