西门子模块6ES7331-1KF02-0AB0详细说明

系统概述 

为满足现代化纺织工业高自动化、高效，高可靠和高精度的要求，可编程控制器、人机界面、和变频传动在纺织工业取得了广泛的应用。GE Fanuc 自动化公司的产品以其网络功能丰富、产品齐全、低成本、高性能在纺织行业得到了很好的应用。下面是GE Fanuc 自动化公司的PLC、CIMPLICITY HMI 和QuickPanel 在山东如意2 万吨涤纶生产线后纺部分的应用。 

整个生产线系统由前纺部分和后纺部分组成。 

前纺部分主要由熔体输送、纺丝、卷绕等部分组成，熔体输送部分包括熔体温度、压力、热媒交换温度、压力、熔体增压泵、热媒循环泵等设备的控制。此部分由于系统要求多由DCS 系统进行控制。 

后纺部分设备包括集束架、导丝机、浸油槽、一道牵伸机、水浴牵伸槽、二道牵伸机、蒸汽加热箱、紧张热定型机、喷淋冷却装置、三道牵伸机、叠丝机、三辊牵引机、张力架、卷曲机加热箱、卷曲机、辅丝机、上油轮等。控制包括所有设备的传动、润滑、温度、压力及风机油泵等的控制。此部分多采用PLC进行控制。 

系统结构 

本控制系统由三部分构成，分别为：中央控制器部分、现场I/O 部分和人机界面部分。现场根据工艺要求设有8 个现场控制站、40 个按钮盒及1 个数码报警指示箱。

 控制系统 

中央控制器采用GE 公司的90-30 型PLC，它是GE Fanuc 自动化公司的系列90 可编程控制器家庭中的一员，提供先进的编程特性，易于组态便于安装，它的CPU 具有强大的功能，如内装PID，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块，能完成复杂的操作。 

现场控制站采用GE Fanuc 自动化公司的VersaMAX 系列远程I/O，它是目前唯一的一种既可以作为其它主控设备的I/O 模块，以可以单独构成PLC 系统，还可以作为分布式控制系统的产品。它是真正的即插即用，I/O 模块可以带电插拔；省配线，安装费用低；高通讯速率；高可靠性。 

· 网络结构 

中央控制器和远程操作站、变频器之间采用PROFIBUS 现场总线方式连接。90-30PLC 机架上配置PROFIBUS 主站模块，通过PROFIBUS 网络连接9 台逆变器，形成了一个高速、长距离、高可靠性的工业控制网络。在PROFIBUS 通讯中，PLC 主机对从机进行轮询，从机响应主机的查询并执行主机的命令，在本系统中，PLC 从变频器中读取电流、频率等，并由通讯将传动控制参数（如：开、停、升降速等）传送到变频器。 

现场设置一个数码报警指示箱。此设备与PLC 也以PROFIBUS 总线方式连接，可以实时地从PLC 中获取报警信息，全面、直观、醒目地展示各类报警，指导工人进行操作，使对故障的处理更方便。 

现场总线的大量采用，提高了系统的可靠性，方便了工程施工。 

· 上位机和现场触摸屏 

上位机软件采用美国GE Fanuc 自动化公司运行在微软bbbbbbs2000 平台下的CIMPLICITY HMI 开发，与PLC 之间采用10M 以太网连接；现场触摸屏采用QuickPanel，通过Profibus 总线连接到中央处理器 

系统功能 

通过操作控制室上位机和设在现场的触摸屏，本系统可以完成系统的操作、监视、设定、管理等人机对话。主要功能有全系统工艺流程和数据显示、集中操作设定、处理报警、实时值和设定值记录趋势存储、故障历史及故障原因、各单机运行状态及各种工艺参数实时值和设定值的比较， 具体介绍如下： 

· 总貌图显示：集中显示系统的全部数据，设备的运行状态，开关状态，有助于操作工进行抄表，做生产记录。 

· 系统结构图显示：以树状形式显示整个系统的结构。

· 工艺流程图显示：提供优美的系统工艺流程图，生产线流水作业的动态显示效果。 

监视系统的运行状态，显示主传动设备的电流，转速，牵伸比，启动，停止状态，及低速时间，高速时间，低速启动时间，高速加速时间，联合机停车时间，紧急停车时间，总牵伸比。画面上还做到系统启动准备（所有的润滑泵启动，油压达到工艺要求时，油压开关闭合），电机的单动，联动状态监控。 

· 实时趋势显示：包括牵伸比实时趋势图和转速实时趋势图，用于监视导丝机，一道牵伸机，二道牵伸机，三道牵伸机，紧张热定型机，叠丝机，卷曲机的转速是否同步和实际牵伸比是否符合技术工艺要求。 

· 历史趋势显示：包括转速，牵伸比，温度，压力等检测点的历史趋势曲线，可以记录过去10天历史数据，操作工可以方便查看过去某一时刻的数据，历史曲线可以前后翻页，放大，缩小，画面显示的长度可以改变，改变范围有10 秒，30 秒，1 分钟，30 分钟，1 小时，8 小时，16 小时，24 小时，30 小时。 

· PID 操作：画面上有设定值（SP）、检测值（PV）、输出量（OP）的值显示，棒图操作，手动、自动的自由切换，同时上面有整定，趋势按钮，可以调出PID 的P、I、D 参数并进行修改，结合三者的实时曲线图，更方便的快速的使控制回路稳定。 

· 参数整定：数据集中设定画面，包括牵伸比，速度变比的设定。数据的设定必须有一定的权限（管理员级别），一般操作人员不允许修改此表。 

· 报警操作：记录报警时间，报警类型，报警级别，报警点名字，报警组号，报警值，特别对于模拟量报警有多种类型,如上限、上上限、下限、下下限、变化率、小偏差和大偏差等等，而报警的优先级可达999 种，操作工可以进行报警确认。报警列表，以发生的前后次序显示历史报警 

系统采用温度控制模块对机组温度回路进行控制；采用温度检测模块对机组各温度回路进行检测，并送上位机显示；采用PID 控制模块对机组模拟量回路进行PID 检测控制，采用I/O 模块对机组开关量进行通断控制。 

实施结果 

1.整个生产的控制系统全部采用了GE Fanuc 自动化公司产品，保证了系统运行的连续性与高可靠性。

2．系统的人机接口除了采用上位工业控制计算机外还可在现场增加现场操作接口（触摸屏），提供丰富的接口界面，便于分散控制与集中管理。 

3．系统的可编程序控制器采用了现场总线的分布式I/O 结构，从而结省了大量的现场接线并且大大减少了系统的维护工作量

6、单步执行程序确定故障点

很多数控系统都具有程序单步执行功能，这个功能是在调试加工程序时使用的。当执行加工程序出现故障时，采用单步执行程序可快速确认故障点，从而排除故障。

例如一台采用西门子公司840D系统的数控磨床，在机床调试期间，外方技术人员将数控装置的数据清除，重新输人机床数据和程序后，进行调试；在加工工件时，一执行加工程序数控系统就死机，不能执行任何操作，关机重新启动后，还可以工作，但一执行程序又死机。怀疑加工程序有问题，但没有检查出问题，并且这个程序以前也运行过。当用单步功能执行程序时，发现每次死机都是执行到子程序L110的N220时发生的，程序N220语句的内容为G18D1，是调用刀具补偿，检查刀具补偿数据发现是0，没有数据。根据机床要求，将刀具补偿值P1赋值10后，机床加工程序正常执行，再也没有发生死机的现象。

7、直观观察法

直观观察法就是利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官来寻找故障原因。这种方法在维修中是非常实用的。

例如一台淬火机床，在开机回参考点时，Y轴不走，观察故障现象，发现在让Y轴运动时，Y轴不走，但屏幕上Y轴的坐标值却正常变化，并且观察Y轴伺服电动机也正常旋转，因此怀疑伺服电动机与丝杠间的联轴节损坏，拆开检查确实损坏，更换新的联轴节故障消除。又如一台数控沟道磨床开机后有时出现11号报警，指示UMS标识符错误，可能是机床制造厂家存储在UMS中的程序不可用，或在调用的过程中出现了问题。出现故障的原因可能是存储器模板或者UMS子模板出现问题。将存贮器模板拆下检查，发现电路板上A、B间的连接线已腐蚀，接触不良，将这两点焊接上后，开机测试，再也没有出现这个报警。

8、测量法

测量法是诊断机床故障的基本方法，当然对于诊断数控机床的故障也是常用方法。测量法就是使用万用表、示波器、逻辑测试仪等仪器对电子线路进行测量。

例如一台采用西门子系统的外圆磨床，在起动磨轮时，出现7021(GRINDING WHEEL SPEED)号报警，指示磨轮速度不正常，观察磨轮发现速度确实很慢。分析机床的工作原理，磨轮主轴是通过西门子伺服模块6SN1123-1AA00控制的，而速度给定是通过一滑动变阻器凡来调节的。这个变阻器的滑动触点随金刚石滚轮修整器的位置变化而变化，从而用模拟的办法保证磨轮直径变小后，转速给定电压提高，磨轮转速加快，使磨轮的线速度保持不变。线路连接如图2-10所示，测量伺服模块的模拟给定输人56号和14号端子间的电压，发现只有2.6V左右。因为给定电压低，所以磨轮转速低。根据原理分析，R3在磨床内部，其滑动触头跟随砂轮直径的大小变化，因为机床内工作环境恶劣、容易损坏，并且测量R1和R2没有问题，电源电压也正常。为此将Ra拆下检查，发现电缆插头里有许多磨削液，清洁后，测量其阻值变化正常，.重新安装，机床故障消除。

又如一台数控磨床Z轴找不到参考点，这台机床在机床回参考点时X、Y轴回参考点时没有问题，Z轴回参考点时，出现压限位报警，手动还可以走回。观察Z轴回参考点的过程，在压上零点开关后，Z轴减速运行，但不停一直运动到限位才停止。根据原理分析认为，可能编码器零点脉冲有问题，用示波器检查编码器的零点脉冲，确实没有，购买新的编码器换上后，机床正常工作。

9、互换法确定故障点

有些关于系统的故障，由于涉及的因素较多，比较复杂，采用互换法可以快速准确定位故障点。

例如一台数控车床出现故障，主轴旋转时，出现7006号报警，指示主轴速度超差，观察主轴确实也旋转了，但屏幕上没有显示主轴实际转速，因此怀疑主轴编码器有问题，将该机床的主轴编码器与另一台机床的主轴编码器对换，另一台机床出现7006号报警，从而确定为主轴编码器损坏。

又如一台数控车床在正常加工时突然掉电，按系统启动按钮：，系统启动不了，面板上的指示灯一个也不亮。测量系统电源的5V直流电源，在启动按钮按下瞬间，电压上升，然后快速下降至0。因此首先怀疑系统电源模块有问题，但换上备用电源模块，故障依旧，说明电源模块没有问题。继续检查发现主轴编码器连接电缆破损，一根线与地短路，处理后机床恢复正常使用。

10、原理分析法

原理分析法是排除故障的基本方法，当其他检查方法难以奏效时，可以从机床工作原理出发，一步一步地进行检查，终查出故障原因。

以上介绍了诊断数控机床故障的10种方法。在诊断机床故障时，这些方法往往要综合使用，单纯地使用某一方法很难奏效。这就要求维修人员要具有一定的维修经验，合理地、综合地使用诊断方法，使机床故障能够尽快地排除。

，数控机床是当代高新技术机、电、光、气一体化的结晶，电气复杂，管路交叉林立。如何能迅速找出故障、隐患，并及时排除？如何能维修好这些昂贵的设备？这可能是摆在维修人员面前的一道难题。那么如何去解决这一难题呢？我觉得必须做到以下的“五要”，要多看资料、要多问多请教别人、要多作数据记录多作总结、要多思多想、要多观察多实践。

1.要多看资料

要多看数控系统资料。每一台机床都会配有所使用的数控系统的相关资料，如操作说明书、参数说明书、维修说明书等等。多看数控系统资料的目的是要了解各种数控系统和PLC可编程序控制器的特点和功能；要了解数控系统的报警及排除方法；要了解NC, PLC机床参数设定的含义；要了解PLC的编程语言；要了解数控加工程序编程的方法；要了解控制面板的操作和各菜单的内容；要了解主轴和走刀电动机的性能和驱动器的特征等等。往往数控资料一大堆，怎么看？主要要突出重点，搞清来龙去脉，作为一名维修人员，重点是吃透数控系统的基本组成和结构，掌握方框图、动力线和信号线的走向，灵活运用数控系统所提供的维修功能，了解各LED指示灯的含义。然后，搞清参数的设定方法和各个参数的含义及其调整方法。后学习一下数控加工程序的编制和各种指令的含义和使用方法。但每部分内容要有重点的了解、掌握。

要多看电气图。机床上的每一个电气元件，比如：接触器、继电器、时间继电器等，以及PLC的输入、输出，要在电气图样上一一注明。举一个简单例子来说，比如KM 1为液压泵电动机M1起动的接触器，一般在图上注出其常开、常闭触点的去向。因此，可在其对应的某页上的常开或常闭触点KM1,注明内容为液压泵电动机开。对于大型的数控机床的电气图有几十页，甚至上百页，要看懂表明每个元件的功能要花很长时间。有时，一两次可能

还搞不清楚该元件的作用，要多看，消化后再写上。因此，刚才讲到的起动液压泵电动机M1，也应清楚标明是PLC的哪一外输出带动接触器KM1动作的，要做到来龙去脉一清二楚。而对电气线路图中的某些方框图，比如每个轴的驱动器只有一个方框图，只要了解某控制条件（通断情况），对于更详细的东西可等有空再研究、考虑。各个国家的电气符号是不一样的，首先要清楚了解。对于制造厂所编写的厚厚的几本PLC语句表，也要多看，掌握其编程语言，在看懂的基础上进行中文注译。这样可以大大节省以后排除故障的时间，如果等发生故障后再去熟悉了解电气图、PLC语句表，势必要花费大量时间，还往往会造成错误的判断。

要多看液压、气动图。在数控机床中，液压、气动和电气是相互依存，密不可分的。在进行故障分析的时候，将液压、气动和电气图样放在一起相互参照阅读，可做到事半功倍的效果。如主轴锁紧刀具是由哪个电磁阀动作的？对应的PLC输出、输入是哪几个？在图上用自己容易看懂的语言进行标注，这样从电气到机械动作一竿到底，同时特别对机电关系比较密切的部分要重点了解。既懂电又懂机，机电一体化，掌握多种本领，这样解决问题的本领就大了。

要多看外文资料，提高自己外文的阅读能力。当今世界新、先进的数控技术都是掌握在外国人的手里，也就是说其资料必然是使用外文编写的。当被翻译成中文的时候，内容就开始落后了。不懂得外文，特别是英语，就无法看懂大量的新、先进的外文技术资料，单依靠翻译，往往不太理想。看外文版的技术资料，开始时比较吃力，生字多，多看多记后，常用的单词也就这么多，以后看起来就流畅了，一个称职的维修人员要基本掌握语言工具。

2.要多问多请教别人

如果专家来你厂安装调试机床，你有机会参加那是好不过的事情了。这是二次好的学习机会，因为能从中获得大量的手资料和机床调试的方法及技巧。比如在激光测定各轴精度后，电气如何进行修正的办法等。要多问，不懂就要搞清楚。通过这段时间，会有极大的收获，能够获得不少机床厂家内部用于装配调试的资料和手册（对用户是保密的）。当机床投入正式生产之后，也应该经常与机床厂家和专家保持密切的联系。通过FAX、E-MAIL，询问获得解决机床故障疑难的办法及有关资料，还可得到特殊、专用的备件，这是非常有益的。同时对数控系统的代理商，比如SIEMENS, FANUC等公司也应保持良好的关系。多询问，也可及时得到该数控系统深一步的资料及有关备件，还可有机会参加有关数控系统的专题学习班。

发生故障后，要向数控机床操作者详细询问故障的全过程，不要不问，或者随便问一下就了事，这样往往得不到正确的现场资料，造成错误的判断，使问题复杂化，延长了机床的修复时间。因此，要多问，问详细一点，了解故障出现的全过程（开始、中间、结束），产生过什么报警信号，当时操作过什么，碰过什么，改过什么，外界环境情况如何？要在充分调查现场，掌握手材料的基础上，把故障问题正确地列出来，实际上已经解决了问题的一半，然后再分析解决。对于经验丰富的操作者，他们对机床操作熟悉，加工程序熟悉，机床常见病十分了解，与他们密切配合，对于迅速排除故障十分有利。

当其他维修人员在维修机床，而你没有去时，等他们回来后，也应多问一声，刚才发生了什么毛病？他是如何排除的？请他介绍其排除方法。这也是一种较好的学习机会。学习他人正确的排除故障的技巧和方法，特别是向经验丰富的老维修人员学习，把他们的本领学到手，提高自己的水平。

3.要多作数据记录多作总结

在日常维修保养数控机床的过程中，要记录有关的各种参数，重点记录机床调整好后的各种有关参数，如NC机床参数、PLC机床参数、PLC程序，以及主轴和各伺服电动机的电流、电压、转速等数据。还要记下电柜中继电器、接触器等在通电和正式加工时的状态（闭合还是断开），以及PLC所有输入、输出LED发光二极管的状态（亮暗、闪烁），或者记录下屏幕上PLC状态X（输入位）、Y（输出位）是0还是1。这样记录下来对以后分析判断故障有极大好处。

随身带上笔记本，把每天发生的故障，特别是发生过的故障，如何排除的过程一一记录下来，人的脑子时间长了易忘记，“好记性，不如烂笔头”。数控机床有的故障往往会重复出现，而且经常是这几个故障，只要查一下当时是如何解决的，几分钟就可排除故障，既快又好。如果公司设立有设备报修记录，在排除故障后，记好故障的排除方法，装订成册进行存档。这样，一台数控机床完整的历史档案就有了。

4.要多思多想

要多思，要开阔视野。在对数控机床的修理时，往往不够冷静，没有很好地全面分析故障，钻牛角尖。曾经有一个故障，WERNER加工中心的Y轴在加工中突然停机，屏幕上曾多次出现Y轴光栅尺脏的报警，当时就事论事地清洁光栅尺及光栅头2次，结果还是停机。花了几天时间还没有解决，后才找到了真正的原因。原因是Y轴光栅头到放大器之间的导线出了问题。

由于Y轴移动时蛇皮管长期弯曲，导致其中一根位置反馈线到某一位置折断引起机床停机。当时，只注意静态，忽略了动态，曾经出现过控制回路开路报警，但未引起足够的重视。因此，应该把所发生的报警、故障情况全部列出来，通过由表及里，去伪存真，进行综合判断和筛选，预测发生故障的大可能性，随后进行排除。“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”，多思，给你指明了方向。

5.要多观察多实践

对于维修人员来说，要胆大心细，敢于动手。只会讲，不动手，修不好数控机床。但是要熟悉情况后再动手，不要盲目，否则会扩大故障，造成事故，后果不堪设想。同时还要善于动手，首先要上机熟悉机床的操作面板和各菜单的内容，做到操作自如。同时也要充分利用数控机床的自诊断技术来迅速地处理解决故障。现在数控技术越发展，其自诊能力越来越强。

尽管数控机床故障复杂，千变万化，但只要认真对待，就一定能够依靠自己的力量，把数控机床用好、修好、管好。