西门子一级-授权代理-2023

控制系统构成

1. 硬件配置、系统结构及选择依据

系统由HMI和S7-300型PLC构成。因为有位置、压力、速度等曲线需要显示，所以选择了OP270 10。显示效果比较好，有操作按键，容易维护;由于需要3路PWM输出控制步进电机，所以选择了CPU313C，几乎全部利用该CPU的数字量输入输出及模拟量输入输出，性价比非常好;另外，由于压射过程非常快，通常为10-50m/s，有时甚至可以达到100m/s以上。系统需要高速采集大量的数据进行显示、分析和比较，因此选择了SM335模块，它的模拟量输入输出速度快、精度高，还可以产生硬件中断。

2. 附加系统的硬件配置图，网络结构图，应用中的监视画面。

辅机系统主要是由3个机械手构成：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手。他们根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。

3. 多种可选方案的比较：由于有3个步进电机需要控制，在选择方案时考虑过用CPU313C加3个FM353模块，该模块是1轴步进电机定位模块，高脉冲频率可达200KHz，但此方案成本太高;考虑到本机器对脉冲频率要求不高，CPU313C模块中集成的3路PWM输出脉冲频率可达2.5KHz，已经完全可以满足系统的要求。因此只用1个CPU313C就完成控制要求，性价比很完美!

三、控制系统完成的功能

1. 整个控制系统可以分为人机界面显示部分和PLC控制部分。其中PLC控制系统可以分为以下几个部分：压铸机动作顺序控制、压射曲线显示、PWM输出控制和机械手控制。压铸机的动作控制如开模合模，是根据不同的位置送出不同的压力和流量，通常合模分4级，开模分3级。考虑到液压动作的平滑，本系统加了软件斜率，在每个动作的开始、切换和结束时都要通过斜率平滑过渡，使动作很流畅而且声音很小。在机器的使用过程中模具的调整很麻烦，自动调模功能自动完成的繁琐的调节过程，简化操作;压射过程对机器的成型非常重要，需要采集大量的位置、压力和位置数据，压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口控制压射的速度;PWM输出是控制3个独立的步进电机，分别对应慢压射、快压射和增压射的速度。控制上由PLC调用系统功能块SFB49来实现;本机器配备了3个机械手：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手，他们是可选的。根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。

脉宽调制功能是系统集成功能，仅需在硬件配置中作简单设定后，即可在PLC程序中调用SFB49，使用非常方便。

CALL SFB 49 , "DI_PULSE_1"
// 慢压射
LADDR :="DI_PULSE_1".LADDR
// Count Address:768
CHANNEL :=0
SW_EN :="DI_PULSE_1".SW_EN
MAN_DO :="DI_PULSE_1".MAN_DO
SET_DO :="DI_PULSE_1".SET_DO
OUTP_VAL:="DI_PULSE_1".OUTP_VAL
JOB_REQ :="DI_PULSE_1".JOB_REQ
JOB_ID :="DI_PULSE_1".JOB_ID
JOB_VAL :="DI_PULSE_1".JOB_VAL
STS_EN :="DI_PULSE_1".STS_EN
STS_STRT:="DI_PULSE_1".STS_STRT
STS_DO :="DI_PULSE_1".STS_DO
JOB_DONE:="DI_PULSE_1".JOB_DONE
JOB_ERR :="DI_PULSE_1".JOB_ERR
JOB_STAT:="DI_PULSE_1".JOB_STAT

2. 在压射过程中如何高速采样位置、压力和速度数据是项目的难点。在硬件上，我们选用SM335模块，它的模拟量输入处理速度约为每通道200us，精度为14位，并产生硬件中断OB40。系统中设定了2ms的硬件中断，在压射过程中采集位置、压力和速度数据;在PLC程序方面，我们使用了变址寻址的编程技巧，压缩程序空间，提高运行效率，使系统可以在2ms的中断周期内完成运算;在HMI方面，配置了TREND曲线，在压射过程结束后可以马上更新曲线。

　西门子S5系列plc目前在我国工业市场常见的主要有U型（通用型）、W型（字处理型）、R型（开关型）等三种型号。不同型号的PLC，其故障表现和判断方式也不同。这其中，软件故障都可以利用西门子专用编程器解决问题，西门子plc都留有通讯PC接口，通过专用伺服编程器即可以解决几乎所有的软件问题。

　　通过软件PC程序可以判断是否是软件故障，如果是硬件故障，则需要专用的芯片级电路板维修工程师才可对其进行修复工作，PLC一般都是模块话结构构成，较为简单的处理方式就是更换故障板卡。

　　1、软故障的判断和处理

　　S5PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常（输出无或乱）时，本着先易后难、先软后硬的检修原则首先检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题；没有EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“ST”开关按RUN---ST---RUN---ST---RUN的顺序拨打一遍或在PG上执行“Object—Blocks—Delete---inPLC—allblocks---overall—Reset”功能就完成了RAM中程序的总清。另外，保存在EPROM中的程序并不是万无一失的，过分相信EPROM上的程序有时会给检修带来困惑。所以经常性的检查核对EPROM中的程序，特别是PG中的备份程序就显的尤为重要。

　　2、PLC硬件故障

　　PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是更换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的更换会带来不必要的损失。

　　（1）电源模块故障。

　　一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是绿色长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，更换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，更换整个电源。“5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差超出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。“BATT”变色灯是后备电源指示灯，绿色正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该更换后备电池，手册规定两到三年更换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要更换整个模块。

　　（2）I/O模块故障。

　　输入模块一般由光电耦合电路组成；输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二极管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就更换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中更改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是更换输入模块还是更换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是不允许的。

　　（3）CPU模块故障。

　　通用型S5PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性更大，因为更换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。

　　检修实例：一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态，错误指示灯先闪烁后常亮，断电复位后故障依旧，更换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时更换了CPU但故障灯仍然不停闪烁，至到更换了通信借口板后功能才恢复正常。

　　3.外围线路故障

　　据有关文献报道，在PLC控制系统中出现的故障率为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器及开关占45%，执行器占30%，接线等其他方面占5%，可见80%以上的故障出现在外围线路。外围线路由现场输入信号（如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等）和现场输出信号（电磁阀、继电器、接触器、电机等），以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细，替换的元器件要选用性能可靠安全系数高的优质器件。一些功能强大的控制系统采用故障代码表表示故障，对故障的分析排除带来极大便利，应好好利用。

　　总结：西门子PLC其他系列的故障判断和处理方法与此原理相同可依次类推。上海彩亚电路板维修有限公司提醒：任何芯片级精密设备遇到故障时，在没有十足把握情况下，一定要请的技术服务企业予以处理，擅自改动程序和维修紧密设备电路板可能会造成设备维修难度加大甚至报废的严重后果。