西门子6ES7221-1BF22-0XA8详细解读

1 设计背景 

 从近几年的国际纺织机械展览会上可以看到: 国外的织机制造商，如日本津田驹工业株式会社和丰田公司、意大利的SOMET公司、比利时的PICANOL公司、瑞土的SULZERTEXTIL公司和STAUBLI公司等，机电一体化技术经过几十年的发展，各自形成了具有很高自动化水平的电气控制系统，普遍采用新型高速可靠的微机群或计算机系统和人机界面，具有自诊断和数据采集管理功能，实现电子选纬、电子多臂等控制。而国内的无梭织机其技术水平与国外差距较大，国产剑杆织机的产量很大，但使用的技术普遍是从国外八十年代的机型改进而来，大多采用商用微机，并且档次不一。近两年，中纺机、经纬纺机、聊城纺机、龙力机械和杭州精工等厂家都把PLC应用于剑杆织机的电气控制。本文就使用台达EHPLC为核心而构成的剑杆织机主控电气系统作一介绍。  

 2 剑杆织机自动化系统分析 

 通常剑杆织机电控部分分为电子送经、收卷和主控三部分.可见主控部分主要实现织布的功能,其控制对象主要包括主电机、多臂电机、寻纬电机、离合器等。  

 2．1点动 

 （1）点动的作用  

 ·调整滚轮梳位置  

 ·断经后重新开车准备  

 （2）点动流程 点动流程参见图1。  

 2．2盘车 

 （1）盘车的作用：手动装布  

 （2）盘车流程图：盘车流程参见图2。

 图1 点动流程图 图2 盘车流程图
  
 2．3正反寻纬 

 （1）正反寻纬作用：  

 ·手动调整综框位置  

 ·手动调整行程开关位置  

 （2）正反寻纬流程：正反寻纬流程参见图3和图4。

 图3 手动调整行程开关位置流程图 图4 手动调整综框位置流程图
  
 2．4开车 

 （1）开车作用：织布  

 （2）开车流程图：开车流程图参见图5。 

 2．5正常停车(手动停车) 

 正常停车(手动停车)流程参见图6。 

 2．6纬停测控 

 （1）纬停原因：断纬  

 （2）纬停测控流程图：参见图7。

 图5 开车流程图 图6 停车流程图 图7 纬停流程图
  
 2．7经停测控 

 （1）经停原因：断经  

 （2）经停测控流程图：参见图8。 

 3 剑杆织机自动化系统设计 

 3．1系统组成和特点 

 （ 1 ）为了提高控制系统的可靠性，系统硬件以台达公司的DVPEH3200TPLC为核心，配置台达公司的DOP-A57GTD界面，参见图9。

 图8 断经流程图 图9 系统硬件
  
 （2）I/O具体分配  

 X0 纬停 Y0 点动  

 X1 经停 Y1 离合器  

 X2 选纬 Y2 开车  

 X3 多臂保护 Y3 正车  

 X4 断纬 Y4 反车  

 X5 断经 Y5 红灯 

 X6 行程开关 Y6 录灯 

 X7 纬检 Y7 白灯 

 X10 点动 Y10 选纬1  

 X11 热组件 Y11 选纬2  

 X12 正寻车 Y12 选纬3  

 X13 反寻车 Y13 选纬4  

 X14 主机启 Y14 选纬5  

 X15 开车 Y15 选纬6  

 X16 停车 Y16 选纬7 

 X17 计数开关 Y17 选纬8  

 （3）电源部分：Y0~Y4 为12DCV 电源供电,Y5~Y17为24DCV电源供电。 

 3．2人机界面 

 人机界面是台达公司配置DOP-A57GTD。中文信息使操作工和维修工的工作变得方便快捷。各种织机工艺参数设定(见例1)、选纬参数设定(见例2)、生产管理数据(见例3)、  

 故障信息都在接口上自动显示(一当有故障时)。  

 例1： 开车时间 盘车时间  

 点动时间 经停空纬否  

 手动/自动  

 盘车  

 纬密  

 例2：选纬序号(步数) 纬针 纬数(纱数)  

 1 1 10  

 2 2 4  

 3 4 4  

 4 1 2  

 5 8 10  

 6 7 6  

 7 5 l  

 ………  

 (注:不同的PLC其可设定的工作选为序号量是不同的)  

 例3：当前序号(步数):5  

 当前纬针:8  

 当前纬数(纱数): 6  

 乙班(甲班,丙班,丁班可选)产量215m  

 效 率 99％  

 总产量1289m 

 4 系统软件 

 4．1程序结构 

 结合该系统的特点对整个软件系统采用主程序、子程序、中断构成 

 4．2诊断保护功能 

 织机的停车原因在接口上有中文信息提示，在软件上，系统自动监测电磁离合器、多臂机保护、热组件、断纬,断经、行裎开关等。并及时显示和启动保护,以确保产品的质量，避免人为因素。 

 4．3参数设定功能 

 根据工艺要求和客户方便有针对性地画面制作这对操作人员带来极大的方便。 

 4．4数据保存功能 

 设定的工艺参数和生产管理数据有长期保存功能。例如，选纬方式和状况需要掉电保存,织机断电时，PLC必须将织机的位置和当前投纬的序号、纬针、纱数保存起来。系统还具有甲乙丙丁四个班的产量、效率及总产量的数据保存，这对企业的管理有很大的好处。 

 4．5选纬功能 

 软件实现电子选色替代传统的纹板选色，使可操作性大大提高。然而为了确保选纬的正确，在软件的编制中，考虑必须周全，也包含了一定的技巧。选纬采用间接寻址的方式，利用指标变址E确定选纬器机构选纬序号(步骤)。PLC根据织机的正车或反车，相应的寄诸器加或减。加减及加减的多少由正车、反车、计数开关结合处理 

 5 系统设计特点 

 5．1启动迅速 

 再次打纬时,织机车就应达到或接近正常运转速度为此要高压启动 

 5．2制动平稳快捷 

 停车位置准确.这样有利于重新开车启动.这里就体现出相应时间快,为此我们采用中断处理 

 5．3操作方便 

 即有正常启,制动功能,已有实现某些特殊操作,如选纬工艺设定,点动、停手动正反寻车等 

 6 系统应用 

 本系统已在山东聊城剑杆织机试用，系统相当稳定可靠。系统进行监测。  

 具有结构简单，操作方便，接口简洁，稳定可靠，成本低廉等优点，是传统控制系统的佳替代产品，并可供应用其它PLC控制系统时参考。该系统具有大批量产品化潜力，具有广阔的市场前景。  

1．概述
 某纺织机械厂使用凯迪恩PLC已在多种型号的梳棉机上定型应用。针对纺织机械智能化、集成化操作要求，客户希望通过PLC连接两台变频器，并通过文本屏设定和显示变频器参数。凯迪恩公司利用新推出的双串口CPU306EX对原系统改造，顺利实现了客户新增功能，变频器选用的是伦茨（LENZE）SMD系列。这里我们不再重复机械的工艺过程，重点介绍KDN-K3系列PLC与伦茨变频器通讯的过程。
 2．CPU306EX双串口PLC的通讯说明
 CPU306EX带有两个串行通讯口，Port0物理层是RS232/485可选，集成了三种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议；②自由通讯协议； ③与EasyProg软件通讯的协议。Port1物理层是RS485，集成了二种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议;②自由通讯协议。在本应用中Port0与文本屏通讯，采用MODBUS RTU从站协议。Port1与两台变频器通讯，采用自由通讯协议。
 3．伦茨SMD系列变频器的通讯说明
 伦茨SMD系列变频器通讯协议是MODBUS RTU从站协议。用MODBUS通讯时，需注意以下几点：
 a. 通讯线按如下方式连接：
 A（PLC）→71（台变频器）→71（第二台变频器）
 B（PLC）→72（台变频器）→72（第二台变频器）
 b. 参数设定（区分大小写）：
         C01：8（MODBUS通讯协议） 
 C25：1（通讯参数9600，8，N，1）
         台变频器地址：
 C09：2（站号为2）
         第二台变频器地址：
 C09：3（站号为3）
 c. 端子28要与20短接。
 d. 需要设定低速、高速、加速时间、减速时间对应的寄存器如下：
 设定低速段C37（4AH）  
 设定高速段C38（4BH）  
 设定加速时间C12（3DH）  
 设定减速时间C13（3EH）  
 e. 需要读变频器当前频率寄存器如下：
 读频率C50（50H）       
 f. 采用通讯方式给变频器参数设定新值时，首先要对变频器执行解锁操作。给寄存器49（31H）传参数0即可。（W49=0）
 4．CPU306EX与伦茨SMD系列变频器的通讯说明
 CPU306EX与伦茨变频器采用自由口通讯协议，CPU端需模拟MODBUS主站。
 MODBUS数据格式如下：
 通讯数据（信息帧）格式
 

 通讯信息传输过程：
 当通讯命令由发送设备（CPU）发送至接收设备（变频器）时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息，如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错就不返回任何信息。
 地址码：就是每台变频器的站号，是唯一的。
 功能码：MODBUS通讯规约可定义的功能码为1到127。这里只用到了03和06。
 

 数据区：数据区包括需要由从机返送何种信息或执行什么动作。
 CPU内部用了一个500mS定时器来控制通讯，每500mS读一次变频器的频率。次读个变频器，第二次读第二个变频器，然后再返回读个，周而复始。当文本屏要设定数据时，暂停定时器停止通讯，设定成功后返回正确信息。如果设定不成功，返回错误信息并提示重新设定。若不成功次数超过5次即报警，认为PLC不能与该变频器通讯。

 分类号 TP315

 在木工机械中，例如木工带锯机，往往通过PLC或单片机来控制送料部分进行自动运行。由于单片机控制系统的抗干扰能力差，容易产生误动作和误数据，使操作人员判断错误，从而误操作。而PLC具备良好的抗干扰性和通用性，从而解决了这一问题。

 1 木工带锯机的工作原理

 用来锯切原木或成材的木工机床分为木工带锯机﹑木工圆锯机和木工框锯机等。所谓木工带锯机是环状带锯条张紧在两个锯轮上，环状带锯条由电动机通过锯轮带动，作连续切削运动。木料的进给可以采用手动，也可以采用跑车或滚筒进行自动进给。按照用途分类，带锯机可以分为锯切原木的跑车带锯机和剖分板材或方材的再剖带锯机。
 本项目所使用的带锯机为跑车带锯机。所谓跑车，是指夹持原木向带锯条作进给运动的送材车。PLC需要完成的动作是对跑车进行定位控制。跑车的动力设备是装配在底盘上的电动机，经过齿轮传动，带动跑车的主轴进行往复运动。跑车前进为工作行程，跑车后退为返回行程。其工作过程是，首先跑车工作台以一定的速度运行一段距离，当系统再次收到前进指令时，又以同样的速度运行同样的距离，并且此距离可以被修改。当系统收到后退指令时，进行返回行程，直到此指令被取消。电动机的正转和反转控制跑车工作台的前进和后退。通过PLC控制系统实现对电动机方向的控制。

 2 PLC选型与I/O点分配

 为了保证系统的控制精度，跑车带锯机控制系统采用闭环控制。根据旋转编码器反馈回来的脉冲信号计算跑车工作台的实际距离。当跑车工作台到达设定距离后，PLC输出制动信号，停止跑车的运行，实现跑车的定位。PLC控制系统需要配置1路高速脉冲信号输入。跑车工作台还需要1个定点位置来进行进尺和余尺的计算，可以利用安装在跑车支架上的接近开关确定跑车经过的定点位置，因此系统还需要配置1个接近开关输入点。后，系统还需要配置启动、停止、进车、退车、点动等按钮。因此，系统的开关量输入点为8个。系统的开关量输出点只有制动接触器和后退继电器等2个点，分别控制跑车的停止和跑车运动的方向。PLC控制系统的I/O点分配如表1所示。
 ，根据输入和输出的要求，我们选用和利时公司具有自主知识产权的HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点。CPU模块LM3107自带3路独立的高速脉冲输入，其继电器输出的电流容量大为2A，可以直接控制制动接触器，不需要中间继电器。这些配置完全能够满足系统的要求。

 表1 PLC控制系统的I/O点分配

 信号类型 物理元件 PLC地址 说明
 开关量输入信号 接近开关 %IX0.0 接近开关输入信号
  SB1 %IX0.1 起动按钮
  SB2 %IX0.2 停止按钮
  SB3 %IX0.3 进车按钮
   %IX0.4 编码器脉冲输入
   %IX0.5 编码器方向输入
  SB4 %IX0.6 退车按钮
  SB5 %IX0.7 点动按钮
 开关量输出信号 KM1 %QX0.0 制动接触器
  KM2 %QX0.1 后退继电器

 3 PLC控制系统软件设计
 跑车工作台运行的启动、停止开关SB1、SB2分别接到PLC的输入端口%IX0.1和%IX0.2。当启动开关SB1接通时，跑车工作台启动运行。当停止开关SB2闭合时，跑车工作台停止运行。旋转编码器产生的脉冲信号接到内部计数器HD_CTUD_T4的输入端口%IX0.4和%IX0.5。利用PLC计数器HD_CTUD_T4的脉冲计数功能，控制系统可以定位跑车工作台当前的运行距离，将当前距离与设定距离进行比较，从而控制工作台的进给位置。PLC的输出端口%QX0.0接制动接触器，用来控制跑车工作台运行和停止。当%QX0.0=0时，电动机正转，带动工作台前进。当%QX0.0=1时，电动机反转，带动工作台后退。
 根据跑车工作台运行过程的要求，控制系统的流程图如图1所示。PLC根据HD_CTUD_T4的当前脉冲值和触摸屏的设定值进行比较。如果当前值小于设定值，跑车工作台继续运行。如果当前值大于设定值，系统立即输出制动信号，然后等待下一次前进信号的输入。当系统需要锯路补偿时，程序会根据用户选择的补偿量进行锯路补偿。

 图1 控制系统的流程图

 4 结论
 以PLC为控制核心的木工带锯机，实现了位置闭环控制。利用PLC的高速计数功能，实现了对跑车工作台运行的定位控制。PLC控制系统的抗干扰能力强，提高了木工带锯机的加工精度。因此，PLC控制系统可以广泛应用于家具﹑门窗和木模等制造行业。