西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8选型说明
一、在线分析仪器简介目前绝大多数的自动在线分析仪器,仍是用电脑、程序控制各种电动泵、阀、气泵,模拟人的各步操作进行分析的间歇式分析仪器,这类仪器的优点是因其是模拟手工法,故和手工法分析的结果有较好的一致性。其缺点是结构复杂、故障率高。国内某环保仪器厂商的CODCr在线分析仪使用了TrustPLC CTS7-200系列高性能小型PLC代替单板机和工控机,大大降低了仪器控制系统故障率,并且使仪器具有极强的抗干扰性及抗雷电能力;使用工业触摸屏代替按键开关,使用户界面更加友好,同时还克服了按键开关易接触不良的缺陷。使得仪器的可靠性、抗干扰性更符合。该分析仪对自来水、江河湖泊水、工业污水以及水处理前高浓度废水等进行直接测量。可广泛应用于环境监测站、污水处理厂、自来水厂、排污监控点、水质分析室以及各级环境监管机构对水环境中COD的测量分析。
二、在线分析仪器工作原理化学需氧量 (Chemical Oxygen Demand,简称COD),是指在强酸并加热条件下,用zhonggesuanjia作为氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量,以氧的mg/L来表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度,水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的,因此化学需氧量也作为有机物相对含量的指标之一,但只能反映能被氧化的有机污染,不能反映多环芳烃、PCB,二恶英类等的污染状况。化学耗氧量(COD)这个指标是为了了解水中的污染物将要消耗多少氧,是我国实施排放总量控制的指标之一。
流动注射分析(flow injection analysis,简称FIA)是基于把一定体积的液体样本通过阀切入到一个运动着的由适当液体组成的连续载流中,被注入的样本形成了一个带,并被载带到一个检测器中,样本流过检测器的流通池时,其吸光度、电极电位或其它物理特性连续地发生变化,并被记录。典型的FIA仪是由以下几部分组成(如下图所示):
a) 泵:用于驱动载流通过细管。
b) 采样阀:可重现地将一定体积的样本溶液注入载流。
c) 微型反应器:样本带在其中分散并与载流中的组分反应,成为流通检测器所响应的产物。
d) 检测器:检测流体的吸光度、电极电位或其它物理特性并记录。
该COD在线自动监测仪正是应用FIA原理工作的,系统图如下:
载流液从专用载流液瓶中被恒流泵吸入,经泵加压,进入单向阀(V3),然后进入注样阀(V4)。
载流液→采样环→恒温反应器→冷却箱→流通池→背压管→废液瓶
水样→潜水泵→能差分离器→自动清洗LS环,并使水样充满LS环→喷射泵
水样→潜水泵→自动留样器→喷射泵
CO-TRUST TrustPLC CTSC-200系列PLC具有运算速度快、测量稳定、支持PPI通信等优点,系统采用PPI协议用于HMI与PLC间进行数据交换,通信速度很快。 控制系统设备如下图所示:
该分析仪与传统的COD测量仪器相比有如下特点:
在线测量快速、jingque可靠,高重现性,测量范围宽,运行经济等。
操作方便、简单,易维护。
具有完善的报警功能(如:液体泄漏、管路堵塞、超出量程、仪器内部温度过高、试剂用尽、高/低浓度、断电等)
1 引言
随着自动化设备对控制的高精度、高响应性需求的不断增加,自动化控制技术不断tigao,jingque的高速定位控制得到广泛应用,PLC这一工业控制产品也从早期的逻辑控制领域不断扩展到运动控制领域,实现了以往PLC无法完成的运动控制功能。
在运动控制中大多数采用我们熟悉的数控系统或者是计算机运动板卡来完成,虽然作为专门的产品能够实现复杂的运动轨迹控制,但同时要完成一些逻辑动作的控制就不如PLC灵活方便。台达DVP20PM系列PLC高速定位、双轴线性及圆弧插补多功能可编程控制器,结合了PLC逻辑动作控制和数控系统运动控制的各自优点,在功能上满足双轴插补的高速定位需求。
2 台达运动控制型PLC硬件结构
DVP20PM是台达运动控制型PLC。DVP20PM通过前后两个扩展口既可作为PLC主机执行也可作为EH2型主机的扩展模块使用,具有X0-X7、Y0-Y7数字量输入输出各八点,并配置了手摇轮、零点信号、原点信号、极限信号、启动、停止等各种信号接口满足应用需求。
DVP20PM主机包含64K超大程序容量内存(Flash),可支持100段运动程序,脉冲输出高可达500KHz,并具备电子原点返回模式,支持PLC顺序语言及定位语言(G 码与M码),下面先由硬件部分简单介绍20PM 组成。
2.1 电源
DVP20PM电源规格参见表1。
表1 电源规格
项目 | 内容 |
电源电压 | 100~240VAC(-15%~10%), 50/60Hz ± 5% |
电源保险丝容量 | 2A/250VAC |
消耗电力 | 60 VA |
DC24V供应电流 | 500 mA |
电源保护 | DC24V输出具短路保护 |
突波电压耐受量 | 1500VAC(Primary-secondary),1500VAC(Primary-PE),500VAC(Secondary-PE) |
绝缘阻抗 | 5 MΩ以上(所有输出/入点对地之间 500VDC) |
噪声免疫力 | ESD: 8KV Air Discharge,EFT: Power Line: 2KV, Digital I/O: 1KV, Analog & Communication I/O: 250V |
接地 | 接地配线之线径不得小于电源端L, N之线径(多台20PM同时使用时,请务必单点接地) |
操作/储存环境 | 操作:0°C~55°C(温度),50~95%(湿度),污染等级 2;储存:-25°C ~70°C(温度),5~95%(湿度) |
耐振动/冲击 | 规范 IEC61131-2, IEC 68-2-6(TEST Fc)/IEC61131-2 & IEC 68-2-27(TEST Ea) |
重量(约g) | 478/688 |
2.2I/O点规格
参见图1,DVP20PM提供的数字量输入输出点规格与台达通用PLC规格基本相同,输入点支持SINK(漏极)和SOURCE(源极)两种方式,输出点也有继电器输出和晶体管输出可选。
图1
需要提到的是其在运动控制中的特殊输入输出点,简述如下:
START0、START1:启动输入
STOP0、STOP1:停止输入
LSP0/LSN0、LSP1/LSN1:右极限输入/左极限输入
A0+、A0-、A1+、A1-:手摇轮A相脉波输入+,-(差动信号输入)
B0+、B0-、B1+、B1-:手摇轮B相脉波输入+,-(差动信号输入)
PG0+、PG0-、PG1+、PG1-:零点讯号输入+,- (差动信号输入)
DOG0、DOG1:原点回归的近点信号输入或多段运动的启动信号
CLR0+、CLR0-、CLR1+、CLR1-:清除信号(Servo驱动器内部偏差计数器清除信号)
FP0+、FP0-、FP1+、FP1-:脉冲输出端口
RP0+、RP0-、RP1+、RP1-:脉冲输出端口
(注:0表示轴,1表示第二轴,如START0表示启动轴,START1表示启动第二轴,其他信号依次类推)
从端子分布可以看到,除了常用的极限和启动停止信号外,配置了过零脉冲PG和手摇轮功能输入端,手摇轮是机床应用中常用而必备功能,而利用过零信号在jingque控制场合往往会用到,当然更不用说定位控制中都会用到的DOG原点信号。
2.3配线规格
一般I/O点配线就不再赘言了,可以关注一下PLC比较少用到的差分输入输出方式,在信号中有一部分是这样的,一定要注意否则将不能正确完成,参见图2、图3。
图2差分输入配线示意图
图3差分输出配线示意图
3 台达运动控制型PLC软件结构
3.1 DVP20PM程序结构
由于20PM主机结合了PLC顺序逻辑控制及双轴插补定位控制的功能,因此在程序架构上主要分为O100主程序、Ox运动子程序及Pn子程序等三大类,结合了基本指令、应用指令、运动指令及G Code指令,使程序设计更多元化,结构更清晰;程序采用PMSOFT软件进行编辑,参见图4。
图4 程序设计界面
(1)主程序。主程序以O100作为起始标记,M102作为结束标记,是PLC顺序控制程序,主要为控制主机动作执行,在O100主程序区域中,可以使用基本指令及应用指令,或在程序中启动Ox0~Ox99运动子程序及调用Pn子程序。主要提供主控制程序的建立,以及运动子程序的设定及启动控制。
(2)运动子程序。Ox0~Ox99运动子程序为运动控制程序,主要为控制20PM系列主机进行X-Y轴双轴运动之子程序,于Ox0~Ox99运动子程序区段中,有支持基本指令、应用指令、运动指令及G码指令,并在程序中可规划呼叫Pn指针子程序,通过PLC提供的内部特D特M进行子程序的控制。主要提供运动子程序的建立,以及运动子程序的运动控制,在架构上可算是20PM的运动指令及G码指令规划区域。
(3) 子程序。这里所说的子程序是指以Pn开头的一般用子程序,主要是被O100主程序及Ox运动子程序调用的子程序。如在O100主程序调用Pn指针,则Pn指针子程序支持基本指令及应用指令;若在Ox0 ~ Ox99运动子程序中调用Pn指针时,则Pn指针子程序区段可支持基本指令、应用指令、运动指令及G码指令。
3.2PMSOFT软件介绍
与台达PLC的WPLSoft软件相似,DVP20PM的编程软件PMSOFT按照IEC61131标准设计,具有梯形图和语句表两种编程方式,且具有G码汇入、错误提示、区段注释、装置注释、标尺、完善的监控窗口、运动指令追踪等便利工具提供给用户,特别值得一提的是该软件具有运动轨迹仿真功能,当您编辑好程序后可利用此功能对加工轨迹进行模拟演示,参见图5。
为方便切换阶梯窗口,只要点选系统信息列中的树枝状对应的程序编号,自动切换对应的程序编辑窗口,在PMSoft编辑环境中同时只能有一个阶梯图窗口,这是为了在庞大复杂程序中找寻程序方便,同时将主程序、运动子程序、一般子程序这三种程序模块化处理,O100主程序只有一个编辑窗口,Oxn运动程序有100个编辑窗口,Pm子程序有256个编辑窗口,总共有357个窗口,每个窗口未编辑都有10 network。程序编辑由网络区段组成,每个网络区段是由输入与输出编辑区域所组成,在编辑过程中,自动产生逻辑结构正确的阶梯图,使用者无须再做额外补线的动作,网络区段编辑并具有错误提示功能。
图5 梯形图编程界面
4 运动控制编程
4.1 相关概念
在谈到DVP20PM产品的应用之前,我们对以下概念进行一个简要介绍。
(1)插补。插补是在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间,按一定的算法进行数据点的密化工作,以确定一些中间点。从而为轨迹控制的每一步提供逼近目标。
逐点比较法是以四个象限区域判别为特征,每走一步都要将加工点的瞬时坐标与相应给定的图形上的点相比较,判别一下偏差,然后决定下一步的走向。如果加工点走到图形外面去了,那么下一步就要向图形里面走;如果加工点已在图形里面,则下一步就要向图形外面走,以缩小偏差,这样就能得到一个接近给定图形的轨迹,其大偏差不超过一个脉冲当量(一个进给脉冲驱动下工作台所走过的距离)。
(2)直线插补。这个概念一般是用在计算机图形显示,或者数控加工的近似走刀等情况下,以数控加工为例子:
一个零件的轮廓往往是多种多样的,有直线,有圆弧,也有可能是任意曲线,样条线等。数控机床的刀具往往是不能以曲线的实际轮廓去走刀的,而是近似地以若干条很小的直线去走刀,走刀的方向一般是x和y方向。
插补方式有:直线插补,圆弧插补,抛物线插补,样条线插补等等。
所谓直线插补就是只能用于实际轮廓是直线的插补方式(如果不是直线,也可以用逼近的方式把曲线用一段段线段去逼近,从而每一段线段就可以用直线插补了).首先假设在实际轮廓起始点处沿x方向走一小段(一个脉冲当量),发现终点在实际轮廓的下方,则下一条线段沿y方向走一小段,此时如果线段终点还在实际轮廓下方,则继续沿y方向走一小段,直到在实际轮廓上方以后,再向x方向走一小段,依次循环类推.直到到达轮廓终点为止.这样,实际轮廓就由一段段的折线拼接而成,虽然是折线,但是如果我们每一段走刀线段都非常小(在精度允许范围内),那么此段折线和实际轮廓还是可以近似地看成相同的曲线的--这即是直线插补。
(3)联动与插补。一个点的空间位置需要三个坐标,决定空间位置需要六个坐标。
一个运动控制系统可以控制的坐标的个数称做该运动控制系统的轴数。而可以同时控制运动的坐标的个数称做该运动控制系统可联动的轴数。联动各轴的运动轨迹具有一定的函数关系,例如直线,园弧,抛物线,正弦曲线。直接计算得出运动轨迹的坐标值往往要用到乘除法,高次方,无理函数,超越函数,会占用很多的CPU时间。为了实时快速控制运动轨迹,往往预先对运动轨迹进行直线和圆弧拟合,拟合后的运动轨迹仅由直线段和圆弧段所组成,而计算运动轨迹时,每一点的运动轨迹跟据前一个坐标点的数据通过插补运算得到,这样就把计算简化为增量减量移位和加减法。
实现多轴联动的直线插补并不困难,圆弧插补一般为两轴联动。插补运算可以有多种算法,例如 "DDA 算法","逐点比较法","正负法","小偏差法(Bresenham 算法)"等,其中小偏差法具有小的偏差和较快的运行速度。
DVP20PM运动控制型PLC可实现2轴联动,支持直线和圆弧插补,以及相应的第三轴处理。
(4)数控软件。DVP20DPM支持复杂的运动轨迹控制,那是如何实现的呢?简单的说,将复杂轨迹通过AUTOCAD等软件生成图形,再经过CAM软件转换为G代码,而PMSOFT可以直接导入文本格式的G代码,这样就可以完成运动程序下载到20PM中执行。那么怎样完成图形到G代码的转换呢,这就需要CAM软件了,以下简单介绍一些常用的CAM软件:
目前CAD/CAM行业中普遍使用的是 MASTERCAM 、 CIMATRON 、 PRO-E 、 UG 、 CATIA...
MASTERCAM 是常用的一种软件,大多数数控操作员都使用 MASTERCAM ,它集画图和编程于一身,绘制线架构快,缩放功能好。
CIMATRON 是迟一些进入中国的软件,在刀路轨迹上的功能优越于 MASTERCAM,现已被广泛地应用。
Pro/E 是美国 PTC 开发的软件,现已成为全世界普及的三维 CAD/CAM 系统。集多种功能于一体,用于模具设计、产品画图、广告设计、图像处理、灯饰造型设计,是好的画图软件,一般来说用 PRO-E 画图,用 MASTERCAM 或 CIMATRON 加工。
当然还有其他同类软件也同样可以使用,通过这些软件将我们想要加工的轨迹曲线数据转换为PLC或数控系统可以识别执行的代码,从而控制我们的设备运动。
4.2 运动控制特点
(1)DVP20PM特色。多段速执行及中断定位,利用此项功能实现运动的平滑性及准确定位。64K步程序容量,100段运动程序,满足不同加工需求;在20PM中大可设置100种运动轨迹,同时利用64K的程序容量,预先将需要执行的各种不同运行曲线的G码存储在PLC中,当需要加工某种规格时,可以采用文本显示器、触摸屏等来调用。支持G码的直接汇入,当采用CAM软件生成文本格式的G码后,可利用PMSOFT的汇入菜单直接汇入到PLC运动程序中。脉冲输入输出采用差动方式,高达500KHz,满足了绝大多数应用中速度的要求。支持手摇轮应用,这是运动控制中的一个基本功能,可做一些手动的调整。具备电子原点返回模式,在20PM内存中加入了原点记忆功能,只要设定了电子原点,即使设备断电,在下次上电后也可以轻松找到原点位置。可连结EH2主机与所有扩充模块,20PM可以灵活配置,即可以接在EH2主机后作为专门定位扩展模块,也可以做为主机连接其他的模拟量等特殊功能模块。支持PLC顺序语言及定位语言(G 码与M码),实现了通用PLC与数控技术的一个完美结合。配置运动轨迹的离线仿真功能,在实际加工前利用该项功能可以检查运动程序是否存在问题,可及时解决减少错误发生,参见图6。
图6离线仿真器
(2)轴控方式。准确的说,DVP 20PM是实现两轴(X、Y轴)联动插补的产品,支持数控程序中的G码功能指令,同时可以处理第三轴的动作。
20PM支持的G 代码功能如下:G0 高速定位;G1 双轴联动直线插补;G2 顺时针圆弧插补(设定圆心位置);G3 逆时针圆弧插补(设定圆心位置);G2 顺时针圆弧插补(设定半径长度);G3 逆时针圆弧插补(设定半径长度);G4 停顿时间;G90 设定坐标系统;G91 设定相对坐标系统。
对于第三轴(Z轴)处理方式如下:20PM目前只规划2轴,当G0中指定了Z轴时,此G0指令中Z轴将被拆解独立出来。
例: G0XP1YP2ZP3 G0ZP3
G0XP1YP2
G0ZP3执行时20PM将自动呼叫P255并以D0传递P3,使用者可于P255中处理Z轴动作。
4.3 一个案例
液晶切片机的硬件案例。在该设备中配置了DVP32EH2+DVP20PM+DVP01PU*4来控制六轴运动,其中两轴采用圆弧插补完成倒角运动,另外四轴为独立运动。实现了设备的点动、原点回归、半自动及自动运行,达到jingque位置控制。
一 引言
由于建筑行业的迅猛发展,对于各种型号的砖构件需求量日益加大。用于建筑业的砖构件原材料粘土日益减少,而且土地回生能力很弱,原先制砖对土地支持消耗巨大;并且实心红砖产品型号单一,难以满足各种场合的应用要求。
砌块成型机可采用砂、石、粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩等工业废料加工成各种新型墙体材料。生产出的砖、空心砌块不用烧结,节约国家土地,煤炭,无污染,能tigao工程速度,减轻楼体重量,空心率高,隔音保暖,冬暖夏凉,抗风化,原来来源丰富,质量好且生产工艺简便,投资少见效快,适应性广,前景广阔等优点。
砖机设备上已经大量使用了电气自动化设备,很多设备都由原先的手动生产发展到全自动生产,不但tigao了设备的技术含量,而且tigao了自动化生产的工作效率。
二、工艺介绍
砌块成型机的工艺主要由四个部分构成:
1)、液压系统:
液压系统的主要功能在于控制模具的模头、模箱的升降。使用液压系统可以有效的平稳加压,避免设备有太大的冲击力。
2)、主机:
主机的整个机架焊接而成,其中模具采用线切割加工工艺制造,保证砌块砖光滑无毛刺,尺寸,对于振动电机,目前行业中部分客户使用普通电机,还有一些客户使用的是变频器来带载电机,有效的tigao了由于频繁起停造成的电机烧毁的情况。tigao了系统的可靠性。
3)、出砖输送带:
出砖部分主要功能是将成品砖送离砌块机。在出砖部分还有扫灰电机,它的主要作用是清理成品砖上的废料,当砖头凉干后就不会有废料粘面而且保持砖头的清洁。
4)、模具
根据客户的不同需求,可以搭配有多种的模具,选用不同的模具可以生产出不同要求的砌块形砖,适合各种场合的应用。
三、技术方案
3.1、方案框图
a)、该技术方案采用HMI+PLC+MDI的方式.
b)、目前的砌块成型机PLC的点数是控制在60点即可。采用艾默生EC10系列 60点主
模块,不需要扩展模块,刚好满足客户需求。
c)、变频器该客户选用某品牌的通用型变频器。主要做调速使用。
d)、HMI该客户选用台湾威伦的产品。
e)、触摸屏和PLC进行连接,PLC控制变频器的频率更改和频率设定,PLC和变频器
通讯采用标准的MODBUS协议。该变频器控制生产电机运行频率,以达到调节生
产效率。
3.2、程序设计
此次编程采用顺序功能图(Sequential Function Chart),利用顺序功能图的过程划分和步骤间转换功能。可将程序段进行模块化自由组合。
由于顺序功能图编程具有直观和流程化的特点,分解后的每一步骤和每个转换条件都为相对简单的程序过程,在顺序控制领域应用比较广泛。
经过对工艺的了解可以分为以下几个部分:
本机分两种工作方式:手动、自动。开机前先选择手动方式,手动按钮全部为单键启停按钮,按一下为启动,再按一下为停止或到位开关自停。在人机界面手动画面里有“取消互锁”的触摸键,打开时为灰色,这时互锁制约取消,此时各按钮为点动模式,方便调试机台,各限位开关都调整好时一定要关闭该键以恢复互锁制约。
这对保护机台安全至关重要,关闭时该键为白色。启动油泵后,手动测试压头、模框、
料车、送板、成品、输送动作全部正常后,设定好生产模数、布料次数、进退布料时间,将手动/自动开关置于自动位置,按压自动开始或触摸屏启动键,成型机即按预先设定程序
走下去,直到达到生产模数或按停止结束。
3.3、PLC通讯协议设置
EC10系列PLC主模块提供了两个串行异步通讯端口,分别为PORT0和PORT1。通讯口特性如表所示。
表5-1 EC10系列主模块通讯口特性
3.4、HMI通讯设定
WINVIEW端需要设置好通信口的格式,设置界面如下
触摸屏因其能够实时、形象且生动的显示当前设备的运行信息而在工业上得到广泛的应用。
A)、触摸屏和PLC的连接通过RS232端口进行,PLC的类型选择EMERSON PLC EC20[PDS V2.50].
B)、触摸屏作为主站PLC作为从站,采用MODBUS主从式协议进行通讯,PLC从站地址选择为2,触摸屏主站地址设置为1.
C)、触摸屏和PLC的通讯串口都设置成
波特率:9600 奇偶校验:偶校验
数据位:8 停止位:1
砌块成型机的画面如下:
可以在触摸屏上对砌块成型机的手动、自动状态、liuliang压力、延时进行设置,也可以显示当前的信号状态。
这些窗口均较为生动反映了当前设备的运行信息,通过触摸屏的应用,我们能够实现系统实时监控,并在下一级应用中间将之纳入到设备管理系统监控系统中间去,为设备优化tisheng进一步空间。
3.5、变频器通讯协议设定
变频器采用某品牌的通用型变频器,PLC通过MODBUS协议进行通讯。
变频器频率给定通过PLC给定方式,变频器支持MODBUS协议,可与EC10 PLC组成485网络,PLC采用通讯口1作为和变频器通讯的端口,采用通用的MODBUS RTU主从协议进行通讯,PLC主站设置为1,变频器从站设置为2。
以下为PLC主站设置:
变频器端通信参数设置:
表2-1 变频器通信参数设置
某品牌通讯协议:
变频器是采用一种异步串行的主从MODBUS协议,该通讯协议的数据格式分为RTU(远程终端单元)和ASCII模式两种通讯格式。
和艾默生EC10通讯采用MODBUS RTU方式进行通讯。RTU模式中,每个字节的格式如下:
编码系统:8位二进制,十六进制0~9、A~F每个8位的帧域中,包含两个十六进制字符。
在RTU模式中,帧总是以3.5个字节的传输时间静默,作为开始。RTU的数据格式为:
按照某品牌变频器的通讯说明,通用的变频器的功能码如下:
帧格式为:站号 功能码(03H) 起始地址高位 起始地址低位 数据个数高位 数据个数低位 CRC低位 CRC高位
所以,如果上位机通讯读取变频器频率的协议帧如下:
改写通讯变频器的频率的协议帧如下:
艾默生PLC通讯:
通讯组帧功能部分,通过字数据传输指令(MOV)可以将数据组成通讯帧,从D302开始到D307结束。艾默生的MODBUS协议自动在通讯帧的后面加了CRC校验,不需要使用者计算CRC校验。
SM135:通讯口1的MODBUS的通讯完成
SM124:串口1空闲标志
SM136:通讯口1的MODBUS的通讯错误
利用标志位进行通讯互锁,MODBUS指令发送数据串,接收数据放入D7970中。
三、总结
通过模块化的编程与PLC双通信口的功能,把一个中型机的功能在小型机上就轻易实现了,实现了砌块成型机工艺要求的全部功能,并降低了客户的成本。