西门子840D数控系统急停显示120202故障维修

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在对系统硬件设计形成一个初步的设计方案，并对所配置的PLC型号类型也基本确定后，应完成以下的系统硬件设计文件。一般硬件系统的设计文件应包括系统硬件配置图、模块统计表、I/O地址分配表和I/O接线图。

    1．系统硬件配置图

    系统硬件配置图应完整地给出整个系统硬件组成，它应包括系统构成级别、系统联网情况、网络中可编程控制器的站数、每个可编程控制器站上的CPU单元和扩展单元构成情况、每个可编程控制器中的各种模块构成情况。图5-4给出了一般的两级控制系统的基本系统硬件配置图。对于一个简单的控制对象，也可能只有一个设备控制站，不包括图中的其他部分。但无论怎样，都要根据实际系统设计出系统硬件配置图。

    2．模块统计表

    由图5-4就可得知系统所需各种模块数量。为了便于了解整个系统硬件设备状况和硬件设备投资计算，应做出模块统计表。模块统计表应包括模块名称、模块类型、模块订货号、所需模块个数等内容。系统的硬件配置模块统计如表5-1所示。

    3．I/O地址分配表

    在系统设计中要把输入/输出列成表，给出相应的地址和名称，以备软件编程和系统调试时使用。例如用PLC改造双向起动反接制动控制电路时的I/O地址分配表如表5-2所示。

    4．I/O硬件接线图

    I/O硬件接线图是PLC硬件系统设计的一部分，它反映的是可编程控制器输入/输出模块与现场设备的连接方式示意图。

系统硬件设计必须根据控制对象的要求来决定，包括控制对象的工艺要求、设备状况、控制功能、I/O点数，并据此构成比较*的控制系统。

    1．工艺要求

    工艺要求是系统设计的主要依据，也是控制系统所要实现的终目的，所以在进行系统设计之前，必须了解清楚控制对象的工艺要求。不同的控制对象，其工艺要求也不尽相同。如果要实现的是单体设备控制，其工艺要求就相对简单；如果实现的是整个车间或全厂的控制，其工艺要求就会比较复杂。

    2．设备状况

    了解了工艺要求后还要掌握被控对象的设备状况，设备状况应满足整个工艺要求。对控制系统来说，设备是具体的被控对象，只有掌握了设备状况，对控制系统的设计才会胸有成竹，进而达到得心应手的地步。在实际应用中，既有新产品或新的生产流水线控制系统的设计，又有老系统的改造升级。因此在掌握设备状况时，既要掌握设备的种类和数量，又要掌握设备的新旧程度。

    3．控制功能

    根据工艺要求和设备状况就可提出控制系统应实现的控制功能。控制功能也是控制系统设计的重要蓝本。只有掌握了要实现的控制功能，才能据此设计系统的类型、规模、机型、模块、软件等内容。

    4．I/O点数和种类

    根据工艺要求、设备状况和控制功能，可以对系统硬件设计形成一个初步的设计方案。于是就可以对系统的I/O点数和种类作出较为精确的统计，以便确定系统的规模、机型和配置。在统计系统I/O点数时，要分清输入和输出、数字量和模拟量、各种电压、电流等物理量的单位等级、智能模块要求。I/O点数的确定要按实际I/O点数再加20%～30%的冗余量来确定。

    在硬件设计时，不但要考虑到可行性，鉴于控制要求的不断变化，在设计可编程控制器所组成的控制系统时，也要考虑到所组成的控制方案的*性。

  与系统运行方式的设计相对应，还必须考虑停止方式的设计。PLC的停止方式有正常停止、暂时停止和紧急停止三种情况。

    (1)正常停止。该方式由PLC的程序执行，当系统的运行步骤执行完毕，且不需要重新起动执行程序时，或PLC接收到操作人员的正常停止指令后，PLC按规定的停止步骤停止系统运行。

    (2)暂时停止。该方式用于程序控制方式时暂停执行当前程序，使所有输出都设置成“OFF”状态，待暂停解除时将继续执行被暂停的程序。另外也可用暂停开关直接切断负荷电源，同时将此信息传给PLC，以停止执行程序，或者把CPU从“RUN”模式切换成“STOP”模式，以实现对系统的暂停。

    (3)紧急停止。该方式是在系统运行过程中设备出现异常情况或故障，若不中断系统运行，将导致重大事故或有可能损坏设备时，必须使用紧急停止按钮使整个系统立即停止。紧急停止时，所有设备都必须停止，且程序控制被解除，控制内容复位到原始状态。   由PLC构成的控制系统可分为集中式控制系统和分布式控制系统。

    (1)集中式控制系统。集中式控制系统如图5-2所示。其中图5-2 (a)为典型的单台控制，由1台PLC控制单台被控对象。这种系统对PLC的I/O点数要求较少，对存储器的容量要求较小，且控制系统的构成简单明了。虽然该系统一般不需要与其他控制器或计算机进行通信，但设计时还是应考虑将来是否有通信联网的需要，如果有的话，则应选择具有通信功能的PLC，以备今后系统功能的扩展。

    (a)单台控制；(b)多台控制；(c)远程控制

    图5-2(b)为用1台PLC控制多台被控设备，每个被控对象与PLC的I/O相连接。该控制系统多用于控制对象所处的地理位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的场合。由于采用一台PLC控制，因此各被控对象之间的数据状态的变换不需要另设专门的通信线路。如果各控制对象的地理位置比较远，而且大多数的输入、输出线都要引入控制器，这时需要的电缆线、施工量和系统成本均增加，在这种情况下，建议使用远程I/O控制系统。集中控制系统的大缺点是：当某一控制对象的控制程序需要改变或PLC出现故障时，必须停止整个系统工作。因此，对于大型的集中控制系统，可以采用冗余系统来克服上述缺点。

    图5-2 (c)为用1台PLC构成远程I/O控制系统。PLC通过通信模块控制远程I/O模块。图5-2 (c)的系统中使用了三个远程I/O单元(1#、2#、3#)，分别控制被控对象1、2、3，被控对象4由PLC本机所带的I/O直接控制。远程I/O控制系统适用于被控制对象远离集中控制室的场合。一个控制系统需要设置多少个远程I/O通道，根据被控对象的分散程度和距离而定，同时还受所选PLC所能驱动I/O通道数的限制。

    (2)分布式控制系统。如图5-3所示，这类系统的被控对象比较多，它们分布在一个较大区域内，相互之间的距离较远，而且各被控对象之间要求经常地交换数据和信息。这种系统的控制由若干个相互之间具有通信联网功能的PLC构成，系统的上位机可以采用PLC，也可以采用计算机。在分布式控制系统中，每一台PLC控制一个被控对象，各控制器之间可以通过信号传递进行内部连锁、响应或发令等，或由上位机通过数据总线进行通信。分布式控制系统多用于多台机械生产线的控制，各生产线间有数据连接。由于各控制对象都有自己的PLC，当某一台PLC由于故障或调试而需停止时，不需要停止其他的PLC。当此系统与集中控制系统具有相同的I/O点时，虽然多用了一台或几台PLC，导致系统总的构成价格偏高，但从维护、试运转或增设控制对象等方面来看，其灵活性要大得多。

PLC的选择一般从基本性能、特殊功能和通信联网三个方面考虑。选择的基本原则是在满足控制要求的前提下力争高的性价比，并有一定的*性和良好的售后服务。

    PLC的选用首先要进行功能选择，根据控制设备所需要的控制功能，主要解决的是单机控制，还是要通信联网；是一般开关量控制、模拟量控制，还是要增加特殊单元；PLC的CPU单元是否应具有特殊功能；是否需要远程控制；采用小型机、中型机，还是大型机等问题。然后根据控制设备的多少选择I/O的点数和通道数，接着根据I/O信号的类型选择I/O模块，后根据控制程序的大小选择程序存储器容量。

    具体选择PLC时，可参考以下方面。

    1．基本单元的选择

    基本单元又称CPU单元，是机型选择时首先应考虑的问题，其主要因素有：

    (1)响应速度。PLC输入信号与相应的输出信号响应之间有一定的时间延迟，称为响应延迟时间。它包括输入滤波器的延迟时间，扫描工作方式引起的延迟时间，以及输出电路的延迟时间。响应速度主要是从两个方面来考虑：一是可编程控制器程序的语句处理时间；二是可编程控制器的扫描周期。一般PLC用户手册上都给出语句处理时间，而且是按处理1千步语句所需时间来计算的，扫描周期是大的扫描周期时间，而系统中实际运行的扫描周期则与系统所连接设备、应用软件的步数，以及复杂程度有关。对于以开关量控制为主的系统，可编程控制器的响应速度一般都可满足实际需要，没有必要特别考虑；对于模拟量控制的系统，特别是具有较多闭环控制的系统，则必须考虑可编程控制器的响应速度。

    (2)存储容量。存储器是存放程序和数据的部件，包括存储器的大容量、可扩展性、存储器的种类(RAM、EPROM、EEPROM)。存储器扩展性和种类多少，体现了系统构成的方便性和灵活性。PLC的用户程序存储器容量以步为单位，每步可存储一条指令。对于仅有开关量控制功能的小型PLC，一般可把PLC的总点数乘以10，作为估算用户存储器容量的依据。当然存储器容量的大小要根据具体产品型号而定，另外用户程序的长短与编程方法和技巧有很大关系，所以合理的编程技巧可有效地节省PLC的存储容量。

    (3)扩展能力。即PLC带扩展单元的能力，包括所能带扩展单元的数量、种类、扩展单元所占的通道数、扩展口的形式等。

    (4)结构形式。小型PLC中，整体式比模块式价格便宜，体积也较小，只是硬件配置不如模块式灵活。如整体式输入/输出点数之比一般为3:2，实际应用需求中可能与此值相差甚远，模块式就能很方便地配置该比值。此外，模块式的PLC故障排除时间较短。

    (5)特殊功能。新型的PLC有不少非常有用的特殊功能。了解这些功能，可以解决一些较特殊的控制要求。若采用没有这些功能的基本单元来处理，则要添加特殊功能模块，处理起来既复杂，又增加成本。

    (6)通信功能。如果要求将该台PLC接人工业以太网，或连接其他智能化设备，则应考虑选择有相应通信接口的PLC，同时要注意通信协议的兼容性。

    2．指令系统的选择

    由于可编程控制器应用的广泛性，各种机型的指令系统也不*相同。从应用角度来看，有些场合仅需要逻辑运算，有些场合需要复杂的算术运算，而有一些特殊场合还需要功能指令。从可编程控制器本身来看，各个厂家的指令差异较大，其差异主要表现在指令的表达方式和指令的完整性上。在选择机型时，应注意指令系统下述方面的指标：

    (1)总指令数。指令系统的总指令（语句）数反映了指令系统所包括的全部功能。

    (2)指令种类。指令种类主要应包括基本指令、运算指令和应用指令，具体的需求应与实际要完成的控制功能相适应。

    (3)表达方式。指令系统表达方式有多种，包括梯形图、语句表（也称指令表）、控制系统流程图、高级语言等多种表达方式。表达方式的多样性给程序的编写带来了方便，并且也显示了该PLC的成熟性。

    (4)编程工具。PLC的简易编程器价低，但功能有限；手持式LCD图形编程器价格较高，可直接显示梯形图。与简易编程器相比，采用计算机配以编程软件，能适用于不同的PLC，可明显提高程序的调试速度，但高。

    3.I/O模块的选择

    I/O模块的选择主要是根据输入信号的类型（开关量、数字量、模拟量、电压类型、等级和变化频率）选择与之相匹配的输入模块。根据负载的要求（如负载电压、电流的类型，NPN输出型还是PNP输出型等），数量等级以及对响应速度的要求等选用合适的输出模块。根据系统要求安排合理的I/O点数，并有一定的余量，考虑到增加点数的成本，在选型前应将输入/输出点作合理的安排，从而实现用较少的点数来保证设备的正常操作。常用的I/O模块有：

    (1)开关量输入模块。主要考虑：输入电压等级、门坎（死区）电平、输入信号的小持续时间、抗*力等。

    (2)开关量输出模块。主要考虑：开关方式（继电器、晶体管、晶闸管）、开关频率、输出功率、电压形式、电压等级、保护形式等。

    (3)模拟量输入模块。主要考虑：模拟量值的输入范围、转换精度、采样时间、输入信号的连接方式、抗*力等。

    (4)模拟量输出模块。主要考虑：模拟量输出范围、输出形式（电流型还是电压型）、对负载的要求等。

    (5)通信模块。主要考虑：通信协议、通信速率、通信模块所能连接的设备、系统的自诊断能力、应用软件编制方法等。

    其他各模块可根据系统需要，查阅PLC用户手册，了解相应的参数和要求。

    4．其他方面

    (1)性价比。根据不同的控制要求选择不同的PLC，不要片面追求高性能、多功能。对控制要求低的系统，提出过高的技术指标，只会增加开发成本，降低系统的性价比。

    (2)系列产品。考察同一品牌PLC厂家的其他系列产品，从长远和整体观点出发，一个企业优选一个PLC厂家的系列化产品，这样可以减少PLC的备件，以后建立自动化网络也较方便，而且只需购置一台编程器或一套编程软件，并可实现资源共享。

    (3)售后服务。选择机型时还要考虑有可靠的技术支持。这些支持包括必要的技术培训，帮助安装、调试，提供备件、备品，保证维修等，以减少后顾之忧。

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