西门子MM440变频器6SE6440-2UD42-0GB1

什么是西门子变频器？

西门子变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

2、为什么西门子变频器的电压与电流成比例的改变？

异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁 电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制西门子变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于 风机、泵类节能型西门子变频器。

3、西门子变频器制动的有关问题

制动的概念：指电能从电机侧流到西门子变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速高于同步转速，负载的能量分为动能和势能. 动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于西门子变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到西门子变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载,在下降时, 能量（势能）也要返回到西门子变频器(或电源)侧,进行制动.这种操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于西门子变频器制动。在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到西门子变频器电源侧的方法叫做“功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要“能量回馈单元”选件。

USS 报文帧格式

USS 协议的报文简洁可靠，高效灵活。报文由一连串的字符组成，协议中定义了它们的特定功能：

以上每小格代表一个字符（字节）。其中：

• STX： 起始字符，总是 02 h

• LGE： 报文长度

• ADR：从站地址及报文类型

• BCC： BCC 校验符

在 ADR 和 BCC 之间的数据字节，称为 USS 的净数据。主站和从站交换的数据都包括在每条报文的净数据区域内。

净数据区由 PKW 区和 PZD 区组成：

以上每小格代表一个字（两个字节）。

• PKW： 此区域用于读写参数值、参数定义或参数描述文本，并可修改和报告参数的改变 。其中： 
   

• PKE： 参数 ID。包括代表主站指令和从站响应的信息，以及参数号等

• IND： 参数索引，主要用于与 PKE 配合定位参数

• PWEm：参数值数据
   

• PZD： 此区域用于在主站和从站之间传递控制和过程数据。控制参数按设定好的固定格式在主、从站之间对应往返。如： 
   

• PZD1：主站发给从站的控制字/从站返回主站的状态字

• PZD2： 主站发给从站的给定/从站返回主站的实际反馈

• PZDn： ……

根据传输的数据类型和驱动装置的不同，PKW 和 PZD 区的数据长度都不是固定的，它们可以灵活改变以适应具体的需要。但是，在用于与控制器通信的自动控制任务时，网络上的所有节点都要按相同的设定工作，并且在整个工作过程中不能随意改变。

 注意：

• 对于不同的驱动装置和工作模式，PKW 和 PZD 的长度可以按一定规律定义。 一旦确定就不能在运行中随意改变

• PKW 可以访问所有对 USS 通信开放的参数；而 PZD 仅能访问特定的控制和过程数据

• PKW 在许多驱动装置中是作为后台任务处理，因此 PZD 的实时性要比 PKW 好

 以上仅是对 USS 协议的简单介绍，以帮助读者更好地理解控制任务和选择对策。如需要了解详细的信息，请参考相应驱动产品的手册。

USS 的复杂性和 S7-200 作为主站的对策

USS 通信的复杂性体现在它在不同的应用场合不是固定不变的。这是因为：

• USS 经过*的发展，存在一些子集和变种

• 驱动装置可能不支持 USS 通信协议中的部分功能

• 不同的驱动装置的参数定义可能有很大区别

这些原因导致一个实用的 USS 主站必须针对不同的驱动装置做出改动。使用 USS 调试驱动装置的软件就要做到这一点。这就给在 S7-200 上做一个通用的 USS 程序带来了实质的困难。

 一个驱动产品，只要它支持 USS 通信，S7-200 就可以通过自由口编程对其控制。通过其手册能够了解它支持 USS 通信的特点，从而编出适合的程序。这种任务往往比较复杂而且耗费时间。西门子为解决这一问题，针对应用比较广泛，产品线比较相配的驱动产品，开发了 S7-200 的 USS 指令库。

S7-200 的 USS 指令库

S7-200 的 USS 指令库zui初是针对 MicroMaster 3 系列产品的，经过一段时间的发展，现在以及能够*支持 MicroMaster 3 系列和 MicroMaster 4 （MM4）系列产品，以及 SINAMICS G110 系列产品；目前此 USS 指令库还能对 MasterDrive 等产品提供有限的支持，这些产品包括 6SE70/6RA70 等。

 本章中将用 MM440 变频器与 S7-200 之间的 USS 通信为例。

 S7-200 通过 USS 指令库控制变频器
 S7-200 与西门子驱动装置的连接形式

西门子MM440变频器6SE6440-2UD42-0GB1

西门子PLC程序中常用的几个指令介绍

1、串联电路块的并联连接指令OLD

两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDN指令，分支结束用OLD指令。OLD指令与后述的ALD指令均为无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。OLD有时也简称或块指令。

2、并联电路的串联连接指令ALD

两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块，分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ALD指令。分支的起点用LD、LDN指令，并联电路结束后，使用ALD指令与前面电路串联。ALD指令也简称与块指令，ALD也是无操作目标元件，是一个程序步指令。

3、输出指令 =

1、= 输出指令是将继电器、定时器、计数器等的线圈与梯形图右边的母线直接连接，线圈的右边不允许有触点，在编程中，触点以重复使用，且类型和数量不受限制。

4、置位与复位指令S、R

S为置位指令，使动作保持；R为复位指令，使操作保持复位。从的位置开始的N个点的寄存器都被置位或复位,N=1～255如果被复位的是定时器位或计数器位,将清除定时器或计数器的当前值。

5、跳变触点EU,ED

正跳变触点检测到一次正跳变(触点的入信号由0到1)时,或负跳变触点检测到一次负跳变(触点的入信号由1到0)时,触点接通到一个扫描周期.正/负跳变的符号为EU和ED,他们没有操作数,触点符号中间的”P”和”N”分别表示正跳变和负跳变

6、空操作指令NOP

NOP指令是一条无动作、无目标元件的一个序步指令。空操作指令使该步序为空操作。用NOP指令可替代已写入指令，可以改变电路。在程序中加入NOP指令，在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。

7、程序结束指令END

END是一条无目标元件的一序步指令。PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理，在程序的zui后写入END指令，表示程序结束，直接进行输出处理。在程序调试过程中，可以按段插入END指令，可以按顺序扩大对各程序段动作的检查。采用END指令将程序划分为若干段，在确认处于前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令。要注意的是在执行END指令时，也刷新监视时钟。

自动升降电梯自动化控制系统的组成

 自动升降电梯的工作状态分为自动状态和维修工作状态，这两种工作状态互相独立、彼此分开，目的在于确保控制回路的输出的*性，避免发生类似双线圈输出的情况，杜绝事故的发生。

整个升降电梯自动化控制系统的组成由核心控制元件PLC、空气开关、电机马达开关、交流接触器、触摸屏、开关、按钮、指示灯、报警器和外部光电传感器等元部件组成。其中由面板旋钮开关或带锁的钥匙旋钮开关选择整个系统的工作状态，通过状态安全继电器的得电或失电来区分自动运行和手动运行的输出电源的通和断。这样就使得系统只有在自动运行状态下时PLC的输出端子才有输出电压，当系统在手动运行状态下时，PLC输出端子上无输出电压。马达开关作用为当系统指令电机以工频方式工作时，起到保护电机的作用。人机界面能够方便操作人员对设备进行操作和监控，同时实时显示设备工作状态，记录生产产量和班产批次等历史数据。报警灯由多级柱装灯塔组成，不同颜色代表不同意义。设备外部设有多个光电传感器，向PLC传输外部状态信号，指示自动电梯的工作状态。自动化控制系统中的安全部分的紧急停止按钮拥有zui高的设备输出中止权，即无论在手动还是自动状态下，只要紧停按钮被按下，设备都会立即停止任何动作。电梯井除了在高处和低处安装了感应电梯吊篮位置的光电传感器，还在井架极限高位和极限低位安装了机械式的行程限位开关，确保电梯轿箱不发生冲顶和撞底的事故。在1楼电梯进口输送带和2楼电梯出口输送带上分别安装有1个光电传感器，用来检测运输的产品。在轿箱吊篮内输送带上安装有2个光电传感器，用来检测运输产品的进出情况。

由于生产线的情况决定了在自动升降电梯的自动化控制系统中需要设立主控制柜，和现场分控制箱。在主控制柜内安装所有空，马达开关，PLC，触摸屏，塔式报警灯等元气件，在现场分控制箱上安装自动状态系统停止旋钮开关。手动检修操作盒采用移动式手持盒，所有手动按钮相互连锁，并且都为点动按钮。图3－1为主控制柜面板布置。

图3－1

 图3－2为现场控制箱面板布置。

图3－2

光纤传感器的主要组件的拆卸和安装

光纤传感器由放大器单元、光纤单元和配线接插件单元三个组件组成，其安装相对电感式传感器、电容式传感器要复杂一些，下面分别介绍光纤传感器的三个组件的拆装。

1）放大器单元的安装

将光纤传感器放大器单元中与光纤单元相连接的一侧的钩爪嵌入固定导轨后，再压下直到挂钩*锁定，如图1所示。

注意：务必将与光纤单元相连的一侧先嵌入导轨进行安装，逆向安装会导致安装强度下降。

图1 放大器单元安装示意图

  2）放大器单元的拆卸

如图2所示，压住1方向后，将光纤传感器插入部往2的方向提，即可将放大器单元拆卸下来。

图2 放大器单元拆卸示意图

图3 配线插件连接示意图

3）配线接插件单元的安装

如图3所示将配线插件单元插入放大器单元的母接插件中，直到发出“咔”的声音。

4）配线接插件单元的拆卸

滑动子接插件，如图4所示，按下接插件的扳钮，使母/子接插件*分离。

图4 配线接插件拆卸示意图

图5 光纤单元安装示意图

5）光纤单元的安装

如图5所示，按1打开保护罩，按2打开锁定拨杆，按3将光纤插入放大器单元插入口并确保插到底部，再按4将锁定拨杆拨回原来位置固定住光纤，zui后盖上保护罩。

注：光纤的插入位置要到位，具体位置要求如图6所示。如不*插入可能会引起检测距离下降。

6）光纤单元的拆卸

如图7所示，打开保护罩，解除锁定扳钮，然后拔出光纤。

图6 光纤的插入位置示意图

西门子PLC模块6ES7216-2BD23-0B8

 

S7-200PLC中断优先级和排对等候

优先级是指多个中断事件同时发出中断请求时，CPU对中断事件响应的优先次序。S7-200规定的中断优先由高到低依次是：通信中断、I/O中断和定时中断。每类中断中不同的中断事件又有不同的优先权，如表2所示。

一个程序中总共可有128个中断。S7-200在各自的优先级组内按照先来先服务的原则为中断提供服务。在任何时刻，只能执行一个中断程序。一旦一个中断程序开始执行，则一直执行至完成。不能被另一个中断程序打断，即使是更高优先级的中断程序。中断程序执行中，新的中断请求按优先级排队等候。中断队列能保存的中断个数有限，若超出，则会产生溢出。中断队列的zui多中断个数和溢出标志位如表3所示。

表3  中断队列的zui多中断个数和溢出标志位

电气控制原理电路的两种基本设计方法.

电气控制原理电路设计的方法主要有分析设计法和逻辑设计法两种。

1、分析设计法

分析设计法是根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节（单元电路）或将比较成熟的电路按其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合成满足控制要求的完整线路。当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。

分析设计法的优点是设计方法简单，无固定的设计程序，它是在熟练掌握各种电气控制电路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制电路能力的基础进行的，容易为初学者所掌握，对于具备一定工作经验的电气技术人员来说，能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用；其缺点是设计出的方案不一定是*方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。为此，应反复审核电路工作情况，有条件时还应进行模拟试验，发现问题及时修改，直到电路动作准确无误，满足生产工艺要求为止。

2、逻辑设计法

逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令电器的接通与断开看成逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后再化简，做出相应的电路图。

逻辑设计法的优点是能获得理想、经济的方案，但这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很少单独采用。其具体设计过程可参阅专门论述资料，这里不再作进一步介绍。

SIMATIC S7 PLC 表取数指令应用举例

取数指令应用举例。从图1的数据表中，用FIFO，LIFO指令取数，将取出的数值分别放入VW300，VW400中，程序及运行结果如图2所示。

图1 数据表

TBL：为表格的实际填表数对应的地址（第二个字地址），即高于对应的“增加至表格”、“后入先出”或“先入先出”指令TBL操作数的一个字地址（两个字节）。TBL操作数：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, *LD, *AC 。数据类型：字。

PTN：是用来描述查表条件时进行比较的数据。PTN操作数：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, AIW, LW, T, C, AC, 常量, *VD, *LD, *AC。数据类型：整数。

INDX：搜索指针，即从INDX所指的数据编号开始查找，并将搜索到的符合条件的数据的编号放入INDX所的存储器。INDX操作数：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC。数据类型：字。

CMD：比较运算符，其操作数为常量1～4，分别代表 =、<>、<, >。数据类型：字节 。

（2）功能说明

表格查找”指令搜索表格时，从INDX的数据编号开始，寻找与数据PTN的关系满足CMD比较条件的数据。参数如果找到符合条件的数据，则INDX的值为该数据的编号。要查找下一个符合条件的数据，再次使用“表格查找”指令之前须将INDX加1。如果没有找到符合条件的数据，INDX的数值等于实际填表数EC。一个表格zui多可有100数据，数据编号范围：0～99。将INDX的值设为0，则从表格的顶端开始搜索。

（3）使ENO = 0的错误条件：SM4.3（运行时间），0006（间接地址），0091（操作数超出范围）。

安装一个典型的S7-300PLC硬件系统的步骤讲解

1.      实训目的

①熟悉S7-300常用模块

②掌握S7-300常用模块安装规范

2.      实训任务和要求

安装一个单导轨PLC控制系统，包含一个数字量模块，一个模拟量模块，一个仿真模块。要求各模块安装符合安装规范，

3.      实训设备

电源模块PS 307（10A）、CPU模块313C-2DP、数字量模块SM322、模拟量模块SM334、仿真模块SM374、连接器、导轨、螺钉、螺丝刀、导线若干。

4.      安装步骤

①对照部件清单检查部件是否齐备；

②安装导轨

③安装电源

④把总线连接器连到CPU，并安装模块；

⑤把总线连接器连到 I/O 模块，并安装模块；

⑥连接前连接器，并插入标签条和槽号； 

⑦给模块配线（电源，CPU 和 I/O 模块）。

可编程控制器的硬件系统组成（图）

CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有:

（1）CPU（Central  Process  Unit）

CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：

a、按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。

b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。

c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。

d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。

PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。

①用通用微处理器作CPU

在低档PLC中，用Z80A做CPU较为普遍，Z80A用于PLC有如下长处： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的PC，给维修及推广普及带来方便。Z80有独立的输入/输出指令,而且指令格式较短，执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。

②用单片机作CPU

自从1974年出现单片机以来，已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国IN公司MES－48系列的单片机8049和8039做处理器，8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU，128×8的数据存储器。27条输入/输出线，T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器，时钟振荡电路等。

自80年代以来，出现了集成度更高。功能更强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能更高的16位单片机，大有取代MCS－48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列单片机是美国IN公司在MCS－48单片机基础上，于80年代初推出的产品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品：8051、8751和8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051；8031是内部无R0M8051。必须外接EPR0M；IN公司的96系列的单片机，字长为16，运算速度比51系列更高，这必将为高档次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点：为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成PLC，体积更小。同时PLC逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。