西門子MM440變頻器6SE6440-2UD42-0GB1

什么是西門子變頻器？

西門子變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。

2、為什么西門子變頻器的電壓與電流成比例的改變？

異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀 電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制西門子變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用于 風機、泵類節能型西門子變頻器。

3、西門子變頻器制動的有關問題

制動的概念：指電能從電機側流到西門子變頻器側（或供電電源側），這時電機的轉速高于同步轉速，負載的能量分為動能和勢能. 動能（由速度和重量確定其大小）隨著物體的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀態。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉換為摩擦和能消耗掉。對于西門子變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉速將跟隨頻率同樣降低。這時會產生制動過程. 由制動產生的功率將返回到西門子變頻器側。這些功率可以用電阻發熱消耗。在用于提升類負載,在下降時, 能量（勢能）也要返回到西門子變頻器(或電源)側,進行制動.這種操作方法被稱作“再生制動"，而該方法可應用于西門子變頻器制動。在減速期間，產生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到西門子變頻器電源側的方法叫做“功率返回再生方法"。在實際中，這種應用需要“能量回饋單元"選件。

USS 報文幀格式

USS 協議的報文簡潔可靠，高效靈活。報文由一連串的字符組成，協議中定義了它們的特定功能：

以上每小格代表一個字符（字節）。其中：

• STX： 起始字符，總是 02 h

• LGE： 報文長度

• ADR：從站地址及報文類型

• BCC： BCC 校驗符

在 ADR 和 BCC 之間的數據字節，稱為 USS 的凈數據。主站和從站交換的數據都包括在每條報文的凈數據區域內。

凈數據區由 PKW 區和 PZD 區組成：

以上每小格代表一個字（兩個字節）。

• PKW： 此區域用于讀寫參數值、參數定義或參數描述文本，并可修改和報告參數的改變 。其中： 
   

• PKE： 參數 ID。包括代表主站指令和從站響應的信息，以及參數號等

• IND： 參數索引，主要用于與 PKE 配合定位參數

• PWEm：參數值數據
   

• PZD： 此區域用于在主站和從站之間傳遞控制和過程數據。控制參數按設定好的固定格式在主、從站之間對應往返。如： 
   

• PZD1：主站發給從站的控制字/從站返回主站的狀態字

• PZD2： 主站發給從站的給定/從站返回主站的實際反饋

• PZDn： ……

根據傳輸的數據類型和驅動裝置的不同，PKW 和 PZD 區的數據長度都不是固定的，它們可以靈活改變以適應具體的需要。但是，在用于與控制器通信的自動控制任務時，網絡上的所有節點都要按相同的設定工作，并且在整個工作過程中不能隨意改變。

 注意：

• 對于不同的驅動裝置和工作模式，PKW 和 PZD 的長度可以按一定規律定義。 一旦確定就不能在運行中隨意改變

• PKW 可以訪問所有對 USS 通信開放的參數；而 PZD 僅能訪問特定的控制和過程數據

• PKW 在許多驅動裝置中是作為后臺任務處理，因此 PZD 的實時性要比 PKW 好

 以上僅是對 USS 協議的簡單介紹，以幫助讀者更好地理解控制任務和選擇對策。如需要了解詳細的信息，請參考相應驅動產品的手冊。

USS 的復雜性和 S7-200 作為主站的對策

USS 通信的復雜性體現在它在不同的應用場合不是固定不變的。這是因為：

• USS 經過*的發展，存在一些子集和變種

• 驅動裝置可能不支持 USS 通信協議中的部分功能

• 不同的驅動裝置的參數定義可能有很大區別

這些原因導致一個實用的 USS 主站必須針對不同的驅動裝置做出改動。使用 USS 調試驅動裝置的軟件就要做到這一點。這就給在 S7-200 上做一個通用的 USS 程序帶來了實質的困難。

 一個驅動產品，只要它支持 USS 通信，S7-200 就可以通過自由口編程對其控制。通過其手冊能夠了解它支持 USS 通信的特點，從而編出適合的程序。這種任務往往比較復雜而且耗費時間。西門子為解決這一問題，針對應用比較廣泛，產品線比較相配的驅動產品，開發了 S7-200 的 USS 指令庫。

S7-200 的 USS 指令庫

S7-200 的 USS 指令庫zui初是針對 MicroMaster 3 系列產品的，經過一段時間的發展，現在以及能夠*支持 MicroMaster 3 系列和 MicroMaster 4 （MM4）系列產品，以及 SINAMICS G110 系列產品；目前此 USS 指令庫還能對 MasterDrive 等產品提供有限的支持，這些產品包括 6SE70/6RA70 等。

 本章中將用 MM440 變頻器與 S7-200 之間的 USS 通信為例。

 S7-200 通過 USS 指令庫控制變頻器
 S7-200 與西門子驅動裝置的連接形式

西門子MM440變頻器6SE6440-2UD42-0GB1

西門子PLC程序中常用的幾個指令介紹

1、串聯電路塊的并聯連接指令OLD

兩個或兩個以上的接點串聯連接的電路叫串聯電路塊。串聯電路塊并聯連接時，分支開始用LD、LDN指令，分支結束用OLD指令。OLD指令與后述的ALD指令均為無目標元件指令，而兩條無目標元件指令的步長都為一個程序步。OLD有時也簡稱或塊指令。

2、并聯電路的串聯連接指令ALD

兩個或兩個以上接點并聯電路稱為并聯電路塊，分支電路并聯電路塊與前面電路串聯連接時，使用ALD指令。分支的起點用LD、LDN指令，并聯電路結束后，使用ALD指令與前面電路串聯。ALD指令也簡稱與塊指令，ALD也是無操作目標元件，是一個程序步指令。

3、輸出指令 =

1、= 輸出指令是將繼電器、定時器、計數器等的線圈與梯形圖右邊的母線直接連接，線圈的右邊不允許有觸點，在編程中，觸點以重復使用，且類型和數量不受限制。

4、置位與復位指令S、R

S為置位指令，使動作保持；R為復位指令，使操作保持復位。從的位置開始的N個點的寄存器都被置位或復位,N=1～255如果被復位的是定時器位或計數器位,將清除定時器或計數器的當前值。

5、跳變觸點EU,ED

正跳變觸點檢測到一次正跳變(觸點的入信號由0到1)時,或負跳變觸點檢測到一次負跳變(觸點的入信號由1到0)時,觸點接通到一個掃描周期.正/負跳變的符號為EU和ED,他們沒有操作數,觸點符號中間的"P"和"N"分別表示正跳變和負跳變

6、空操作指令NOP

NOP指令是一條無動作、無目標元件的一個序步指令。空操作指令使該步序為空操作。用NOP指令可替代已寫入指令，可以改變電路。在程序中加入NOP指令，在改動或追加程序時可以減少步序號的改變。

7、程序結束指令END

END是一條無目標元件的一序步指令。PLC反復進行輸入處理、程序運算、輸出處理，在程序的zui后寫入END指令，表示程序結束，直接進行輸出處理。在程序調試過程中，可以按段插入END指令，可以按順序擴大對各程序段動作的檢查。采用END指令將程序劃分為若干段，在確認處于前面電路塊的動作正確無誤之后，依次刪去END指令。要注意的是在執行END指令時，也刷新監視時鐘。

自動升降電梯自動化控制系統的組成

 自動升降電梯的工作狀態分為自動狀態和維修工作狀態，這兩種工作狀態互相獨立、彼此分開，目的在于確保控制回路的輸出的*性，避免發生類似雙線圈輸出的情況，杜絕事故的發生。

整個升降電梯自動化控制系統的組成由核心控制元件PLC、空氣開關、電機馬達開關、交流接觸器、觸摸屏、開關、按鈕、指示燈、報警器和外部光電傳感器等元部件組成。其中由面板旋鈕開關或帶鎖的鑰匙旋鈕開關選擇整個系統的工作狀態，通過狀態安全繼電器的得電或失電來區分自動運行和手動運行的輸出電源的通和斷。這樣就使得系統只有在自動運行狀態下時PLC的輸出端子才有輸出電壓，當系統在手動運行狀態下時，PLC輸出端子上無輸出電壓。馬達開關作用為當系統指令電機以工頻方式工作時，起到保護電機的作用。人機界面能夠方便操作人員對設備進行操作和監控，同時實時顯示設備工作狀態，記錄生產產量和班產批次等歷史數據。報警燈由多級柱裝燈塔組成，不同顏色代表不同意義。設備外部設有多個光電傳感器，向PLC傳輸外部狀態信號，指示自動電梯的工作狀態。自動化控制系統中的安全部分的緊急停止按鈕擁有zui高的設備輸出中止權，即無論在手動還是自動狀態下，只要緊停按鈕被按下，設備都會立即停止任何動作。電梯井除了在高處和低處安裝了感應電梯吊籃位置的光電傳感器，還在井架極限高位和極限低位安裝了機械式的行程限位開關，確保電梯轎箱不發生沖頂和撞底的事故。在1樓電梯進口輸送帶和2樓電梯出口輸送帶上分別安裝有1個光電傳感器，用來檢測運輸的產品。在轎箱吊籃內輸送帶上安裝有2個光電傳感器，用來檢測運輸產品的進出情況。

由于生產線的情況決定了在自動升降電梯的自動化控制系統中需要設立主控制柜，和現場分控制箱。在主控制柜內安裝所有空，馬達開關，PLC，觸摸屏，塔式報警燈等元氣件，在現場分控制箱上安裝自動狀態系統停止旋鈕開關。手動檢修操作盒采用移動式手持盒，所有手動按鈕相互連鎖，并且都為點動按鈕。圖3－1為主控制柜面板布置。

圖3－1

 圖3－2為現場控制箱面板布置。

圖3－2

光纖傳感器的主要組件的拆卸和安裝

光纖傳感器由放大器單元、光纖單元和配線接插件單元三個組件組成，其安裝相對電感式傳感器、電容式傳感器要復雜一些，下面分別介紹光纖傳感器的三個組件的拆裝。

1）放大器單元的安裝

將光纖傳感器放大器單元中與光纖單元相連接的一側的鉤爪嵌入固定導軌后，再壓下直到掛鉤*鎖定，如圖1所示。

注意：務必將與光纖單元相連的一側先嵌入導軌進行安裝，逆向安裝會導致安裝強度下降。

圖1 放大器單元安裝示意圖

  2）放大器單元的拆卸

如圖2所示，壓住1方向后，將光纖傳感器插入部往2的方向提，即可將放大器單元拆卸下來。

圖2 放大器單元拆卸示意圖

圖3 配線插件連接示意圖

3）配線接插件單元的安裝

如圖3所示將配線插件單元插入放大器單元的母接插件中，直到發出“咔"的聲音。

4）配線接插件單元的拆卸

滑動子接插件，如圖4所示，按下接插件的扳鈕，使母/子接插件*分離。

圖4 配線接插件拆卸示意圖

圖5 光纖單元安裝示意圖

5）光纖單元的安裝

如圖5所示，按1打開保護罩，按2打開鎖定撥桿，按3將光纖插入放大器單元插入口并確保插到底部，再按4將鎖定撥桿撥回原來位置固定住光纖，zui后蓋上保護罩。

注：光纖的插入位置要到位，具體位置要求如圖6所示。如不*插入可能會引起檢測距離下降。

6）光纖單元的拆卸

如圖7所示，打開保護罩，解除鎖定扳鈕，然后拔出光纖。

圖6 光纖的插入位置示意圖

西門子PLC模塊6ES7216-2BD23-0B8

 

S7-200PLC中斷優先級和排對等候

優先級是指多個中斷事件同時發出中斷請求時，CPU對中斷事件響應的優先次序。S7-200規定的中斷優先由高到低依次是：通信中斷、I/O中斷和定時中斷。每類中斷中不同的中斷事件又有不同的優先權，如表2所示。

一個程序中總共可有128個中斷。S7-200在各自的優先級組內按照先來先服務的原則為中斷提供服務。在任何時刻，只能執行一個中斷程序。一旦一個中斷程序開始執行，則一直執行至完成。不能被另一個中斷程序打斷，即使是更高優先級的中斷程序。中斷程序執行中，新的中斷請求按優先級排隊等候。中斷隊列能保存的中斷個數有限，若超出，則會產生溢出。中斷隊列的zui多中斷個數和溢出標志位如表3所示。

表3  中斷隊列的zui多中斷個數和溢出標志位

電氣控制原理電路的兩種基本設計方法.

電氣控制原理電路設計的方法主要有分析設計法和邏輯設計法兩種。

1、分析設計法

分析設計法是根據生產工藝的要求選擇適當的基本控制環節（單元電路）或將比較成熟的電路按其聯鎖條件組合起來，并經補充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整線路。當沒有現成的典型環節時，可根據控制要求邊分析邊設計。

分析設計法的優點是設計方法簡單，無固定的設計程序，它是在熟練掌握各種電氣控制電路的基本環節和具備一定的閱讀分析電氣控制電路能力的基礎進行的，容易為初學者所掌握，對于具備一定工作經驗的電氣技術人員來說，能較快地完成設計任務，因此在電氣設計中被普遍采用；其缺點是設計出的方案不一定是*方案，當經驗不足或考慮不周全時會影響線路工作的可靠性。為此，應反復審核電路工作情況，有條件時還應進行模擬試驗，發現問題及時修改，直到電路動作準確無誤，滿足生產工藝要求為止。

2、邏輯設計法

邏輯設計法是利用邏輯代數來進行電路設計，從生產機械的拖動要求和工藝要求出發，將控制電路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電，觸點的閉合與斷開，主令電器的接通與斷開看成邏輯變量，根據控制要求將它們之間的關系用邏輯關系式來表達，然后再化簡，做出相應的電路圖。

邏輯設計法的優點是能獲得理想、經濟的方案，但這種方法設計難度較大，整個設計過程較復雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規設計中，很少單獨采用。其具體設計過程可參閱專門論述資料，這里不再作進一步介紹。

SIMATIC S7 PLC 表取數指令應用舉例

取數指令應用舉例。從圖1的數據表中，用FIFO，LIFO指令取數，將取出的數值分別放入VW300，VW400中，程序及運行結果如圖2所示。

圖1 數據表

TBL：為表格的實際填表數對應的地址（第二個字地址），即高于對應的“增加至表格"、“后入先出"或“先入先出"指令TBL操作數的一個字地址（兩個字節）。TBL操作數：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, *LD, *AC 。數據類型：字。

PTN：是用來描述查表條件時進行比較的數據。PTN操作數：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, AIW, LW, T, C, AC, 常量, *VD, *LD, *AC。數據類型：整數。

INDX：搜索指針，即從INDX所指的數據編號開始查找，并將搜索到的符合條件的數據的編號放入INDX所的存儲器。INDX操作數：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC。數據類型：字。

CMD：比較運算符，其操作數為常量1～4，分別代表 =、<>、<, >。數據類型：字節 。

（2）功能說明

表格查找"指令搜索表格時，從INDX的數據編號開始，尋找與數據PTN的關系滿足CMD比較條件的數據。參數如果找到符合條件的數據，則INDX的值為該數據的編號。要查找下一個符合條件的數據，再次使用“表格查找"指令之前須將INDX加1。如果沒有找到符合條件的數據，INDX的數值等于實際填表數EC。一個表格zui多可有100數據，數據編號范圍：0～99。將INDX的值設為0，則從表格的頂端開始搜索。

（3）使ENO = 0的錯誤條件：SM4.3（運行時間），0006（間接地址），0091（操作數超出范圍）。

安裝一個典型的S7-300PLC硬件系統的步驟講解

1.      實訓目的

①熟悉S7-300常用模塊

②掌握S7-300常用模塊安裝規范

2.      實訓任務和要求

安裝一個單導軌PLC控制系統，包含一個數字量模塊，一個模擬量模塊，一個仿真模塊。要求各模塊安裝符合安裝規范，

3.      實訓設備

電源模塊PS 307（10A）、CPU模塊313C-2DP、數字量模塊SM322、模擬量模塊SM334、仿真模塊SM374、連接器、導軌、螺釘、螺絲刀、導線若干。

4.      安裝步驟

①對照部件清單檢查部件是否齊備；

②安裝導軌

③安裝電源

④把總線連接器連到CPU，并安裝模塊；

⑤把總線連接器連到 I/O 模塊，并安裝模塊；

⑥連接前連接器，并插入標簽條和槽號； 

⑦給模塊配線（電源，CPU 和 I/O 模塊）。

可編程控制器的硬件系統組成（圖）

CPU）、存貯器和輸入/輸出接口等構成。因此，從硬件結構來說，可編程控制器實際上就是計算機，圖1是其硬件系統的簡化框圖。從圖中可以看出PLC內部主要部件有:

（1）CPU（Central  Process  Unit）

CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機的CPU一樣，它在PLC系統中的作用類似于人體的神經中樞，故稱為“電腦"。其功能是：

a、按PLC中系統程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據。

b、用掃描方式接收現場輸入裝置的狀態式數據，并存入映象寄存器或數據寄存器中。

c、診斷電源、PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤。

d、在PLC進入運行狀態后，從存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令規定的任務，產生相應的信號，去啟閉有關控制門電路。分時分渠道地去執行數據的存取、傳送、組合、比較和變換等操作，完成用戶程序中規定的邏輯式算術運算等任務。根據運算結果，更新有關標志位的狀態和輸出映象寄存器的內容，再由輸出映象寄存器的位狀態式數據寄存器的有關內容，實現輸出控制、制表、打印式數據通訊等。

PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機或雙極型位片式微處理器。通用的微處理器常用的是8位機和16位機，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。單片機常用的有8039、8049、8031、8051等。雙極型位片式微處理器常用的有AMD2900、AMD2903等。

①用通用微處理器作CPU

在低檔PLC中，用Z80A做CPU較為普遍，Z80A用于PLC有如下長處： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉價、普及、通用，用這套芯片制成的PC，給維修及推廣普及帶來方便。Z80有獨立的輸入/輸出指令,而且指令格式較短，執行時間也較短，這樣有利于掃描周期的縮短。Z80輸入/輸出指令格式較短，相應的輸入/輸出設備編碼也較短，所以相應的譯碼硬件器較簡單。由于Z80的信息是采用輸入/輸出映射方式，因而設計流程序時，對輸入/輸出與存儲器尋址容易區別。

②用單片機作CPU

自從1974年出現單片機以來，已有不少產品采用單片機做可編程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美國IN公司MES－48系列的單片機8049和8039做處理器，8039單片機在一塊片子上集成了8位的CPU，128×8的數據存儲器。27條輸入/輸出線，T0、T1、INT測試線及8位定時器/計數器，時鐘振蕩電路等。

自80年代以來，出現了集成度更高。功能更強，并帶有“布爾機"而又便于作數據通信的MCS-51系列單片機以及功能更高的16位單片機，大有取代MCS－48系列之勢。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列單片機是美國IN公司在MCS－48單片機基礎上，于80年代初推出的產品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低價格等特點。它有三個代表產品：8051、8751和8031，它們分別有不同的應用特性。8051是以4K字節EPR0M代替4K字節的R0M的8051；8031是內部無R0M8051。必須外接EPR0M；IN公司的96系列的單片機，字長為16，運算速度比51系列更高，這必將為高檔次的PLC開發和應用帶來美好的遠景。用單片機制成的PLC有以下顯著特點：為機電設備一體化創造了條件，因為由單片機制成PLC，體積更小。同時PLC邏輯功能很強，并且具有數值運算和通信接口。