西门子6ES7216-2BD23-0XB8现货速发

一、　设备概述

随着我国城市化水平的提高，城市人口急剧增加，居民小区不断建设且楼房层数越来越高，使原来自来水管网压力出现不足，很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象，导致高层居民用水难。目前，一般的解决办法是修建水池或水箱，通过水泵二次加压供水。

为解决此类问题，当前均采用先进的全自动无负压供水设备，此供水设备可直接与自来水管网串接，通过负压消除器和稳压平衡器保护自来水管网不形成负压，避免了修建混凝土蓄水池或设水箱的麻烦。此设备充分利用了自来水管网的原有压力，在原有压力的基础上叠加一部分压力，差多少，补多少，使二次加压设备的选型减小，节省投资，同时在使用过程中也可大大节能，是目前先进新的二次供水方式。

二、　设备应用范围

1、　流量范围：1.5-1600吨/小时；

2、　扬程范围：21.6-225米;

3、　稳流罐：0.5立方-50立方；

4、　压力范围 0 ～ 2.5MPA

5、　压力调节精度：±兆帕；

6、　环境温度：0-40℃.

7、　相对湿度 90 % 以下（电控部分）

8、　电源 380v(1 ± 10 % ) ；50HZ ± 2HZ

9、 控制方式 单台，恒压

三、 设备方案：

本设备主要由变频控制柜、稳流调节器、负压抑制器、水泵机组、仪表、阀门及管路等组成。

1、在本自动控制系统中，变频器我们采用了美国艾默生，同时，为方便用户进行实时监控设备运行状态以及便于维修，我们采用了人机界面触摸屏，控制器采用了艾默生EC20，由于它具有两个通讯端口，并且可任意选择通讯协议，组网方式如下：

2、EC20控制器通过COM0端口与人机界面通讯，人机界面作为主站，通过EMERSON PROTOCOL 协议与可编程通讯，控制器为从站，通过MODBUS协议通讯。通过COM1端口与变频器通讯，可编程控制器此时作为主站，变频器为从站，采用的是自由口通讯协议。

3、通过此种组网方式，用户对于压力设定、输出频率、辅泵频率、PID数值、切换时间、 延时时间、超压设定、压力反馈等数十种参数可在触摸屏上显示、 设置、修改，方便操作。对水泵工作状态、变频器工作状态 和系统水位等多个参数，实现了即时跟踪。满足远距离监测、监控及控制功能。

同时，还可方便监测设备故障，方便维修。具有故障实时记忆功能。

四、 控制部分：

1、本设备具有手动和自动两种控制方式。

2、在自动运行中无水停机、有水自动开机，两台泵循环运行，先启先停，定期切换。

3、PID调节：PID闭环调节实现水泵恒压运行。采用EC20的PID指令，由于本设备直接连于自来水管网，当自来水压力低于用户所需要的设定压力时，微机控制水泵启动运行，直到管路的实际压力等于设定压力，此时变频器控制的水泵以一恒定转速运行，保持管网压力为设定值。自来水压力越高，变频器转速越低，自来水压力越低，变频器转速越高。当自来水压力达到设定值时，设备停止运行。充分利用自来水管网压力，又确保用户所需的恒定压力。

4、零流量停机控制功能：不论是在一台还是两台泵运行时，自来水满足要求压力时，设备就停止工作，由自来水直供，变频器处于休眠状态。自来水压力不足时，设备工作，此方式充分利用自来水管道原有的压力差多少，补多少，节能效果极其显著，可达20％- 70％以上。

五、PLC程序要点

1、　压力调节：通过CONTROLSTAR编程软件中PID指令向导，自动生成PID_SET和PID_EXE 2个子程序，其中PID_SET是参数设置程序，PID_EXE是PID调用，见下图：

2、　变频器控制

CONTROLSTAR编程软件有专门的变频器指令，可实现EC20和艾默生变频器的无缝连接。

2.1 通过系统块界面设置EC20的通讯端口1的自由口协议参数，

包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位、帧间超时时间等。用户不需要复杂的编程。

2.2 通过“变频器连接表”可方便列出挂在端口1网络上的变频器设备。包括站号、型号、协议等。

2.3 通过集成在CONTROLSTAR编程软件中的专用变频器指令,包括FRQ(给定频率)、FWD(正转)、GET(读变频器频率、电流、转速)、REV(反转)、STP(停止)，可以方便实现变频器的启停、读写频率

六、 总结：

在本案例中，我们采用艾默生高性能变频器以及先进的可编程控制器，满足了用户在无负压供水中的应用。

1、智能化程度高 微机控制全自动运行，性能稳定可靠，泵房可实现无人职守。

2、恒压：PLC的PID闭环调节，恒压精度高，将水泵的运行严格遵照高效曲线执行，从而使得系统在接近理想状态下工作，压力输出值精度有效保证在±兆帕范围内。在水压波动下，具有过载、短路、过流等各种自动、保护功能。

3、节能 变频器的零流量停机功能，使设备在管网压力达到设定值后，停机，处于休眠状态，待压力不足时，重新启动。真正实现节能功能。

4、良好的通讯方式，方便用户远距离监控、监测及控制设备和变频器等。同时利用通讯功能，不需再使用模拟量模块，安装维护方便，进一步节约成本。

一、继电器检测设备控制要求

1、需要同时检测10个继电器

2、每个继电器需要测试8个触点，共80个触点

3、每次检测需要300个周期，控制输出12ms ON / 88ms OFF的脉冲为一个周期

4、需要将检测结果保存在PLC中，要求停电保持，共需要保存80个触点x300个周期合计24000个状态，如果将结果保存在寄存器中则少需要1520个停电保持寄存器

5、每次检测结束，上位机将结果读出，根据继电器8个触点的吸合情况判断该继电器是否合格

二、该设备对控制系统的要求及海为相应的特点

1、运行速度快：要求程序扫描周期在1.5ms内，海为PLC由于运行速度快，指令集丰富，程序非常精简，实际运行扫描周期为1~1.1ms

2、要有大范围的数据停电保持区：海为PLC的停电保持区可以任意设定，允许将所有数据区都设为停电保持，数据程序无须后备电池保护，yongbu丢失。不需要用任何指令就可以实现该功能

3、具有ms级控制能力：海为PLC提供一个独有的16us精度系统时间，SV49-SV50为系统时间(单位16us), 系统自动循环计数, 当计数到大值2147483647时归0不断循环计数。利用该系统时间可以方便实现ms级控制，误差仅一个扫描周期

三、初始化脉冲数据

由于要控制输出12ms ON / 88ms OFF的脉冲，转换为16us时间单位如下：

12ms = 12000us = 750（16us），存放放在V2000-V2001中

88ms = 88000us = 5500（16us），存放放在V2002-V2003中

　　　建立一个名称为“时间间隔初始值”的初始寄存器值表，将ON时间设定为750和OFF时间设定为5500（当然也可以不建立该表而选择在程序中初始化V2000-V2001及 V2002-V2003的值），如下图：

四、实现程序如下：

1 引言
本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法，本系统涉及的主要硬件是S7-200 PLC和SH-2H057步进驱动器。

(1) S7-200 PLC系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200 PLC可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。

　　　1台S7-200 PLC包括一个单独的S7-200 CPU，或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200 CPU模块包括一个中央处理单元(CPU)、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。
l CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制;
l 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备;
l 电源向CPU 及其所连接的任何设备提供电力;
l 通讯端口允许将S7-200 CPU同编程器或其他一些设备连起来;
l 状态信号灯显示了CPU 的工作模式(运行或停止)，本机I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误;
l 通过扩展模块可提供其通讯性能;
l 通过扩展模块可增加CPU的I/O点数(CPU 221不扩展);
l 一些CPU有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡;
l EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序送到另一个CPU中;
l 通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间;
l 大I/O配置。
( 2) SH-2H057驱动器输入信号共有三路，他们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机电平信号FREE.他们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电路形式完全相同，三路光耦的正输入端为OPTO端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以OPTO端需接外部系统的VCC端，如果VCC是+5伏，可直接接入;否则需在外部另加限流电阻，保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。
l 步进脉冲信号CP
步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，也就是说:驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度，CP脉冲的频率改变则同时是步进电机的速率改变，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机jingque定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。本驱动器的CP信号为低电平有效，要求CP信号的驱动电流为8-15mA，对CP脉冲宽度也有一定要求，一般不小于5μs。
l 方向电平信号DIR

　　　方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向。此端为高电平时，电机为一个转向;次端为低电平时，电机为另一个转向。电机换向必须在电机停止后再进行，并且换向信号一定要在前一个方向的后一个CP脉冲结束后以及下一个方向的个CP脉冲前发出。
l 脱机电平信号FREE

　　　当驱动器上电后，步进电机处于锁定状态(未施加CP脉冲时)或运行状态(施加CP脉冲)，但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源，这时可以用到此信号，此信号低电平有效，电机处于自由无力矩状态;当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。

l 步进电机简介
　　　SH-2H057型驱动器用于驱动二相或四相混合式步进电机(亦称感应子式)，此驱动器一般驱动60号机座以下电机。电机的出线方式不同，与驱动器的连接也不同。本系统使用的电机为二相四根线电机，可以直接和驱动器相连。见图1的机械手电机驱动模块原理图。

2　系统工作工程
　本系统的机械手部分由底盘、立杆、手臂、手组成，其中底盘由一个步进电机驱动，可顺逆时针旋转;立杆由一个步进电机驱动，可上下移动;手臂由一个步进电机驱动，可前后伸缩;手由气泵控制，可抓紧和放松。在相应位置都有位置检测信号用于定位。参见图1。

(1) 出货过程
　从复位位置启动,根据要求到相应出货台(1，2，3号货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(左,或右出货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。
(2) 进货过程
　从复位位置启动,根据要求到相应出货台(左，或右出货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(1，2，3号货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。

3 系统设计思想
　步进控制电路设计思想，PLC继电器式输出模块工作速度较低，故采用高频脉冲方波发生器，给出步进脉冲，其振荡频率按步进电机速度设置，步进量的控制采用位置检测，根据位置检测信号用PLC的输出点切断进给电机，实现步进电机的停车, 其程序流程图如图2所示。

　在整个机械手运行控制过程中，采用限位开关以及面板操作开关以及系统逻辑开关作为输入点，整个系统中底盘有5个限位开关，分别作为5个位置的定位输入点，立柱有4个限位开关，分别为1个复位开关、一号位限位输入量、上限位、下限位。手臂有3个限位开关:手臂复位限位数入点、手臂前限位、手臂后限位。抓手限位开关，为抓手复位输入点。一共13个限位开关完成全部的控制输入。各限位开关分布情况见图1，
　由于在整个控制过程中全部是通过控制步进电机驱动模块再驱动步进电机执行。这里对用集成脉冲输出触发步进电机驱动器原理进行说明。S7-200 PLC(CPU 226)的Q0.0和Q0.1分别对升/降步进电机、前/后步进电机发送脉冲;CPU 226的Q0.2对转盘步进电机发送脉冲。而步进电机的正/反转则分别是CPU 226的Q0.4和Q0.5分别对升/降步进电机、前/后步进电机实行控制;CPU 226 的Q0.6和Q0.7分别对转盘步进电机正反、抓手气泵开关实行控制。
　机械手PLC程序的设计编写采用了STEP 7-Micro/WIN32软件的数据表(STL)的形式。程序设计修改方便，设计完成可联机调试，没有问题再把步进电机接上。
　上位机监控软件采用北京亚控的组态王软件，通过变量映射实现组态软件的变量与PLC的寄存器的动态连接，从而实现了上位机对PLC的监控。