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?1.安全電路設計準則

??(1)安全性標準。電氣設備的安全性，在所有機電設備中占有至高無上的地位，必須引起設計人員的高度重視。為了統(tǒng)一設備的安全性標準，1995年歐洲共同體頒布了"89/392/EWG有關成員國設備標準傾向統(tǒng)一的法令"，即zhuming的"設備法令"。該法令從1995年1月1日起，開始對歐洲共同體流通的所有設備具有約束力，它是所有生產制造商必須執(zhí)行的基本安全要求，以法律形式進行強制。所有生產制造商必須聲明其產品符合"設備法令"中相關標準的規(guī)定，并對此負法律責任。此外，設備必須配有"CE"標志，表明設備已經符合標準的要求。

??在89/392/EWG"設備法令"中，對安全性的定義是"……在實現(xiàn)設備功能的過程中，不引起傷害或有利于健康……”。設備安全性標準分以下3類：

??1)A類標準：安全基礎標準。它涉及設備安全性、基本概念等，是適用于所有設備的通用設計導則。主要標準有EN292-1、EN292-2、EN1050等。

??2)B類標準：安全類組標準。標準分類、分組規(guī)定了安全性設計的具體要求，分為B1和B2兩類。B1類主要是特殊成套裝置的安全性標準，如EN60204-1"設備的安全，電氣配套裝置"等；B2類主要是安全操作裝置及設計方面的具體要求，如EN547"雙手操作的電路"，EN418"緊急分斷裝置"等。

??3)C類標準：安全產品標準。它針對特殊產品的安全性標準，如prEN616~620“手動操作裝置與系統(tǒng)”的安全性；prEN692"機械式壓力機"的安全性；prEN693"液壓式壓力機"的安全性等。

??"設備法令"強調"設備設計人員的職責是：從一開始就應選擇合適的結構特征來避免設備的危害性，或者降低這種危害性"；"控制系統(tǒng)在結構設計上應做到：不允許個別故障而引起的安全功能的喪失，必須識別故障，不允許設備繼續(xù)運行”。

??(2)安全觸點的使用。電氣控制系統(tǒng)中用于安全回路的“主令元件”類(如緊急分斷按鈕、超程保護開關等)觸點元件，必須滿足EN60947-5-1(IEC947-5-1)標準的規(guī)定。

??應特別注意標準中的"強制釋放"要求，即安全觸點"必須依靠形位配合，不能用彈簧零件"使其動作。就是說用于緊急分斷、超程保護的按鈕、開關，必須使用由操作件或手動直接作用的“動斷”觸點，而不可以使用動合觸點信號。

??采用“動斷”觸點的優(yōu)點是：即使觸點發(fā)生“熔焊”，通過直接作用力產生的機械變位，仍然可以有效斷開"熔焊"，保證安全回路的正常動作。

??標準還規(guī)定"用于緊急分斷的操作件，必須能保持在操作(緊急分斷)的位置上；只允許使用手或者工具直接作用于緊急分斷操作電器上，才能解除操作"，也就是說，不允許使用自動"復位"的普通按鈕和限位開關。

??簡言之，用于設備緊急停止的按鈕、超程保護的開關等，只能使用"動斷"觸點；而且緊急停止的按鈕、超程保護的開關必須具有“自鎖”功能，即應采用具有安全功能的行程開關(如SiemensSIGUARD 3SE2/3SE3系列行程開關，見圖5-6)和旋轉復位或拉/壓復位的"急停"按鈕(見圖5-7)。

??(3)雙手操作電器的使用。機械設備中有可能對人體產生傷害與危險的部件(如夾具等)，在電氣控制系統(tǒng)設計中，必須采用“雙手操作”的電器與控制電路，以確保操作人員能將自己的雙手遠離危險區(qū)域(相關標準：EN547，DIN24980，VDI0113，EN60204-112/97，IEC204-11/98)。

??“雙手操作”的電路設計應達到以下要求；只有通過“雙手”同時操作，使得兩個按鈕的觸點同時接通并保持0.5s以上，才能使得信號輸出動作；釋放任意一個(或者兩個)按鈕，即可使輸出中斷。同時，只有在釋放了兩個按鈕后，才允許進行再次輸出。從而使得操作者使用“單手”或“單臂”操作不僅不允許，而且不可能。

??圖5-6 具有安全功能的行程開關

??圖5-7 雙手操作按鈕組合件

??“雙手操作”一般都需要特殊的控制繼電器，按鈕可以根據(jù)標準要求進行布置，或采用圖5-7所示的Siemens公司的SIGUARD3SB38系列雙手操作按鈕與“急?！卑粹o的組合產品。用于“雙手操作”控制的繼電器典型產品有Siemens公司的3TK2811/3TK2834“雙手”接觸器安全組合裝置，PLC公司的P2HZX系列“雙手操作”控制繼電器等。

??(4)控制線路的“互鎖”。當兩個電器執(zhí)行元件(如電動機正/反轉控制接觸器)同時動作、可能引起串源短路、機械部件損壞的，為了保證控制系統(tǒng)的工作可靠性，在繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中，需要通過接觸器觸點進行可靠的電氣“互鎖”。

??在使用PLC控制的系統(tǒng)中，如果這些執(zhí)行元件是通過PLC的輸出進行控制的，那么在設計時不僅要在PLC程序中保證這些執(zhí)行元件不可能同時動作，而見還必須同時通過線路中的電磁執(zhí)行機構(或機械連鎖架置)進行電氣(或機械)"互鎖"，保證這些執(zhí)行元件不存在同時動作的可能性(見圖5-8)。

??圖5-8 “互鎖”設計的要求

??(5)緊急分斷。根據(jù)EN60204-1標準規(guī)定，用于工業(yè)設備的電氣控制裝置，在出現(xiàn)危險情況時必須能通過緊急分斷電路，盡快地使主機停止運行，以免造成對人員或設備的傷害。

??標準規(guī)定，緊急分斷的實現(xiàn)方法可以有如下兩種：

??1) 通過安裝緊急分斷開關分斷。用于緊急分斷的開關可以是手動的，也可以是通過控制回路的分斷進行遠距離控制。

??2)經過控制電路的設計，使得緊急分斷可以通過唯一的主令開關，就能分斷全部有關的主電路。作為緊急分斷的操作部件，有如下要求：

??●用于緊急分斷的操作元件必須能夠保持在“緊急分斷”的位置，且只能通過手動或工具(例如通過旋轉復位、拉拔復位、使用鑰匙等)直接作用于操作元件才能進行解除。

??●緊急分斷操作元件的動合、動斷觸點必須滿足"強制執(zhí)行"條件，即動合、動斷觸點不允許有"重疊接觸”的現(xiàn)象。

??●緊急分斷操作元件的"動斷"觸點至少已經獲得Zui小的斷開間隙(完全斷開)，且可能的"動合"觸點都已經處于閉合狀態(tài)，連鎖才能生效。

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PLC控制系統(tǒng)的硬件配置要求

?①確定功能模塊PLC特殊功能模塊的選用應根據(jù)系統(tǒng)控制的特殊要求確定。但需要確定的是為實現(xiàn)控制對象基本要求所需要的基本功能模塊;其次，根據(jù)系統(tǒng)的類型，需要再考慮系統(tǒng)綜合與集成所需要的通信與接口等模塊。

??選擇功能模塊前需要根據(jù)機械要求確定執(zhí)行裝置的類型。如對于需要任意位置定位、且速度可以改變的運動，應選樣伺服驅動，并確定伺服驅動器與伺服電機的型號、規(guī)格：對于僅需要無級變速的電機控制，應根據(jù)調運的要求，選擇交流調速裝置(如變頻器等)或直流調速裝置等。

??在此基礎上，設計人員應根據(jù)執(zhí)行裝置的類型與動作要求，決定系統(tǒng)的控制方式與對PLC特殊功能模塊(如位置控制模塊、脈沖輸出模塊、模擬量輸出模塊等)的要求。

??在功能模塊要求確定后，可以將模塊以及要求統(tǒng)一匯總成表格的形式，以便選擇模塊。表5-2為功能模塊要求匯總示例。

??②設計操作界面在對象的控制要求確定后，應根據(jù)控制的需要與操作、顯示的要求，設計操作面板，確定使用的按鈕、指示燈的數(shù)量。??

??對于系統(tǒng)控制較復雜的情況，還應選擇系統(tǒng)中用于數(shù)據(jù)輸入、狀態(tài)顯示的人機信息交換方法，確定系統(tǒng)是否采用文本單元、觸摸屏、顯示儀表等外圍設備。

??當外圍設備需要配套特殊功能模塊(如通信接口、連接電纜、D/A轉換模塊等)時，應在選擇外圍設備的同時進行考慮。

??在操作界面確定后，可以將用于操作界面的全部器件進行歸納與匯總，以便統(tǒng)計I/O 點數(shù)。表5-3為操作界面要求匯總示例。

??③統(tǒng)計I/O點數(shù)與規(guī)格系統(tǒng)所需要的I/O點數(shù)與規(guī)格是選擇PLC型號、配置I/O模塊的依據(jù)。如上所述，面向終控制對象的控制要求，可以通過循環(huán)圖、時序圖、控制要求表等得到明確;操作界面所需要的I/O數(shù)量，可以從操作界面要求表中進行統(tǒng)計;控制系統(tǒng)(或PLC控制單元)的I/O模塊選擇與規(guī)格確定可以在此基礎上進行。

??根據(jù)控制對象的循環(huán)圖、時序圖、控制要求表、操作界面要求表，將其輸入/輸出匯總，便可以統(tǒng)計出I/O點數(shù)以及規(guī)格。

??如將圖5-2(b)所示的動作循環(huán)圖、電磁元件動作表，圖5-3(b)的時序圖，表5-1、表5-3的控制要求以及機床其他控制要求進行統(tǒng)一匯總后，可以得到如表5-4所示的輸入/輸出匯總表。

??根據(jù)以上1/O匯總表，即可著手選擇PLC的型號與規(guī)格，確定I/O模塊。選擇PLC功能與I/O點數(shù)時，應考慮一定的余量，以便于設計調整、修改與擴展。

??④通信模塊的確定通信模塊的選擇取決于系統(tǒng)的類型。一般而言，作為基本配置大多數(shù)PLC都帶有RS-232接口，可以用于編程器、觸摸屏等常用外部設備的連接。但是，對于分布式PLC控制系統(tǒng)和遠程I/O控制系統(tǒng)，通信模塊都是必需的;而對于集中控制系統(tǒng)或單機控制系統(tǒng)，通信模塊可以根據(jù)用戶要求、系統(tǒng)擴充的需要與生產制造成本等，進行綜合考慮。

??分布式PLC控制系統(tǒng)和遠程I/O控制系統(tǒng)的通信模塊選擇與基本PLC的選擇、系統(tǒng)采用的總線形式、系統(tǒng)集成軟件等因素有關。

西門子SinamicsS120是西門子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一體的驅動控制系統(tǒng)，它不僅能控制普通的三相異步電動機，還能控制同步電機、扭矩電機及直線電機。其強大的定位功能將實現(xiàn)進給軸的、相對定位。

共直流母線的DC/AC 逆變器通常又稱為西門子SinamicsS120多軸驅動器，其結構形式為電源模塊和電機模塊分開，一個電源模塊將3 相交流電整流成540V或600V的直流電，將電機模塊（一個或多個）都連接到該直流母線上，特別適用于多軸控制，尤其是造紙、包裝、紡織、印刷、鋼鐵等行業(yè)。優(yōu)點是各電機軸之間的能量共享，接線方便、簡單。

1、控制單元：

CU320（6SL3040-0MA00-0AA0，6SL3040-0MA00-0AA1），CU320-2DP（6SL3040-1MA00-0AA0），它是驅動系統(tǒng)的大腦，負責控制和協(xié)調整個驅動系統(tǒng)中的所有模塊，完成各軸的電流環(huán)、速度環(huán)甚至位置環(huán)的控制，并且同一塊CU320控制的各軸之間能相互交換數(shù)據(jù)，即任意一根軸能夠讀取控制單元上其它軸的數(shù)據(jù)，這一特征廣泛被用作多軸之間的簡單的速度同步。

產品詳情

SinamicsS120是西門子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一體的驅動控制系統(tǒng)，它不僅能控制普通的三相異步電動機，還能控制同步電機、扭矩電機及直線電機。其強大的定位功能將實現(xiàn)進給軸的、相對定位。

Sinamics S120 產品包括：用于共直流母線的DC/AC 逆變器和用于單軸的AC/AC 變頻器。
? 共直流母線的DC/AC 逆變器通常又稱為Sinamics S120 多軸驅動器，其結構形式為電源模塊和電
機模塊分開，一個電源模塊將3 相交流電整流成540V 或600V 的直流電，將電機模塊(一個或多個)
都連接到該直流母線上，特別適用于多軸控制，尤其是造紙、包裝、紡織、印刷、鋼鐵等行業(yè)。優(yōu)
點是各電機軸之間的能量共享，接線方便、簡單。
? 單軸控制的AC/AC 變頻器，通常又稱為Sinamics S120 單軸交流驅動器，其結構形式為電源模塊
和電機模塊集在一起，特別適用于單軸的速度和定位控制。