西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8产品特点

维修人员在检查步进电机驱动器时，发现一功率管已损坏，但由于没有资料，弄不清该管的作用，所以在这里介绍下检修步进电机驱动器烧MOS管的原因。

步进电机驱动器烧MOS管现象一旦启动，驱动器外接保险丝即烧毁，设备不能运行。维修人员在检查时，发现一功率管已损坏，但由于没有资料，弄不清该管的作用，以为是功率驱动的前置推动，换上一功率管，通电后，保险再度被烧，换上的管子亦损坏。

图1：步进电机驱动器MOS管
经维修检查，初始分析是对的，即保险一再熔断，驱动器肯定存在某一不正常的大电流，并检查出一功率管损坏。但对该管的作用没有弄清楚。实际上该管为步进电机电源驱动管，步进电机为高压起动，因而要承受高压大电流。静态检查，发觉脉冲环形分配器的线路中，其电源到地端的阻值很小，但也没有短路。

根据线路中的元器件数量及其功耗分析电源到地端的阻值不应如此之小，因此怀疑线路中已有元器件损坏。 通电检查，发现一芯片异常发热。断电后将该芯片的电源引脚切断，静态检查，电源到地的阻置增大应属正常。测该芯片的电源到地的阻值很小。查该芯片的型号，为一非标型号，众多手册中没有查到。

经线路分析，确认其为该板中的主要元件：环形脉冲分配器。 为进一步确认该芯片的问题，首先换耐压电流功率相当的步进电机电源驱动管，恢复该芯片的电源引脚，用发光二级管电路替代步进电机各绕组作模拟负载。通电后，发光二级管皆亮，即各绕组皆通电，这是不符合线路要求的，输入步进脉冲无反应，因此确认该芯片已损坏。

但是该芯片市场上没有，在驱动器壳体内空间允许的情况下，采用了组合线路即用手头上已有的D触发器和与非门的组合设计了一个环形脉冲发生器，制作在一个小印制板上，拆除原芯片将小印制板通过引脚装在原芯片的焊盘上。仍用发光二极管作模拟负载，通电后加人步进脉冲按相序依次发光。拆除模拟负载，接入主机，通电，设备运行正常。

本文介绍16路热电偶采样的PLC（型号为EASY-A1600N），然后针对一个具体应用作详细说明。

部分：关于EASY-A1600N简要介绍

EASY-A1600N功能：

接收任意分度号的热电偶输入；

内置可编程增益放大器，可用梯形图控制；

AD采样12位精度；

内置mV(毫伏)---T（温度）非线性转换函数，转换特性由梯形图指定；

指令和通信均兼容FX2N，因此与人机界面、组态软件及FX2N可以高效连接；

双排显示功能，用梯形图进行显示控制：如代码显示、数值显示；

支持CAN总线，可作为CAN主站或从站；下辖CAN网络，上接计算机（RS232）；

EASY-A1600N硬件对应的控制说明：

1、外接输入通道对应的软件资源：

2、自带双排数码管对应的软元件：

显示模式： 两种模式

模式0 (MODE_FLAG=0) 模式1 (MODE_FLAG=1)

模式切换方法：同时按下FUN，UP，DOWN键5秒。

模式0：编程显示模式：

显示方式控制字：D5195

D5195_b15=0,按以下方式进行显示。

模式0的四种显示方式

说明：

当用十进制显示时，若显示内容为D5196的值，若值超出9999，则显示9999。

当用代码方式显示时，其控制位与各段对应关系如下：

视窗码段设定：

上排显示单元码段与数据位对应关系

下排显示单元码段与数据位对应关系

当对应位为0时，对应码段点亮；当对应位为1时，对应码段熄灭。

D5195_b15=1,以固有显示模式显示数据。

固有显示模式，此处略。

3、自带按键对应的软元件

模块自带三个按键，按键指定为M0，M1，M2，可由梯形图编程使用。

当键按下时，对应辅助继电器ON；松开按键时，对应辅助继电器OFF。

4、内部辅助输入对应的软资源：

环温AD输入通道：D5098。

CPU内部热电阻AD输入通道：D5099。

第二部分：用EASY-A1600N进行16路K分度采样并将采样数据送计算机。

技术要求：

16通道都接热电偶，采集温度0-300度。

300度对应的电压为12.21mV,因此PLC的PGA可设定为2，PGA（可编程增益放大器）为2时，可对0-15mV的信号进行有效处理。

本例对AD值不进行梯形图滤波，而直接调用温度转换函数，转换后的温度存放在D10-D25的寄存器中，带有一位小数。如120.4度，寄存器中内容为K1204。

EASY-A1600N适用于慢信号采集，每通道采集时间为82 ms,因此全程采样时间为18*82=1476 ms 。

A1600N自带显示，上部显示温度，下部显示通道号，按增减键可人工进行查看。按FUN键可以按设定时间进行巡检D10---D25。

本例将编程口留给人机界面或组态连接连接，而用串口1按照计算机链接方式协议用VB示例将PLC与计算机进行连接。

计算机与PLC通信提供的是一个读写程序。

本例梯形图编号为：A16K08.PMW,有详细的注释。

    可编程控制器是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术与微电子技术相结合而形成的专门从事逻辑控制的微机系统。在PC系统应用中，梯形图的设计往往是主要的问题。梯形图不但沿用和发展了电气技术，而且其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。由于梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物，因此，在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计既有相同点，也有不同点。

替代设计法

     所谓替代设计法，就是用PC机的程序，替代原有的继电器逻辑控制电路。它的基本思想是：将原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PC的I/O点，原来由继电器—接触器硬件完成的逻辑控制功能由PC机的软件—梯形图及程序替代完成。例如，电动机正反转控制电路，原电气控制线路图如图1所示。由PLC控制替代后，其I/O接线图和梯形图分别如图2、3所示。

图3 PC梯形图这种方法，其优点是程序设计方法简单，有现成德尔电气控制线路作依据，设计周期短。一般在旧设备电气控制系统改造中，对于不太复杂的控制系统常采用。

0、引言

可编程序控制器（以下简称PLC）是在程序控制器和微机控制器的基础上发展起来的微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。从广义上讲，PLC是一种计算机系统，比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的基本装置。PLC已经广泛应用于机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中，已基本取代了传统的继电器和接触器的逻辑控制。用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。就PLC本身而言，平均无故障时间一般已可达3~5万小时；而三菱的F系列，据称其平均无故障时间已达30万小时。所以，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、按钮、接近开关，输出器件中的接触器、继电器和电磁阀等。另外，从软件程序的编制来考虑，如果能编制出一个带有监控的程序，对提高系统的可靠性也有很大好处。下面就如何提高PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。

1、从PLC的外围设备来考虑提高PLC的可靠性

PLC是专门为工业生产环境而设计的控制设备。当工作环境较为恶劣，如电磁干扰较强、湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使控制系统的可靠性受到影响。

1.1 工作环境的要求

除了为特殊工作环境而设计的PLC外，一般PLC工作的环境温度应在0~55℃的范围，并要避免太阳光直接照射；安装时要远离大的热源，保证足够大的散热空间和通风条件；空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。PLC应避免安装在有振动的场所；对振动源允许的条件则应按照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施。空气中有粉尘和有害气体时，应将PLC封闭安装。

1.2 电源的要求

不同的PLC产品，对电源的要求也不同，这里包括电源的电压等级、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式等。

对电磁干扰较强、而对PLC可靠性要求又较高的场合，PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开；必要时，可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路等。在设计时，外接的直流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%~30%的余量。对由控制器本身提供的直流电源，应了解它所能提供的大电流，防止过电流造成设备的损坏。

1.3 接地和接线

1) PLC的良好接地是正常运行的前提。在设计时，PLC的接地应与动力设备的接地分开，采用专用接地；如不能分开接地时，应采用共用接地；禁止采用共通接地方法。如图1所示，接地点应尽可能靠近PLC，接地线的线径应大于4mm2，接地电阻一般应小于10Ω。

图1 接地方法

2) PLC的接线包括输入接线和输出接线。输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m；在线路距离较长时，可采用中间继电器进行信号的转换。输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。输入接线与输出接线的电缆应分开设置。必要时，可在现场分别设置接线箱。集成电路或晶体管设备的输入信号和输出信号的接线必须采用屏蔽电缆；屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜在控制器侧。

1.4 冗余设计和降级操作设计

1) 对可靠性要求较高的应用场合，冗余设计和降级操作是必要的。冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式操作时，冗余的后备系统也同时运行，两者输出的结果一致时，表示系统是正常运行的；一旦结果不一致，则发出警报信号，同时，根据自诊断的结果，切换到正常的系统去。冷后备方式操作时，冷后备系统不运行，它在自诊断检测出运行系统故障后才切入后备系统。对PLC来说，冗余系统的范围主要是CPU、存储单元、电源系统和通信系统，只有在可靠性要求很高时，才会包括输入输出单元的冗余等。

2) 降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计。例如，紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动功能的设计等。这样，一旦发生故障，可采用降级的操作，即对部分或全部设备进行手动的开停操作，以避免设备的损坏或对人员的伤害。此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。

1.5 PLC的I/O电路

1) 由于PLC是通过输入电路接受开关量、模拟量等输入信号，因此输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影响着控制系统的可靠性。比如：按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否牢固等。设备上的机械限位开关是比较容易产生故障的元件。在设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的可靠性。现以一个简单的起动、停止控制线路为例，如图2和图3所示的是两个控制线路和它们的对应梯形图。这两个控制线路的控制功能完全一样，按下起动按钮，输出动作；按下停止按钮，输出断开；但它们的可靠性不一样。我们假设输出断开为安全状态，那么图3的可靠性要比图2的高。这是因为SB1、SB2都有发生故障的可能，而常见的现象是输入电路开路。当采用图3电路时，不论SB1、SB2开关本身开路还是接线开路，输出都为安全状态，保证了系统的安全和可靠。

 
图2 起、停控制线路 图3 起、停控制线路

2) 在输入端有感性负荷时，为了防止反冲感应电势损坏模块，在负荷两端并接电容C和电阻R（交流输入信号），或并接续流二极管D（直流输入信号）。如图4所示：交流输入方式时，CR的选择要适当才能起到较好的效果。通过实验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般选0.1μF+120Ω；负荷容量在10VA以上时，一般选0.47μF+47Ω较适宜。直流输入方式时，经试验得二极管的额定电流应选为1A，额定电压要大于电源电压的3倍。

(a) 交流输入方式 (b) 直流输入方式
图4 输入端有感性负荷时的方式

3) 在输出端有感性负载时，通过试验得出：若是交流负载场合，应在负载的两端并接CR浪涌吸收器；如交流是100V、200V电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47μF+47Ω，如图5所示。CR愈靠近负载，其抗干扰效果愈好；若是直流负载场合，则在负载的两端并接续流二极管D，如图6所示。二极管也要靠近负载。二极管的反向耐压应是负载电压的4倍。

图5 输出端交流感性负载 图6 输出端直流感性负载

2、从PLC的软件程序来考虑提高控制系统的可靠性

为了提高PLC控制系统工作的可靠性，可以专门设置一个定时器，作为监控程序部分，对系统的运行状态进行检测。若程序运行能正常结束，则该定时器就立即被清零；若程序运行发生故障，如出现死循环等，该定时器在设定的时间到就无法清零，此时PLC发出报警信号。在设计应用程序时，使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控。如果用PLC来控制某一对象时，编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视：该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的大时间；当启动该对象运行时，同时也启动该定时器。若该对象的运行程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常；否则，属运行不正常，发出报警信号或停机信号。监控程序的梯形图如图7所示。图7中定时器T1为检测元件，X001为控制对象动作信号，X002为动作完成信号，M2为报警或停机信号。假设被控对象的运行程序完成一次循环需要50s，则定时器K值可取510（T1为100ms定时器）。当X001=1时，被控对象运行开始，T1开始计时；如在规定的时间内被控对象的运行程序能正常结束，则X002动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次循环的开始；若在规定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号，则判断为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或停机信号。

图7 检测程序

3、结语

PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关，有些客观因素也干扰着控制系统的稳定性。通过设计正确的硬件线路，选择质量高的元器件，改善工作环境，编制监控程序等措施，可以使PLC控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的提高。