西门子6ES7222-1EF22-0XA0接线方法

西门子6ES7222-1EF22-0XA0接线方法

　1 引言

　　修水县是江西省的蚕桑大县，蚕丝产量是该县的经济支柱，且关系到千家万户农民的切身利益，为了提高蚕种的产量和质量，促进蚕桑经济的发展，该县蚕桑局委托我们开发蚕种孵化过程的温湿度实时控制系统。

2 系统结构及控制流程

　　修水县蚕桑局蚕种孵化楼共三层，每层有6个孵化室，根据技术要求和孵化室的地理位置，我们采用了按层控制的方案，即每一层的6个孵化室为一个独立的控制系统，使用一个PLC对其温度和湿度进行控制，各PLC通过双绞屏蔽线与工控机互联，整个系统为二级计算机监控，系统结构如图1所示。图中温湿度变送器采用北京昆仑海岸传感技术中心的JWSF-3AC-E型温湿度变送器，该变送器为三线制电流远传，输出为标准的4～20mA电流信号（两路）；巡检仪也采用北京昆仑海岸传感技术中心的XSL/A16BS3巡回检测报警仪，具有16通道4～20mA电流输入（实际只用了12通道，其中6个温度通道6个湿度通道），输出为数字信号，共19位，其中D18～D14为通道编码，D13为极性，D12～D0为温湿度数值，各通道数据分时巡回输出，通过设置各通道的量程上、下限还可巡回显示各通道的温湿度数值；PLC采用西门子S7-200系列CPU226（增加扩展模块EM223），由于西门子PLC提供的是RS485串行接口，而工控机只提供了RS232串行接口，所以在PLC和工控机之间必须使用RS485/232电平转换器。

　　控制方案为：安装在各孵化室的温湿度变送器将孵化室的温湿度信号转换成4～20mA的电流信号并送至巡检仪，巡检仪根据事先设置的量程上、下限将电流信号转换成温湿度数据并巡回显示，同时还以二进制形式巡回输出这些数据至PLC，PLC以开关量的形式采集这些二进制数据，并按照规定的格式将这些二进制数据转换成各孵化室的温湿度数据，然后与按工艺要求设定的温湿度数据进行分段比较、判别，发出控制信号，控制信号经控制板功率放大，驱动相关执行器（空调、加热器和补湿器）实施孵化室的分段温湿度控制。采用上述控制方案既保证了在工控机或通信发生故障时，可根据巡检仪显示的数据，采用人工调节的方式对孵化室的温湿度进行控制，又避免了在PLC中增加A/D转换模块，从而确保了系统的可靠性，降低了成本。

3软件设计

　　根据控制方案及用户要求，工控机主要完成下列功能：工艺流程的设置，控制参数的修改，实时数据的显示、报警及保存，蚕种销售的管理等。我们选用Delphi作为前台程序设计语言，设计各种人机界面和工控机部分的通信程序，Microsoft Access作为后台数据库系统，用于保存各孵化室的分段温湿度设定值、整点实际值、报警记录及蚕种销售记录等，修改控制参数的人机界面如图2所示。

　　由于工控机既要完成人机界面操作，同时又要与PLC进行串行数据通信，为了保证人机界面的操作不影响数据通信的正常进行，而数据通信的进行也不会造成人机界面的停滞或反应不及时，我们在程序中引入了多线程的机制，将程序处理的任务分为两个线程：响应用户操作线程和数据通信线程，并且把响应用户操作线程作为主线程，该线程具有高优先级，以保证系统能够快速响应操作员的各种操作，而数据通信线程的优先级设为较低。

　　PLC部分的程序主要完成各孵化室温湿度的实时采集，并与设定值进行比较、判别，发出控制信号，控制空调、加热器、补湿器及电机的启停，确保空调、加热器及补湿器两次启动的短间隔时间满足系统设置的要求，还确保了空调（用于制冷）和加热器不会同时开启。PLC的另一个任务是与工控机进行串行通信。

4串行通信

　　西门子S7-200系列PLC的通信口主要有两种工作方式：PPI方式和自由口方式，PPI方式专门用于西门子PLC与其编程器或人机接口产品之间的通信，不对外公开，而自由口方式完全对用户开放，采用自由口方式，S7-200系列PLC可以与任意具有串口的设备进行通信。

　　自由口通信采用主从方式，工控机为主站，PLC为从站，PLC始终处于被动状态，随时准备接收计算机的通信请求帧，只有在PLC接收到工控机发送来的请求帧后，才能回送相应的帧。工控机发送请求帧采用周期性通信，周期为10秒。本系统采用半双工方式通信，物理层采用RS485协议，波特率为9600bps，数据长度8位，停止位1位，采用奇校验。

　　工控机部分的通信程序由Delphi实现，利用Delphi实现串行通信的方法有多种（如使用控件、调用API函数、嵌入汇编、调用动态链接库等），我们采用了SPComm控件实现串行通信，其主要属性有：CommName、BauRate、ParityCheck、ByteSize、StopBits等，分别用来设制串口名、波特率、是否校验、采用奇还是偶校验、数据长度、停止位数等，主要方法有StartComm、StopComm，分别用来打开和关闭串口。

　　本系统中工控机与PLC之间传输的信息有两种：工控机发送的组态数据（温湿度的设定值，空调、加热器、补湿器两次启动之间的短间隔时间等）和PLC发送的现场数据（主要是各孵化室的温湿度数据和空调、加热器、补湿器及电机的状态），因此，我们定义了如下通信协议（其中XX为从站号）。

　　每当PLC接收到工控机发出的信息后即触发中断服务程序，中断服务程序根据事先定义的帧格式（即通信协议）识别其内容，作出相应的响应。在工控机发送组态数据时，若出现无应答、应答错误或累计和错误，工控机延时10秒后再发R命令，若连续6次出现上述情况，则发出通讯错误报警。在工控机接收现场数据时，若出现无应答、应答错误，上位机延时10秒后重发T命令，若连续6次出现上述情况，也发出通讯错误报警。

　　目前设备远程控制在远程数据采集、安防、设备监控等领域得到广泛应用。本文以三菱PLC的远程控制为例讲述卓岚联网产品在设备远程控制方面的应用。提出了域名系统、NAT技术、断网恢复机制是实现设备远程控制的三大关键技术。
　　在该应用案例中，用户具有分布于世界各地的PLC，用户想通过任何一台能够连接到Internet的计算机对PLC的工作状态进行访问和修改。远程控制技术，避免了用户需要到现场诊断的麻烦，节省了人力物力。
　　上海卓岚科技的联网产品包括：嵌入式设备联网模块、串口服务器等。使用卓岚联网设备进行设备远程监控的示意图如下图所示。

    如图所示假如用户设备是一个类似PLC的带串口（DB9）的设备，则可以通过卓岚串口服务器连接到网络；如果用户设备电路板是可以重新设计的，则可以选用卓岚联网模块，并将其集成到用户电路板。两种方案在原理上是相同的。
    在远程计算机端，卓岚科技提供了3种方式方便用户和联网产品通信：
1．卓岚设备管理DLL+VB等程序。提供的DLL设备管理函数库，可以被用户程序所调用，用户只需使用提供的open、close、send、recv
   函数，即可实现通信。
2．串口程序+虚拟串口驱动。例如三菱PLC需要通过MELSOFT开发环境和PLC通信，某些Modbus设备则通过三维力控软件和设备通信，它们
   都是现成的串口程序。使用卓岚虚拟串口驱动，可以在网络化升级后，仍然使用这些串口程序。
3．Socket网络程序：对于用户，可以选择通过TCP/IP直接和联网产品通信。

　　域名系统的支持是远程控制的关键技术。目前网络接入以ADSL接入网络占绝大多数，但是若远程计算机通过ADSL联网，每次的IP是不同，必须解决设备如何知道远程计算机IP的问题，解决的方法是动态域名系统。
　　在卓岚远程控制技术中，远程计算机通过动态域名服务在每次联网时都可以获得全球唯一的域名，例如yourname.gicp.com。卓岚联网产品支持域名，可以用域名指定通信的的目的地址，例如将其设置为yourname.gicp.com。
　　这样，无论远程计算机在何时何地通过ADSL接入网络，卓岚联网产品都可以在时间和其建立TCP连接。

　　NAT技术是解决两个内网之间计算机如何互联的技术。对于初次接触TCP/IP的用户，可能对于内网IP（例如192.168.0.200）、外网IP（例如114.123.223.12）、外网计算机如何访问内网计算机比较迷惑。外网计算机连接内网计算机时，不能简单地向该计算机的内网IP发起连接。这里关系到网络地址映射NAT技术。NAT技术可以在ADSL路由器上做一个NAT映射，将用户的内网IP映射为外网IP和端口。
　　在卓岚的设备远程控制应用案例中，提供了如何使用网络地址映射（NAT）技术实现网络连接的操作步骤，由于篇幅所限这里不详述。

　　TCP连接的不正常中断在设备远程监控中比在局域网中更加常见，因为在Internet环境下，中间的任何一台路由器出现问题都可以导致连接中断。
　　断网在远程监控中产生如下问题：假如客户端和服务端建立TCP连接后，服务端由于掉电等原因重新启动，那么客户端将不再能够和服务端建立连接。原因很简单，因为客户端认为连接已经建立，这导致了服务端无法向客户端发送数据。
　　心跳包技术是目前常见的断网恢复机制，但是该方案并没有写入TCP/IP规范，原始是心跳包技术存在很多争议的负影响，例如增加了网络负担等。
　　卓岚的设备管理DLL库和虚拟串口驱动内部集成了创新的断网恢复机制，采用优于心跳包的技术，可以在服务端、客户端、中间路由器任何一方断网情况下，迅速恢复连接。

　　域名系统、NAT技术、断网恢复等关键技术保证了使用卓岚产品在实现PLC的远程监控方面的方便性、稳定性。

1 引言
         传统桥式起重机的电力拖动系统采用交流绕线转子异步电动机转子串电阻的方法进行起动和调速，继电—接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：
1.1 桥式起重机工作环境恶劣，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。
1.2 继电—接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。
1.3 转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。
年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日新月异。其中，具有代表性的交流变频装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在桥式起重机拖动系统中的应用提供了有利条件。

2 系统硬件构成
PLC控制的桥式起重机变频调速系统框图如图1所示

桥式起重机大车、小车、主钩，副钩电动机都需独立运行，大车为两台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器传动，并由4台PLC分别加以控制。
2.1 可编程控制器：完成系统逻辑控制部分
控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入PLC，PLC经处理后，向变频器发出起停、调速等信号，使电动机工作，是系统的核心。
2.2 变频器：为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的调速。
2.3 制动电阻：起重机放下重物时，由于重力加速度的原因电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。
桥式起重机大车、小车、副钩、主钩电动机工作由各自的PLC控制，大车、小车、副钩、主钩电动机都运行在电动状态，控制过程基本相似，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现基本相同，而主钩电动机运行状态处于电动、倒拉反接或再生制动状态，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现稍有区别。控制小车电动机的变频器与PLC控制原理图如图2所示。 

3 结束语
        利用PLC控制的变频调速技术，桥式起重机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速时间都可根据现场情况由变频器设置，调整方便。负载变化时，各档速度基本不变，调速性能好。若是改造原有系统，大小车电动机仍可采用原有的绕线转子异步电动机，将转子绕组引出线短接，去掉电刷和集电环，节省更换电动机的费用。

　PM系列可编程序控制器是台达电子集团推出的专门用于两轴运动控制的又一精品力作，其具有双轴直线/圆弧插补功能，内建两组AB相差分高速输出，高速脉冲输出频率可达500kHz，并具有两轴AB相的反馈输入，可实现闭环控制系统，兼容G-Code/M-Code，可载入由CAM译成的G-Code，更可实现如CNC机具有的复杂两轴直线/圆弧插补运动控制要求。此外，DVP-PM既是运动控制主机，也是扩展模块，除可当成运动控制主机单独运作外，也可成为另一台PM或是EH2系列主机的运动功能扩展模块，运动行程预先规划载入至PM内（slave），主机仅需下达起始与停止命令，扩展模块的PM即可自行动作不影响主机扫描时间，还相容EH2主机特殊扩展模块，共用EH2系列的点数扩展及与特殊扩展模块，具备弹性的应用功能。

　　目前，台达子公司——中达电通就成功地将20PM应用于玻璃的喷漆设备中，取得了良好效果，获得用户好评——客户在北京的玻璃机械展中借助PM系列PLC展示出了机器的优异性能和控制效果，并当场获签一批订单。该客户原来用某品牌PLC加文本显示器控制，对比台达PM系列加台达触摸屏，成本并没有增加多少，功能却提高很多，让整个设备的功能和控制精度上升到一个新的水平，总结优点如下：
1、 使原来两行的单一英文操作界面变成支持多国语言的彩色触摸屏，满足国内外用户
的需求。
2、 可存储多达100种以上不同产品加工参数，极大地方便用户和提高整个设备使用效率。
3、 简单直观的参数输入界面，人性化的人机交流窗口，全面丰富的设备运行状态监视。
4、 可载入G-Code，使用户能借助CAM加工复杂图形的产品。
5、 控制精度高，可达1um。
6、 可显示当前位置、步骤、状态和加工时间。
7、 可在任何时候随时暂停，随时继续。
8、 可设定的加减速时间。

　　相信这款经过精心打造的经典产品的高功能，未来能在更多的行业当中展示出它的光彩。

关于台达电子集团

　　台达电子集团创立于1971年，总部设在台湾台北，在美洲、欧洲以及亚洲均设有生产、销售据点及技术研发中心。作为全球大电源管理系统供货商和工业自动化领域的，台达电子集团同时还是全球显示器、电子零组件以及网络产品的主流供货商。2007年，集团营业收入预估将达50亿美元（约合人民币380亿元）。在工业自动化领域，台达凭借在电力电子及控制技术方面累积的经验，自1995年开始生产变频器以来，产品线不断扩张，至今已拥有驱动、控制、运动三大类系列齐全、先进可靠的自动化产品，并在以无穷的创新力，促使世界自动化科技不断进步。

关于中达电通

　　中达电通股份有限公司成立于1992年，总部设在上海浦东，在大陆拥有35个分支机构和服务网点，是国际跨国巨头——台达电子集团的子公司。承袭母公司的高质量光环，中达电通致力于将高效节能科技与应用工程的完美结合，提供一体化的集成方案，与客户一同创建竞争优势。在工业自动化领域，中达电通以优质的产品，深入了解行业工艺提供量身定制的整合方案及全球联保的服务，为广大行业客户交口称誉，客户领域遍及纺织、机床、印刷、包装、楼宇、机械等众多行业。中达电通为工业级客户提供自动化、动力及视讯产品与集成方案，是您可信赖的合作伙伴。

      施耐德公司是较早的PLC生产厂商之一，其中Modicon PLC的性能在PLC中是佼佼者。Modicon PLC应属于高端PLC，价格相应与其它的PLC较高。
         我公司初期输煤程控系统使用的PLC是OMRON的C200HS，运行3年后，经常出现系统输出全部归零的现象，致使所有运行设备停运，给运行带来不安全。经过热控检修人员和厂家检查，排除了现场影响因素，后归到PLC系统上，但终未得到彻底解决，后决定更换PLC。经过多方考证，终确定使用工作性能较好的高端PLC：Modicon Quantum 系列PLC。原使用的系统中间继电器均为220VAC，且对感应电压比较敏感，由于前期安装问题使得系统内有较强的感应电压，所以同时把输入和输出隔离继电器也一同更换了，为适应现场要求输入应为220VAC继电器，输出则使用24VDC继电器。
整个系统的结构如下图：

系统组成：电源——140 CPS14 20 PS15／230 VAC、主控单元——140 CPU43412A 486 CONTROLLER、通信模块——140 NOE 771 01 ENTERNET 10／100、开入模块——140 DDI 353 00 24VDC IN 、开出模块——141 DDO 353 00 24VDC OUT、输入模块——141 ACI 030 00 ANALOG IN、以太网交换机——EDS-305-M-SC、上位机——DELL。
主控单元：140 CPU43412
配置：Inbbb 486（66MHZ）、2个RS232、1个RS485、2M的RAM、1M的闪存。它在Quantum 系列PLC中属低端产品。
        系统分为上层软件和下层软件，上位机在下层软件编制用户程序后，下装到PLC的CPU中，并通过下层软件对CPU进行相应的设置。上层软件主要是用来监测和控制，上层和下层通过地址传送数据。
用户程序用LD（梯形图）进行编写，编写逻辑按照输煤运行程序和要求进行。同时分程控手动运行和自动运行，二者切换通过画面中的软切换开关进行切换。为了安全起见，在现场还安装了远控/就地转换开关，实现了三位控制。使得系统运行的可靠性大大加强，同时也便于检修。
      在安装过程中，特别注重了PLC的接地问题，重新做地，使PLC有了单独的地，此地的接地电阻达到标准＜0.5Ω，保证PLC的稳定运行。

整个系统的工作过程：
1. 开关量现场信号经过中间继电器隔离送入DI模块，由DI模块送入主控单元的输入映像区，在CPU进行循环扫描时，从输入映像区中取数据，执行用户程序，给予相应的输出，此输出送至输出映像区，再由输出映像区送至输出模块，经隔离中间继电器控制现场设备。
2. 现场模拟量信号直接以4－－-20mADC信号送至AI模块，由AI模块经过A/D转换等处理后，以数字量信号的形式送入输入映像区，在CPU进行循环扫描时，从输入映像区中取数据，进行显示和参与相应的控制。
3. 整个系统的操作控制是通过两台上位机（即操作员站）进行，上位机与PLC通讯是通过通讯模块NOE和一台以太网交换机进行的。上位机网络为10/100M以太网。两台上位机可同时进行操作，也可一备一用。
系统改造后（已运行5年），运行一直较为稳定。未出现过误动和停机现象。

水泥厂自动化技术的迅速发展，对水泥厂主要设备磨机的自控系统提出了更高要求，因此磨机自动控制系统的可靠性、安全性，不仅影响磨机自身的各个参数，而且还对上位机监控系统，整条生产线的产量产生重大影响。磨机系统由主辅传动电机、主减速机、进出料端轴承、筒体及对应各部分润滑系统组成。电控系统不仅要求对磨机各润滑站的油压、油温、油流、液位、主电机定子温度、轴承温度，主减速机油温、轴承温度、进出料端轴瓦温度进行监控，而且要对磨机起动装置——液体变阻器和动静压轴承系统进行智能化控制，需控制的开关量、模拟量达200余点（路），显然采用常规的继电器逻辑控制和仪表控制不能完全满足系统要求，且系统开关元件多，故障率高，而采用PLC可满足磨机系统要求。
1　PLC功能简介 　　
　　本系统采用日本光阳公司SU－6B型PLC，模块化结构，其电源模块供电电压AC85～132V／170～264V，环境温度0～60℃，整机绝缘等级、耐压、耐震动、耐冲击性、抗干扰性等均适合工业现场的恶劣环境；程序语言为梯形图／级式并用，指令数191种，程序存储采用UVPROM和EEPROM存储器盒，输入输出可扩展大至512点，其中输人320点，输出320点，内部继电器1024个，定时器256个，计数器128个，还有许多特殊功能继电器，无论在硬件上、软件上均能满足磨机电控系统的要求。此外程序编制调试完毕以后，再输入密码，可对程序加密，防止非人员改动，保证系统可靠的运行。
2　液体变阻器的控制 　　
　　磨机起动采用液体变阻器，控制系统硬件配置见图1。测量极板限位选用四个金属接近开关，型号SA－2105B－110V，测温元件选用WTZ－288双接点温度计，液位继电器选用UQK－02～110V，性能可靠的一次元件为程序的运行提供了可靠的保障。当系统液位、温度正常，且检测到主机运转信号后，液体变阻器极板开始下降，此时开始计时，若定时器时间到，而极板还未接触到下限位开关，因而转子接触器没有闭合，则说明系统异常，自动地发出系统异常信号，停止主电机。若在定时器设定的时间范围之内，变阻器极板下降到下限位，接近开关发出信号，则转子接触器合闸，将转子电阻切除，主电机正常运转。然后极板又自动地上升到上限位开关位置处停止，为下次起动做好准备。液体变阻器控制软件流程见图2。
　 
图1　液体变阻器控制系统硬件配置图
1LS1极板上限开关；1LS2上极限开关；2LS1极板下限开关；2LS2下极限开关； GC1主电机定子合闸开关；ST液箱温度高；SL液箱温度低；GC2主电机转子短接开关； Q1极板电机控制开关；Q2液泵电机控制开关；1KM1控制极板上升接触器； 1KM2控制极板下降接触器；2KM1控制液泵电机运转接触器；KM3切除液体变阻器的接触器； KM4液体变阻器系统正常；H1极板上升或上限指示；H2极板下降或下限指示； H3液箱状态（包括液温、液位等）指示
　 
图2　液体变阻器控制软件流程图 　 　
　液体变阻器同频敏变阻器相比，由于液体变阻器属于无感电阻，且变化平滑，比其他变阻器波动小，因此功率因数高，可使电机的起动电流控制在1．3Ie以下，增大了起动转矩。当电网电压发生波动，低于额定电压时也能正常起动。但是若在起动过程中，上、下限位开关触点接触不良或在正常运转过程中转子短接接触器触头损坏不通，均会使液体变阻箱在极短时间内发生“开锅”现象，损坏其内部绝缘套筒及绝缘套管，使变阻器不能工作，严重时会使其机械传动机构也损坏。由于转子侧电流较大，这种故障发生时间即使很短，也会造成重大损失，且不易被操作监护人员发觉。通过温度检测，利用PLC丰富的软硬件资源进行优化设计，可对变阻器起到保护作用。
3　动静压轴承润滑控制系统 　
　　为了减少轴瓦磨损，提高轴瓦寿命，大型磨机进出料端润滑系统均采用动静压控制。动压系统是保证轴瓦润滑；静压系统的作用是，当磨机起动前，中控系统发出静压系统起动信号I20＝1，根据转换开关的状态，相应的高压泵工作，若在设定的时间内压力达不到正常值，或此泵出现故障，备用泵立即投入运行，两泵互为备用工作方式，当压力达到正常值时，磨机筒体即被顶起，处于“悬浮”状态，大大减小了起动矩，此时并向系统发出允许主电机合闸信号，使磨机起动。当磨机故障或正常停机时，静压系统立即投入运转，使磨机在“悬浮”状态下平稳停机。 　　磨机静压控制系统硬件配置及软件控制流程与图1、2类同，在此不赘述。
4　结论 　　
　　利用PLC将磨机的各个润滑系统、液体上阻器等检测点的温度、压力等信号分别送入PLC的A／D模块和DI模块，使整个系统减少了大量的内外部连线，省掉了许多常规元件，系统可靠性大大提高，且操作简单，通过模拟盘可随时查找任何点的故障。这种系统已在苏州扬子水泥公司3台ф3．4m×7．5m＋1.8m烘干磨，4台ф3．5m×11m水泥磨，苏州天平集团2台ф3m×11m水泥磨中投入使用，在几年的运行中均没出现问题，大大地提高了系统的自动化水平和设备的安全性。