西门子6ES7222-1BF22-0XA8接线方法

西门子6ES7222-1BF22-0XA8接线方法

1.引言

    piao据印shua机是印shua机行业中一种常用的机型，对机器的控制精度，伺服的响应时间都有很高的要求，以前主要靠进口，成本投资比较大。近年来，随着可编程控制器（PLC）在通讯功能和高速计数以及脉冲输出功能的日益完善，性能日益提升，使得PLC＋伺服＋变频器＋触摸屏组成的整个系统在印shua机上应用成为可能。国内众多的厂家都相继开发出各自的piao据印shua机械，繁荣了国内的印shua机市场，有力的抵制了国外品牌的入侵，巩固了国产印shua机的市场地位，并在性能上日益得到完善。烟台某印shua机械生产厂家委托上海某厂家开发的基于西门子S7-200可编程控制器＋松下伺服＋海泰克触摸屏＋台安变频器的系统解决方案以其低廉的成本，稳定的系统配置赢得了客户的青睐，取得了良好的业绩，但也存在诸多的问题，如系统调试周期时间长，印shua速度低，改变转速必须停机断电等缺陷，在此不一一细表，后文有叙。应客户要求，经过本人分析探讨，后确立了基于OMRON系统的整体解决方案，以减少和改进原系统的缺陷，提升机器的性能。

2.控制过程及存在问题
2.1 原先piao据印shua机的控制过程
    原先piao据印shua机的控制过程是这样的：由一台主电机拖动印shua机的两个滚筒（两个滚筒可印shua两种颜色）单方向旋转，主电机采用变频器进行宽范围调速，主电机轴上装有旋转编码器用来测算主轴电机的速度；由一个电磁铁来控制滚筒的离压和合压。在合压情况下，滚筒压紧piao据进行印shua；采用伺服控制进给纸速度，以便使伺服电机的线速度和主轴电机的线速度保持一致，由于是两个滚筒，它们之间可能存在速度上的差别，所以采用两套伺服。当伺服电机的速度大于主轴电机的速度时，合压后将会在滚筒和伺服电机之间堆纸，当伺服电机的速度小于主轴电机的速度时，合压后纸张将被扯断，以上两种情况在系统正常工作过程中都是不允许的，即伺服电机的速度必须保持和主轴电机高度一致。系统工作之前首先启动变频器，待变频器速度稳定后按下印shua按钮，伺服电机开始旋转，此时合压电磁阀不合压，等旋转编码器的个Z相信号到来，立即合压，开始印shua。印shua过程如下：首先在触摸屏上设定纸张的尺寸，在每一个Z相信号到来之后，伺服立即正向旋转设定尺寸＋2英寸的距离，随后反向旋转2英寸，以保证纸张长度和张力平衡。要想停机，按下停止按钮，本张纸走完立即停止伺服电机的运转。
    此外还要求：一、即使在走纸过程中突然停电，来电后要能继续走完这张纸。二、由于是印shua机械，对印shua精度要求很高，两张纸的印shua起点必须一致，即PLC必须用中断来控制伺服系统，否则可导致两张纸的印shua起点不同，原因是PLC循环扫描时间造成的。三、系统还要求能在走纸过程中（伺服系统运转中）能实现纸张的前后移动，即稍微变化一下纸张的位置，以使印shua更完美。选择伺服系统电机的线数：由于印shua的纸张可以设定为浮点数，单位是英寸，为保证精度，必须固定伺服系统，即固定伺服系统的每转给定脉冲数，通过比较判断，我确定伺服系统每转脉冲数为4000个，原因如下：因为伺服系统每转是4英寸，0.001英寸则是1个脉冲，所以在每转设定4000个脉冲时，系统能jingque到0.001英寸，如设定为0.0005，则每进给一张纸差0.5个脉冲，会严重影响纸张的印shua精度，走纸越多差别越大。如设定每转脉冲为10000，虽可以更jingque，但PLC需要更高的脉冲输出频率。由于固定了伺服系统的线数，要想提高系统的速度，只能提高PLC脉冲输出的频率，否则纸张设定精度就会变低，这是不允许的。
    整个系统要有手动、自动、点动以及报警功能，要便于维护，触摸屏界面要求美观实用。
2.2 西门子S7-200 PLC主要存在的问题
    原先采用西门子S7-200 PLC主要存在以下问题：（1）S7-200 PLC脉冲输出速率低，大频率不到30kHz，使得印shua机的效率低，每小时只能达到五六千张。而且因为西门子PLC速度太低，导致伺服系统不能有更高的分辨率（松下伺服为每转2000个脉冲），导致纸张印shua精度只有0.005，比改造后系统的高设定纸张精度差了5倍。（2）在正常印shua过程中，调整变频器速度必须首先停机，再改变变频器的速度，然后断电重新上电后方可正常运行。（3）系统速度计算误差较大，使得单机调试时间拉长，影响设备的出厂时间。（4）停机不够人性化，即停机之前印shua的那一张因为可能没有进给完成造成纸张废掉。
3.改造选型
    接手这个项目后，立即展开工作，在分析了原系统的特点并且为以后升级留下一定的余地的前提下，决定选用OMRON高性价比的CP1H-X40CDT机型。该PLC配备了40个I/O点，其中24输入，16点输出，拥有2路双向100kHz的高速计数器输入，2路双向30KHZ的高速计数器输入，4路双向100kHz的高速脉冲输出，不仅能满足当前伺服电机的要求，还为以后四色印shua机的开发留下了足够的空间，使后续开发工作变得简单。
    （1）确立了PLC的型号后，根据主轴电机的要求选择伺服系统，比较了多家的伺服系统，后选择了OMRON的SMARTSTEP W伺服系统。该伺服系统简便易调，特别是在线自动调整功能，方便调试，而且重要的是启动时间短，响应快。
    （2）主轴电机由于需要调速，而且是三相异步电动机，从节能和可靠及经济性说只能通过变频调速，选用OMRON的3G3MV系列1.5kW变频器。该变频器具有通讯功能，支持OMRON的功能块和MODBUS-RTU功能，具有PID调节功能，性价比比较高。
    （3）印shua机原先用按钮指示灯和触摸屏进行操作，直观性差，不美观，应用户要求，我们为其配备了OMRON的NT5Z的黑白触摸屏作为人机界面。这样，基于OMRON的PLC（CP1H）＋伺服（W）＋触摸屏（NT5Z）＋变频器（3G3MV）的整个系统解决方案出台。
4.系统特点
    OMRON的这个系统解决方案克服了西门子S7-200的上述缺点：
    （1）OMRONPLC的脉冲输出速率达到100kHz，速度是西门子S7-200的10倍，完全满足了用户提速的要求，极大的提高了印shua机的速度;
    （2）OMRON的变频调速是用PLC功能块通过通讯做的，不需要停机后再开机，因而解决了上述的第二个问题。也可以通过MODBUS-RTU功能，亦可方便的进行通信;
    （3）整个系统全部采用OMRON的控制产品，调试简便,硬件和软件的兼容性好; （4）OMRON PLC的高速计数器当前值的读取是直接读取的，在程序中直接利用高速计数器PV中断编程，来控制纸张的进给，完全可以准确定位并在按下停机按钮后走完后一张再停机，使设计更加人性化;
    （5）在线纸张自动调整功能的实现。因为整个走纸过程是先正转，并且多转2英寸，所以可以通过减少反转的脉冲个数实现在线位置调整，每次反转后，都把反转尺寸重新设定会原值。
5.系统结构、电路图及编程
    （1）系统利用CP1H作为主控制器，CP1H上面安装两个通讯接口，一个是RS232,另一个是RS485,PLC通过232端口与触摸屏进行通讯，通过485与变频器进行通讯，PLC上还有一个USB接口，用作编程和监控用，PLC的脉冲输出直接给伺服驱动器，控制伺服电机。

（2）地址分配
    地址分配如附表所示，电路图省略。
    说明：程序中用到三路高速计数器，高速计数器0用来测量主轴的速度，高速计数器1用来测量主轴的Z相信号并产生中断的，高速计数器2用来显示主轴的位置，用来调整机械滚筒的位置，为厂家用。其他文章中没有介绍的信号和输出为一般开关量，比较简单，不再进行描述。附表 地址分配表

    （3）PLC编程
    PLC编程包括：速度转换、功能块通讯、PLC端口的设置：PLC端口1设为NT bbbb、以便与触摸屏通讯，端口2设为串行通讯，以与变频器通讯。图2示出PLC编程界面，图3示出速度转换梯形图，图4示出通讯梯形图。

6.调试概要
    印shua机调试主要是进给纸速度调试以及触摸屏各种显示信息的调试，理论上计算的速度并不一定完全适合现实生产，因而需要对速度进行现场调节，以便使机器达到佳性能。PLC方面的主要调试是功能块的通讯，使其能够满足实时性的要求。
7.结束语
    实践证明：采用OMRONPLC+触摸屏＋伺服系统＋变频器的印shua机系统解决方案是完全可行的，该方案造价低廉，系统稳定可靠，界面美观友好，功能齐全，通过触摸屏的操作即可在生产过程中加减速，以及查看报警，便于维护设备，因而增加了系统的灵活性，该系统开发成功后，受到了客户的，具有较大的市场推广价值。

一、前言

      螺杆冷水机组在工业冷冻行业应用很广泛，其中某些行业的生产线要求非常高，一年365天都不会停止。这就对冷冻设备的要求也是非常高。杭州邦联氨纶公司采用我公司模块式螺杆冷水机组（7台压缩机组成），制冷量是5880KW。原有的方案是采用单片机控制，一个控制器控制7台螺杆压缩机。但此控制方案大的缺陷是控制器坏了，7台压缩机都运转不了，可靠性非常差，难以满足氨纶生产线的高可靠性要求。

      目前PLC在各行各业应用得很广泛，并且PLC的可靠性非常高。改成PLC控制的方案后，每台压缩机都有一个PLC 控制器，使整个冷冻系统既可以根据总管温度协调控制各台压缩机(集中控制），又可以每台压缩机根据自己检测到的水温自动控制（分散控制）。因此任何一台压缩机的控制器有故障，都不影响其它压缩机的正常运行，极大提高整个系统的可靠性稳定运行。

二、控制方案介绍

1、控制设备简介
整个控制系统中，7台压缩机共用一个触摸屏作数据显示和操作，主机的PLC采用带以太网口的CPU，从机采用24点的CPU，每个PLC都需要配一个温度扩展模块和通信适配器，用以测量温度和扩展通信口。详细配件参数和输入输出配置见下表。

2、机组通讯系统介绍

      施耐德TWIDO PLC本体上自带一个RS485通信口，通过增加RS485通信适配器，增加了第二个通信口。触摸屏通过每个PLC的个通信口读取数据、发送操作控制命令和设备参数设置（见通讯系统图红色线部分），包括压缩机容调状态、冷冻进出水温度、冷却进出水温度、故障报警等信息。主机PLC通过第二个通信口读取从机PLC的数据，根据从机的运行状态和总管冷冻水温，发送命令控制各压缩机的能量容调状态（见通讯系统图黑色线部分）。主机PLC通过本身自带的以太网通信口，上传各个压缩机的数据和报警信息到中控室（见通讯系统图黄色部分）。

       上述的RS485通信口使用的通讯协议Modbus,波特率是19200，无校验，1位数据位；以太网通信口使用的协议是Modbus TCP/IP。下面是通讯系统图。

三、机组控制过程介绍

1、 机组启动过程

       触摸屏的“启动”按钮触摸后，控制器首先检测水温是否达到要启动的温度。启动前先比较7台机组的运行时间，运行时间短并且还没运行的机组首先启动。从机组接收到主机的命令后，首先启动机组对应的冷冻泵，接着是冷却泵，后机组从25％→50％→75％→100％容调状态依次加载。冷却塔根据冷却出水温度和压缩机联动，压缩机启动后，再检测冷却出水温度是否高于设定值才启动冷却塔，否则冷却塔不会启动运行，尽管压缩机已经运行了。

2、 机组停止过程

     触摸屏的“停止”按钮触摸后，所有压缩机马上以25%容调运行一段时间，再停止压缩机，防止下次启动重载启动。然后停冷却泵和冷冻泵。

      垂直分拣机是现代物流系统的重要组成部分，实现物料同时进行多口多层连续的垂直分拣。自动化、信息化以及方便地系统集成是目前物流行业控制系统发展的趋势。基于以上目的，提供以施耐德电气的小型控制器Twido 为中心整体解决方案。

      通过Twido控制器内置的以太网通讯口，和上位监控机进行实时的数据交换。同时根据本系统控制工艺的特点，在每层配置分布式I/O控制模块，通过CANopen分布式控制总线和Twido主机进行通讯，构成方便、可靠的分布式I/O控制系统。

2.本系统特点

1) 施耐德TWDLCAE40DRF控制器内置以太网通讯 口,可以方便的进行以太网通讯，极高的通讯速度（100/M, 10/M）使PLC与上位机的数据实时交换变得简单。同时内置的以太网口使PLC和上位机的硬件配置不需要增加任何的额外成本，经济性能非常优越。

2) 控制系统的模块化结构和标准的接口。应用Twido的分布式I/O功能，方便的实现控制系统的模块化、标准化。每层控制选用标准的分布式I/O单元（基于CANopen的分布式单元 ：OTB1C0DM9LP），分布式总线结构使硬件接线和软件编程更加简单、轻松。系统的模块化结构使控制具有强大的扩展能力。

3) 施耐德Twido 可编程控制器的以太网功能和分布式I/O结构，使系统的标准化成为可能。针对物流控制的特点，垂直分拣机作为整个系统的一个单元，需要预留标准的接口，同上位机监控系统进行实时的数据交换，以及现场检测元件的标准接口。整个系统预留标准的接口，具有极强的兼容性。

3.系统流程描述

      垂直分拣机功能是实现多口多层连续的物料垂直分拣。通过提升机构不断升高、下降的回转运动。物料在指定的层、口进入分拣机的隔板上。随着隔板的提升、下降动作到达指定的层、口，根据上位计算机或程控器的设定，物料从提升机中送出，进入输送带。整个工艺进入下一个环节。

      分拣机控制系统由上位计算机（或HMI）、Twido控制器、现场CANopen总线的分布式I/O模块、以及变频器、编码器等构成。

垂直分拣机的控制系统架构图如下：

控制流程说明(详见流程图)：

(1) 主要工作流程如下：分为进物料和出物料两部分进行平行处理

(2) 控制数据的设定：根据系统要求，可以通过网络由外部系统的主控单元设定数据，通过以太网传输至Twido控制器。也可以由上位机软机根据工艺直接进行设定。

(3) 控制功能的实现：物料由传送带送至入口处，PLC采集上位机信息，或根据内部逻辑控制，把物料送入提升机，到达指定位置，同时把该物料和隔板位置进行绑定，随着隔板的运动，PLC内部同时进行数列移位处理。到达指定出口升起提升机气缸，送物料至出口。

4.控制要求分析及实现

1) 基于物流行业的特点，要求控制系统实现信息化、模块化以及分布式控制和预留标准接口。施耐德Twido控制器，通过内置以太网、MODBUS通讯口以及现场总线的功能方便的实现以上功能。

2) 提升机工作的安全可靠性。本系统高速工作时，低故障率是所有控制的前提，通过不同的安全检测元器件实现本系统的稳定工作。包括：入口、出口物料位置的检测；物料进入提升机位置的检测；提升机内工作气缸位置的检测；以及物料是否完全送出位置的检测。同时配置编码器检测隔板传感器的安全性。

3) 物料和隔板位置的绑定处理：
物料从指定入口进入，同时和该隔板进行绑定。利用Twido的数据寄存器功能可以很方便的实现此功能。


      每个隔板绑定一对应数据移位寄存器，16只隔板和16个数据寄存器一一对应，寄存器随着隔板的提升同步进行数列移位。

      提升机工作时，隔板每提升一个位置，数据寄存器的值加1（当前隔板号加1）。当前隔板号等于该货物的出口隔板号（即出口4对应的隔板位置10）时，货物在该出口输出，同时寄存器清0，表明该隔板目前没有绑定货物。

      Twido可编程控制器具有停电保持功能，重新上电开机后，系统继续正常工作，不需要手工操作，取出提升机中的货物。大大提高生产效率。

5.系统总结

      垂直分拣机采用施耐德控制系统解决方案，Twido程控器内置了以太网通讯口、MODBUS通讯口，同时具有分布式I/O总线功能，实现了分拣机控制系统信息化、模块化以及分布式控制和预留标准接口的要求。经济上也更合理。施耐德系列产品良好的兼容性，以及产品优异的性能使控制变得更加简易、高效和稳定。