西门子6ES7231-0HF22-0XA0接线方法

西门子6ES7231-0HF22-0XA0接线方法

本文介绍了Rockwell PLC在十层电梯控制系统中的应用，该系统以PLC为主控制器，采用PWM直流调速系统和集选控制方式，实现了十层电梯的基本功能。

自1889年美国奥梯斯升降机公司推出一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。

一、电梯控制系统组成

电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLD）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。

十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。

（一）电梯的三个工作状态

1．电梯的自检状态

将程序下载到AB公司的MicroLogix1000型PLC后上电，PLC中的程序已开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层且电梯门处于关闭状态。电梯自检过程的目标为：为先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯首先电梯门处于关闭状态，然后电梯自动向上运行，经过两个平层点后停止。

2．电梯的正常工作状态

电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：

（1）电梯在检测到门厅或轿箱的呼叫信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。

（2）电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。

（3）当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。

（4）平层后，经过一定延时后开门，直至碰到开关到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯控制系统始终实时显示轿箱所在楼层。

3．电梯强制工作状态

当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时，应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上的消防/检修按钮按下后，使电梯立刻停止原来的运行，然后按下强迫上行（下行）按钮，电梯上行（下行）；一旦放开该按钮，电梯立刻停止，当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。

（二）电梯控制系统原理框图

电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。

图1 电梯控制系统原理框图

（三）电梯控制系统的硬件组成

电梯控制系统的硬件结构如图2所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。为减少PLC输入输出点数，采用编码的方式将31个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入PLC。

图2 电梯控制系统硬件结构框图

1．系统输入部分

系统输入部分分为两个部分，一是直接输入到PLC输入口的开关量信号部分，包括：控制台上的启动按钮、恢复正常工作按钮、消防/检修按钮、强迫上行（下行）按钮部分以及开关门行程到位开关。二是按钮编码输入信号部分。本系统为十层电梯系统，在轿箱内的选层按钮和门厅旁的向上、向下呼叫按钮共有28个之多，采用优先编码的方法将31个按钮信号编为五位二进制码。这里采用四片8位优先编码器4532和五个四二输入端或门4072组成32级优先编码器。

2．系统输出部分

系统的输出部分包括发光二极管记忆灯电路、PWM控制调速电路、轿箱开关门电路和七段数码管楼层显示电路等。

在PWM控制直流电机无线调速电路中，PWM产生电路接收来自PLC的八位二进制码，随着码值的改变，其输出的脉冲占空比也相应改变。轿箱开关门电路使用两个继电器、两个行程开关、直流电动机、功率反相器2003等构成控制电路。在七段数码管楼层显示电路中，七段数据管不经专用驱动芯片驱动而由PLC提供特定的二进制码直接输入。

　一、概述
　　
　　 随着人们生活水平的日益tigao，对建筑中瓷砖的美观要求也越来越高，形形色色各式色彩的瓷砖逐渐进入了人们的视野。
　　瓷砖上的花色是如何作出来的呢？本文介绍的陶瓷平板印花机就是将压好的砖坯上釉印花，再经过窑炉烧制就作成了美观的瓷砖,该印花机可印400*400到1000*1000的瓷砖,印600*600的瓷砖可达到每分钟14次,且调整容易,转换印花规格时不需更换零件,只须调整夹砖定位的行程和控制参数即可。
　　
　　二、系统控制组成及其工艺要求
　　
　　A）、系统构成和I/O配置
　　1.) 机座：用来支撑和安装各种印花部件的机架,保证整机运行时的平稳和水平.
　　2.) 花网架：:支撑花网使花网升起清洗.换网或下降准备布釉印花.
　　3.) 花网：按瓷砖设计图案制作好的丝网,当印花时釉料透过网孔粘附在砖坯上,经过烧制即
　　制成成品砖.
　　4.) 送砖部分:由送砖皮带、变频和电机构成,用于将砖坯送入印花机和将印过的砖坯送出印
　　花机至下一个工序.
　　5.) 印砖部分:由印花电机、变频、机头、刮刀构成，印花电机带动链条驱动机头前后移动，同时刮刀配合向前、向后、压紧、松开。
　　6.) 定位汽缸：当砖坯离开进砖检测电眼时延时升起挡住砖坯定位。
　　7.) 托铁：当定位汽缸上升、送砖皮带停止时托铁上升使砖坯升起缓停到定位处。
　　8.) 夹板：当砖坯准确停止后夹板夹紧砖坯以便印花时砖坯移位。
　　9.) 人机界面:显示变频器频率,设定各种动作延时时间,手动控制及实时报警显示。
　　B）、控制要求:
　　1)手动和自动两种工作状态可自由切换.手动方式时各部件均可通过按钮或人机界面直接操作调整,但其中多个点动按纽需在PLC内转为闭锁按纽。
　　2)自动运行时有三种印花模式,布釉印花,单次印花,重复印花.
　　3)在印花过程中,有时会出现断停皮带已停,但后面釉线的砖坯推挤使进砖电眼检测到砖,造成停机,因此在程序中增加了储砖功能,即印花时又检测到砖坯信号,等待印花完成复位再印,清除储砖记录,保证了印花机连续高效的运行.
　　三、系统控制技术方案：
　　输入20点，输出14点的I/O配置，选用艾默生EC20系列40点PLC EC20-2416BRA(24入/16出) ，HMI采用EView的触摸屏。送砖电机和印花电机选用两台艾默生SK系列系列1.5KW变频器进行控制。
　　3．1、方案框图

　　SK系列变频器频率通过MODBUS总线的通讯方式给定，PLC利用输出端子控制SK系列变频器的启动和停止。
　　3．2、变频器通讯协议设定
　　变频器频率给定通过PLC给定方式， SK系列变频器支持MODBUS协议，可与EC20 PLC组成485网络，下面是变频器端设置的参数：
　　（1）变频器通讯速度

　43号参数波特率需要和PLC系统块中通讯口设置一致。
　　（2）变频器通讯地址（键盘设定）

　　44号参数应该和网络上PLC和MODBUS设备地址不同，否则产生地址冲突。
　　（3）控制端子设定（键盘设定）
　　SK变频器选择通讯控制时，可设置PR11=0，端子B4必须和24V端子接通，屏幕显示“rd”,变频器准备就绪，这时变频器才能控制。如果B4和24V断开，屏幕显示“ih”,变频器禁用。
　　（4）控制字使能位设定（键盘设定）
　　串行通讯控制通过控制字PR6.42来实现，PR6.43是控制字使能位。首先设置PR6.43=ON，这样PR6.42才有效。PR6.43是参数，需要映射到Pr71-Pr80内，并在Pr61-70内修改。
　　(5)控制字设定（通过PLC程序改写）
　　(6)频率设定（键盘设定）
　　 由于SK变频器没有变频器频率给定参数，所以只有通过多段速预制值来实现。

　　5号参数要设为Pr,表示“4个预制速度”控制方式。只有在此模式下，变频器才能通过串口通讯设定频率。
　　(7)预制频率（通过PLC程序改写）

　　18号参数为预制频率1，PLC可以通过更改PR18的值来修改变频器频率。PR18对应寄存器地址（协议级）=18-1=17，PLC通过通讯修改协议地址17的值改变变频器频率。
　　（8）读取频率（通过PLC程序读取）
　　 PR85是电机频率，PR85对应寄存器地址（协议级）=85-1=84，PLC通过读取协议地址
　　84的值得到变频器实际运行频率。
　　3．3、. PLC设置
　　1、通讯口设置
　　如图：

　　站号即PLC地址，网络上必须唯一。MODBUS主站，RTU模式，其他和变频器一致。
　　2、PLC程序说明
　　 2．1、MODBUS指令说明
　　PLC是MODBUS主站，变频器是MODBUS从站。PLC通过MODBUS指令发送帧给变频器来读写变频器参数，变频器收到帧后根据不同的功能码返回帧。
　　帧结构：

　　MODBUS指令格式： MODBUS S1 S2 S3
　　其中：S1是PLC的通讯端口，只能是端口1，因为PLC的端口0只支持MODBUS从站，不能发送数据。S2是发送数据起始地址，S3是接收数据起始地址
　　使用MODBUS指令前，必须把发送数据赋值到S2开始的地址中。

　四、结束语
　　本系统具有以下几个特点：
　　1.连续控制精度高，工作稳定。
　　2.新增储砖功能，减少故障停机，tigao工作效率。
　　3.PLC内存容量大，能存放大量工艺参数，便于用户生成不同规格的产品，只需简单的调整，即能切换到不同的产品线的生产。

生产过程监视和控制中要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构,过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号,而且还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率上讲，有直流低频范围的，也有高频/脉冲尖峰。设备、仪表间互扰成为系统调试中必须要解决的问题。除了电磁屏蔽之外，解决各种设备、仪表的“地”，也即信号参考点的电位差，将成为重要课题。因为不同设备、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题。换句话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号有一个共同的参考点，也即共有一个“地”。进一步讲，所有设备、仪表的信号的参考点之间电位为“零”。但是在实际环境中，这一点几乎是不可及的，这里面除了各个设备、仪表“地”之间连线电阻产生的电压降之外，尚有各种设备、仪表在不同环境受到干扰不同，以及导线接点经受风吹雨淋，导致接点质量下降等诸多因素。致使各个“地”之间有差别。以示意图一为例.

图一 PLC与外接仪表示意图

图一中标明有两个现场设备仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备仪表发出信号。假定传送的均为0-10VDC信号。理想情况，PLC及两个现场设备“地”电位完全相等。传送过程中又没有干扰，这样从PLC输入来看，接收正确。但正如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差，举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了,同时1#,2#设备的“地”线在PLC汇合联接。将0.1V电压施加在PLC地线条上，有可能损坏PLC局部“地”线，同时在显示错误数据，由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司的生产线调试中，使用美国AB-PLC接国内某厂家手操器。AB-PLC的数据采集板有每八个通道，八个通道共用一个12位A/D，经过变换后，由12个光耦实现与主机隔离。它的八个通道输入之间并没有隔离，致使八个通道输入信号每个单独接入采集板均正常，接入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳，故障无法排除。又如航天某部门测试发动机各点温度，使用K型偶作为传感器，同上述相似，仅测试一点一切正常，但是向主机接入两点或两点以上温度时，显示的温度明显错误。这两种情况在接入隔离器后，均正常。

隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着+10V干扰的10V-20V经隔离后均为0-10V，也即隔离后新建立的PLC“地”与外部设备、仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，也即它们之间没有“地”的关系。

上面谈了输入到PLC信号的隔离，同样在PLC向外部信号设备传出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器亦能达到解决问题的目的。

谈到PLC向外部设备、仪表发送信号，有一种情况经常遇到：要求PLC的输出即能给显示仪表，又能传送给变频器一类的设备。欲彻底解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器。这种隔离器即实现PLC输出信号与外设隔离，同时实现外设之间隔离。如图二.

图二 隔离式信号分配器典型应用

有时现场仪表在配套时，由于协调不利，产生了如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为两线制方式，也即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联.接口两根线：一个为24V正极，一个为250Ω一端，适于连接现场两线制变送器。假如现场设备为四线制变送器，输出4-20mA。这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份接入一个标准的两线制变送器，以应对接收设备的接口。如图三.

图三 解决电源冲突的方案

隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件常称为三隔离或全隔离器件. 从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。

如果处理4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。如图四.

图四 省去外接电源的电流隔离器

显然省去外接电源，使接线更简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。

WS1562的大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点,但也带来了使用上的局限性.WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送,从另一个意义上讲是功率传送,内部的功率损耗必不可少.损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时，输出端250Ω上的电压为5.0V,而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×（8.8V-5.0V）=76(mW),也即内部损耗为76毫瓦.从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻大值为8.8V/20mA=440（Ω）。换言之，在这种情况下输入的4-20mA电流源必须具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件.

从隔离角度看二线制变送器（含压力、温度、liuliang…），分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是tigao抗干扰能力.

二线制变送器的隔离有两种方式.一种方式传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中.对现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定.图五给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。

图五PLC两种接口与隔离配电连接示意图

另一种方式是传感器和变送器分成二个部分，传感器放置在现场指定地点,变送器制造成隔离式放置在控制室中。面对PLC两种接口方式，图六给出了以Pt100为传感器的隔离变送器使用连线图。附带说一点，处理Pt100这类温度变送器都考虑到了Pt100的长线补偿及线性化处理。

图六 二种隔离温度变送器

隔离端子品种繁多,接口处也不尽相同,如何正确选择是设计中的重要问题。图七标示出两个端子排与外部仪表相连接图。用以说明选择方法。

图七 隔离器选型示意图之一

A、B表示向PLC输送信号的外部仪表

C、D表示PLC、DCS及显示仪表等接收信号设备

如果外部仪表为A方式，接收信号仪表为C方式，可以选用WS1522、WS1562信号隔离器。

如果外部仪表为A方式，接收信号仪表为D方式，可以选用能避免电源冲突的WS9030信号隔离器为宜。

如果外部仪表为B方式，接收信号仪表为C方式，选用隔离式配电器为宜。例如WS1525,它即可以为B供电，又解决了隔离问题。

如果外部仪表为B方式，接收信号仪表为D方式，未见有在市场上销售的产品。不过经过和生产厂家进行技术协商，一般能够解决。

图八 隔离器选型示意图之二

图八所示选择相对简单。例如输入为Pt100或K偶接受设备为C方式，选用三隔离式WS9050,WS9060为宜。

若接收设备为D方式，选用两线制隔离的WS2050、WS2060为宜。

只要外部设备及接收设备方式确定了，选用就很简单。

隔离器外型采用导轨安装，接线采用接线式，这种方式亦称隔离端子，适用安装在机柜中。

在隔离端子电路前部安装进口IC(集成电路)公司的专用电路,实现温度隔离变送,虽然比零件组装式(诸如用廉价OPA)成本高，但在长期性能稳定性、可靠性方面是零件组装无法比拟的。引入优质元器件是隔离端子稳定可靠的基本保证，同时专用IC在功能上诸如长线补偿、恒流驱动、线性化性能齐备。

隔离端子设计日趋小型化，那么小型化的目的就是少占空间。当然应该允许用户密集安装，密集安装就存在散热问题。换句话讲，必须降低内部功耗。

现在市场出现了许多以CPU为核心的隔离端子，具有现场可编功能及通信功能，有很高的灵活性，对顾客来讲可以减少库存数量,降低资金积压。以CPU为核心的隔离端子必定将成为这一领域主流.