西门子6ES7215-1HF40-0XB0技术参数

西门子6ES7215-1HF40-0XB0技术参数

前言：

现如今塑料制品已经普遍应用在工农业生产和大众生活众多行业领域内，塑料制品相对成本较低，某些方面可以完全替换金属制品使用，性能也毫不逊色，人们日常生活中大量使用的盆、桶、瓶等物品均是塑料制品，本文介绍的塑料床垫制品也是人们生活中的必需品，市场需求旺盛，前景广阔。目前生产原料完全是无毒无害的化学原料，价格相对较贵，另外塑料床垫属于新型床垫产品，舒适耐用，冬暖夏凉，不会生虫，使用寿命也很长久，所以塑料床垫产品属于床垫用品，价格比传统的棕榈床垫高出许多，目前广泛应用在东南亚国家和地区，刚刚起步，随着社会发展和技术的进步，相信不久的将来塑料床垫逐步会替换棕榈床垫。

　　控制系统技术方案配置：详见下表

　　上述表格仅列举出控制系统主要元器件，此外还包括低压电器(低压断路器、电磁接触器、电磁继电器、按钮、指示灯等)、检测传感器(接近开关、行程开关等)、变频器通讯电缆等，此处均不予赘述。

　　控制系统原理框图简要介绍：

　　塑料床垫成型机控制系统采用台达人机界面作为主站监控设备，充分利用人机界面DOP-A10THTD1三个通讯口，人机COM 1(RS232)连接下位PLC控制器COM1通讯口，通讯交换工艺参数数据;人机COM2(RS485)连接机头控制系统12台温控表，人机COM3(RS485)连接主机控制系统11台温控表，人机界面可以设定不同控制区域温度SV值，显示温度PV值;PLC通讯口COM2(RS485)通讯连接7台变频器，PLC通讯写入变频器给定频率、变频器启动停止命令，读取实际输出频率;人机界面设定电机目标转速，读取电机实际转速。

　　控制系统原理框图：

　　塑料床垫成型机工艺简要介绍：

　　塑料床垫成型设备机械部分分为机头部分和主机部分，化工原料添加进机头部分原料斗搅拌加温，经过在适当的工艺要求温度控制下，机头喷嘴加工生产出直径很细的圆柱形塑料丝，根据产品不同规格需要，更换模具可以改变圆柱塑料丝的直径，大量的塑料圆柱丝源源不断的输送到主机部分，主机部分不同区域温度要求控制不同，塑料丝经过模具加工处理，形成厚度、宽度一定的塑料圆柱丝网络交织的塑料成型制品，再根据设定的裁剪长度切割，从而可以生产出长度、厚度、宽度不同的塑料丝网床垫制品。

人机界面控制程序简要介绍：

　　主要分为主机温度控制、机头温度控制、变频电机速度控制、普通电机控制、变频器参数设置等画面，实现设备不同区域温度控制和塑料成型速度控制要求，同时可以监控设备工艺参数。

　　PLC控制程序简要介绍：

　　PLC控制程序主要分为下面几个部分：

　　1、模拟量处理：接受机头控制柜内2路模拟量信号，经过数学转换后，1路作为直流调速系统电机旋转速度实时数值，输出1路模拟量传送给机头控制柜ABB直流调速系统，做为速度给定命令;

　　2、温控表启动停止控制;

　　3、裁断控制程序，根据设定长度不同，不同气动元件组合动作实现塑料网状成型制品快速裁断控制;

　　4、变频器通讯控制：包括变频器启动、停止命令，设定线速度(m/min)转换为频率给定数值(Hz)，读取变频器实际输出频率(Hz)转换为电机运行速度(m/min)数值。

　　5、快速输送控制，裁刀程序执行之后动作。

总结：

　　此次塑料床垫成型机控制系统结合台达HMI、PLC、变频器、温控器等自动化产品，为客户开发了一套稳定可靠的生产线系统，受到了客户和使用单位充分认可，此次新产品开发成功，现场参观的客户当即签订了在购买一套设备的意向书，为后续同类产品量产奠定了坚实的基础，再次证明中达电通是客户的合作伙伴

1. 前言：

　　上海二纺机股份有限公司是从事纺织机械及纺织器材制造的大型企业之一，公司建立已有近90年的历史，常年致力于研发、生产、销售棉纺细纱机、粗纱机和自动络筒机等多种纺机设备。进入21世纪，上海及长三角飞速发展的经济环境、金融环境、信息环境和环保环境，为上海二纺机的持续发展提供了绝好的机遇，同时也面临着更大的挑战。在科学技术日益发展的，纺织机械电气控制系统的自动化程度也越来越高，从初的采用几十个继电器控制，发展到现在的可编程控制器(PLC)，随着公司考虑开发更具市场竞争力的产品以应对日益激烈的国内、国际竞争，2008年中旬，我们设计试验了一套台达PLC控制系统，以应用在公司环锭细纱机上。

2.环锭细纱机简介：

　　上海二纺机股份有限公司的主导产品是棉纺毛纺厂使用的环锭细纱机，细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的;细纱产量是决定各工序数量的依据;细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。新型环锭细纱机，首先是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量;其次是采用**的驱动控制技术实现十点曲线调速成形，从而实现了机械结构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。

3.系统概述：

　　新型细纱机电气控制系统采用PLC控制整个纺纱落纱过程，具备纺纱过程所需的钢领板自动升降、留头率功能、中途停车后能自动记住纺纱位置跟踪开车、中途落纱、定长落纱等功能。可以设定和修改纺纱的各项工艺参数，实现定长落纱、机械落纱，可以根据用户的需要设定锭子的十点曲线长度和速度，以及班产量累计、设置密码保护及自动故障诊断等功能。对纺纱过程的锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等进行计算并在文本显示屏上跟踪显示，并依据机器上各部分传感器自动协调控制，具有较高的系统整体抗干扰性。

4.整体控制系统方案

　　整体控制系统方案采用了台达DVP系列PLC。采用了一套台达DVP14SS11R作为PLC主机(输入：8点，输出：6点，继电器输出)，选配了DVP16SP11R，16点I/O扩展模块(输入：8点，输出：8点，继电器输出)，来组成40点PLC控制部分，采用一块DVP02DA-S，为2路模拟量输出模块，来分别控制主变频传动和钢领板升降变频驱动。使用台达平板型交流电机驱动器VFD-B-P系列变频器控制主传动电机和钢领板电机。显示单元部分采用台达TP04-AS2文本显示屏进行系统外部输入与纺纱各项数据的监控。

　　1、传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、油泵电机及润滑装置、主变频器、升降变频器、清洁器装置、各种低压开关及接触器等。

　　2、三自动检测部分：该部分由三自动行程开关、停主电机接近开关、下钢领板接近开关、刹车片构成。其作用为落纱信号给出后能自动适应停车，自动留头，为重新开车降低断头创造条件。

　　3、变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据程控器传输的锭子速度控制十点曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。

　　4、数据检测部分：该部分由主轴、前罗拉测速光电管组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。

　　5、PLC控制部分：该部分由PLC主单元及IO模块、模拟量输出模块等构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。

　　6、显示单元部分：文本显示单元与PLC之间以通讯线实现连接，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行十点曲线，实现控制柔性化，同时对机器运行过程中出现的错误，实时监控反馈。

　　7、模拟量通讯部分：该部分由PLC的2路模拟量输出模块、变频器通讯模块部分构成，PLC的通讯接口与文本显示单元以通信线实现通讯完成参数设定显示，变频器以模拟量方式控制锭子运行速度曲线，整机的高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力。

图一：控制系统方案

5.PLC软件编程

　　通过台达WPLSoft软件对PLC进行软件编程，根据需要将不同功能的程序段分列，每个任务分别使用合适的编程语言如梯形图、语言等来完成。

　　(1) 梯形图编辑：

　　梯形图是使用得多的图形编程语言，其与电器控制系统的电路图很相似，具有清晰、直观、易懂的优点，很容易被掌握，特别适用于在系统中的开关量逻辑控制，具有可实时监控的特点，如图二，图三。

图二：梯形图

图三：输入指令图

　　(2) 指令编辑：

　　WPLSoft软件同时提供了指令编辑模式，进入指令模式编辑后，直接键入PLC完整指令，输入完成后的指令在编辑区中，左边为该指令在PLC主机的程序内存地址，可以清楚地得到指令在程序内存的相对地址，如图四所示。

图四：指令模式

6.应用效果

　　实际应用表明，采用新的控制系统方案后，全机将运动控制与驱动器功能集成在一起，系统具有较快的响应速度。前后罗拉严格同步，实现牵伸和捻度的精密控制，保证了高支数纱线的成纱质量，整套控制方案可靠性和抗干扰性能较优。同时由于纺织机械是一个竞争非常激烈的领域，因此成本也必须考虑在内，一方面是整体的硬件投资成本，另一方面是系统的运行成本。新控制方案的应用，比原先使用的方案硬件投资成本下降约25%左右，系统的运行成本基本持平，是一个比较有竞争力的产品设计。

图五：样机效果图

7.结束语

　　本系统采用了台达控制系统解决方案，将纺织机械和现代**控制技术相结合，使控制系统的现场化和抗干扰性能得以极大提高。并使纺机产品能实现复杂的控制功能，大量数据的实时准确采集和共享也得以实现，大大提高了纺织机械的**水平。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”的原则，极大降低了电气控制系统成本，台达PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活、操作维护方便的优点，有效的提升了产品的盈利能力，具有较高的应用价值

当今自动化控制产品日新月异，相同功能的实现有各种各样不同的方式。比如很多设备上都要使用的定位控制的实现就有很多种方法。有的利用单片机结合伺服系统实现定位控制;有的使用PLC高速脉冲输出功能或配定位单元结合伺服系统实现;还有的利用变频器的多段速控制来实现定位控制。但不同的定位控制系统有不同的特点，成本也有很大的差异，于是针对不同的设备对精度和响应速度的要求，选用合适的定位控制系统以实现优的性价比就非常必要。本文介绍一个高性价比的，应用台达PLC的高速计数器和与变频器通讯的功能来实现的定位控制的例子。

2 控制实例

　　切纸机械是印刷和包装行业常用的设备。其完成的基本动作是:把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心就是一个单轴的位置控制。我们已经成功的利用PLC对变频器的端子进行控制，实现多段速调速，从而完成这个单轴控制。因为考虑到控制成本和操作的方便性，我们又应用台达的ES PLC和VFD-B变频器通过通讯来实现这个位置控制。

3 系统的构成

　　PLC作为控制的核心，主要用来接收编码器的反馈信号实现对当前位置的检测，通过和设定值的比较用通讯功能来控制变频器的输出频率从而实现**定位。同时通过HMI可以方便的设定PLC的一些内部寄存器值进行人机交互，并且变频器的工作频率可以在HMI上方便修改和直观显示。台达的DVP系列PLC都具有两个通讯口，COM1是RS232,COM2是RS485，支持ModBus ASCII/RTU通讯格式，通讯速率高可达115200bps，两通讯口可以同时使用。所以无需用任何扩展模块就可以实现既可连接用于参数设置的人机界面又可用通讯的方式控制变频器等其它设备。并且DVP系列PLC提供了针对ModBus ASCII/RTU模式的专用通讯指令，这样在编写通讯程序时就可以大大简化，无需像用串行数据传送指令RS那样要进行复杂的校验码计算和遵循复杂的指令格式。台达的VFD系列变频器内建有单独的RS-485串联通讯界面，并且也遵循MODBUS ASCII/RTU通讯格式(VFD-A系列除外)。基与这些特点我选用了性价比优异的DVP ES PLC和VFD-B变频器。整个系统的结构图如图一所示。

图一：控制系统框图

4　PLC的I/O分配

　　由于使用了通讯控制，可以省去用于控制变频器的五个输出点，PLC输出点的使用减少了。因此选用了DVP14ES00R2和一个扩展模块DVP08XM11N。I/O点的分配见表1。需要注意的是DVP14ES PLC的扩展模块地址输入点是从X20开始，输出点是从Y20开始。

　　表1：PLC I/O分配表

输入点

意义

输出点

意义

x0

脉冲输入A

y0

压板上

x1

脉冲输入B

y1

进给离合

x2

前限位

y2

压板下

x3

后限位

y3

刀离合

x4

前减速位

y4

电机禁启动

x5

备用

y5

x6

刀凸轮

x7

刀上位感应

X20

压纸器上位

X21

连杆光电保护

X22

备用

X23

双手下刀按钮

X24

停止按钮

X25

变频器故障

X26

后退

X27

前进

5 ES系列PLC的高速计数器的应用

　　此工程中所选编码器分辨率为500p/r，机器原系统配置编码器分辨率为200p/r，理论精度比过去提高两倍以上。电机为1450r/min，传动系统减速比为2.4。由此可计算出额定转速下编码器输出的高脉冲频率为：

　　1450r/min÷60s/min÷2.4×500P/R≈5KHz。

　　尽管台达ES系列的高速计数器功能不算强大，其X0和X1可以接受的高频率为20K Hz的脉冲，但在这个系统中还是足以胜任的。为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器C235和C236。C235通过计算所有前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置，此功能实现的程序段见图2所示。其程序中的M45和M47用于滤除定位完成后裁切过程中或其它震动造成的编码器输出的误脉冲，以实现位置的**性。

图2：实现显示当前位置的高速计数程序段

　　C236用于进行**定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到C236，不论进给机构前进还是后退，C236进行减计数，同时对C236中的数值进行比较，根据比较结果控制变频器的输出频率，实现接近设定值时进给速度变慢的三段速度控制，从而达到**定位。**定位时的高速计数器程序如图3所示。其中M83、M84用来触发写变频器运转方向的数据，M85、M86，M87都用来触发写变频器运转速度的数据。

图3：定位控制时的高速计数器程序

6 PLC和变频器通讯的实现

　　台达DVP系列PLC的每一个通讯口都对应有相关的特殊寄存器D和特殊继电器M，以进行通讯相关的参数设置和信息的传送。此工程中要使用的COM2对应的主要特D特M及其意义见表2。

　　表2：特殊寄存器和特殊继电器的意义

编号

意义

特

D

D1120

RS-485通讯协议设定

D1129

通讯逾时时间设定，当一笔通讯时间超过此设定值将会出现通讯逾时错误

特

M

M1120

通讯设置保持，通讯参数设置后需在程序中设置此位ON

M1122

请求通信开始信号，开始通讯时需要用程序设置此位为ON，通讯完成后PLC会自动将此位OFF

M1129

通讯逾时时PLC产生的信号，需编程复位

M1140

MODRD/MODWR/MODRW数据接收错误信号

M1141

MODRD/MODWR/MODRW数据指令参数错误信号

M1143

ASCII/RTU模式选择，OFF时为ASCII，ON时为RTU模式

　　此工程中变频器需要设定的参数及说明见表3。在进行变频器的通讯控制时必需设定这些参数，并且设定值要和PLC的D1120值设置一致。其它未设置的参数可以按出厂默认值即可。

　　表3：变频器参数设置表

参数号

设定值

说明

01-09

0.5s

此两个参数为加减速时间，为了实现快速高效的定位，在保证变频器不出错的情况下尽量设小点

01-10

0.3s

02-00

05

指定频率指令由RS-485通讯输入

02-01

03

指定运转指令由RS-485通讯操作

09-00

01

变频器的通讯地址定义为1

09-01

01

通讯传送速率定义为9600

09-04

03

通讯资料格式定义为8,N,2for RTU

　　当PLC对变频器通讯进行数据的写入和读出时，就需要知道变频器所定义的相关功能的地址。然后依据这些地址进行数据写入和读出，才能实现对变频器的控制。VFD-B系列变频器定义的本通讯实例中需用到的字址及其意义如表4所示。根据此表可以知道，当需要变频器以20Hz正向运转时，就只需在变频器通讯相关的参数字址2000H写入：0000 0000 0001 0010，即十六进制的H12或十进制的K18;在2001H中写入K2000。

　　表4：变频器的通讯参数字址定义

定义

参数地址

功能说明

变频器

待写入地

址意义

PLC可以通过通讯程序向此位置写入数据

　　　　　　　　　2000H

Bit0-1

00B：无功能

01B：停止

10B:　启动

11B：JOG启动

Bit2-3

保留

Bit4-5

00B：无功能

01B：正方向指令

10B：反方向指令

11B：改变方向指令

Bit6-15

保留

2001H

频率命令　例：

当希望变频器输出频率为20Hz时可写入2000,5Hz时写入500，以此类推。

　　此工程中通讯程序段如图4所示。

7 结论

　　通过上述的改造过程，完全恢复了切纸机的功能，试用几个月以来运行非常稳定。PLC对变频器的通讯控制响应速度非常快，加减速的过程和停机命令执行迅速，完全不会因通讯控制而有丝毫迟滞现象，可见通讯控制完全替代了硬接线的端子控制，不仅降低了成本，而且操作更方便，性价比更优异。也证明了台达的PLC和变频器的通讯功能非常强大和好用。