西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8物优价廉

更新时间：2024-05-08 07:10:00

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详细介绍

西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8物优价廉

1 前言

随着科学技术的发展及制造技术的进步，社会对产品多样化的需求越来越强烈，产品的更新换代周期也越来越短，中小批量生产的比重明显增加，从而对制造设备提出了更高的要求。为满足市场的需要，要求制造设备具有高效率、高质量、高柔性及低成本的性能，数控机床作为一种自动化的加工设备而被广泛采用。同时，随着现代机械制造业向更高层次的发展，数控机床也必将成为柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）以及计算机集成制造系统（CIMS）的基础装备。计算机数控系统作为制造形状复杂、高质量、高精度产品所必备的基础设备，己成为当今先进制造技术的一个重要组成部分。

PLC（Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器是20世纪60年代末期逐步发展起来的一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC作为计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品，也是开放式数控系统中不可缺少的重要组成部分。它在处理开关量的控制问题时起着重要作用。现代先进的数控机床一般可分为机床床体（MT）、NC和PLC三部分。数控机床中NC和PLC协调配合共同完成对数控机床的控制，其中NC主要完成管理调度及轨迹控制等“数字控制”工作，PLC主要完成与逻辑有关的一些动作，如刀具的更换、工件的夹紧及冷却液润滑液的开停。PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制中得到极为广泛的应用，成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。

在数控机床上有两类控制信息:一类是控制机床进给运动坐标轴的位置信息，如数控机床工作台的前、后、左、右移动;主轴箱的上、下移动和围绕某一直线轴的旋转运动位移量等。这些控制是用插补计算出的理论位置与实际反馈位置比较后得到的差值，对伺服进给电机进行控制而实现的。这种控制的核心作用就是保证实现加工零件的轮廓轨迹，除点位加工外，各个轴的运动之间随时随刻都必须保持严格的比例关系。这类数字信息是由CNC系统（专用计算机）进行处理的，即“数字控制”。另一类是数控机床运行过程中，以CNC系统内部和机床上各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号的状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序，对诸如主轴的开停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系系统的运行控制。这一类控制信息主要是开关量信号的顺序控制，一般由PLC来完成。

2 精密切割数控机床的功能分析

精密切割数控机床是通过数控系统以数字方式控制刀具的运动以实现对工件的切削，在编写数控车削加工程序时，并不考虑刀具。在加工前，用户必须将刀具的X轴补偿量、Z轴补偿量、刀尖圆弧半径、刀尖形式共四种补偿参数输入数控系统，由数控系统根据程序，进行补偿运算。这四种参数中，刀尖形式按数控系统的规定予以确认，刀尖圆弧半径可由R规测量，而刀具的X,Z轴补偿量的测量则相对困难一些，使用自动对刀仪能很好地解决这个问题，为此，数控机床及加工中心大多配置了各种不同类型的对刀装置，如机外对刀仪、机内光学对刀仪、接触式自动对刀装置等。由于车削中心对一般的数控车床刀具夹持标准化程度不高，因此采用机外对刀仪的对刀精度相对较低，而且专用机外对刀仪成本较高，操作复杂，需要专门的操作空间，所以实用性较差。而采用机内接触式自动对刀装置无疑是一种简便、快捷的对刀方法，它能方便地自动测量刀具的固定刀补值，大大减少对刀时间，提高机床的加工效率。所以本文旨在设计一种机内接触式的数控车床，实现数控车削前的精密对刀，提高生产率，降低加工成本。需要解决的问题主要有以下方面:自动对刀仪需有高精度的电子测头（传感器），能够准确在触发点触发，有较快的反映时间;对刀仪的测头与刀尖刚性接触，需加缓冲装置，对测头表面保护，压力需控制在1～10MPa左右，这样才不会对传感器的测头造成损坏，形成凹坑;系统能利用机床本身的位置测量装置进行测量，通过对不同刀尖触发点坐标（X,Z）的记录，可以方便地得到一组坐标值，分析计算后便可确定各刀刀补值;安装和固定对刀仪的装置（联接臂）应达到相应精度要求，满足平行度与垂直度要求，且要有较好的刚度和易操作性。

3 精密切割数控机床总体设计

对精密切割的功能，主要需保证刀具切割精度，因此要求对数据机床的主要部件一一传感器的精度得到保证，传感器的作用是感知和检测某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息，将被测量（刀尖位置这个物理量）按照一定的规律转换成可用输出信号（电流、电压）表示的物理量。精密切割的数控机床传感器由以下几部分组成：

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图一：数控机床传感器组成

在本文中，传感器的选用应有相当的精度，完成以下功能:1）、实现对X轴和Z轴两个方向的传感，对刀仪要得到X轴和Z轴的坐标值，必须使不同刀具在相同的点触发传感器，进而运用机床数控系统的功能再结合编程实现该点坐标值的获取。实际上传感器要完成的功能是一个开关量，不同的刀具在相同点触发即可。2）、由于刀具偏角的不同，传感器不能做成X轴向和Z轴向相互垂直的两对传感器，这样对Z向坐标的时候，得到的刀尖点可能不是真实的刀尖点坐标。

本文采用的是机械式开关传感器，用机械触发的方式得到一个开关量的输出，当刀尖与传感器触发并行进到预设位置时，电路接通得到触发信号。机械式传感器相对来说精度是差一些，但只要设计合理，也能将误差控制在合理的范围内。另一方面，可自行设计以兼顾刀具刀偏角的不同和传感器的大小及联接方式。此种传感器简单适用，成本较低，具有很大的市场推广价值。

4 PLC与数控系统编程

NUM1020/1040数控系统是NUM于1995年开发出的全新数控系统，是紧凑且功能完善的32位数控系统，并且和NUM1060系列系统完全兼容。它特别适合于1～6轴的数控机床，其硬件特点如下：采用CISC（超大规模集成电路）技术的GSP主板;主板上连接可插接（分离的）小模板，由于考虑到数控系统和系统外部的联系，NUM把和外界联系的功能模块制造成可插接小模块，便于用户将来的维护。具体分为轴模块、显示模块和通讯模块;NUM1020/1040采用+24VDC为其电源输入，由于数控系统是弱电电路，采用+24VDC为电源输入，可以大大降低其热源和不稳定因素的影响。用户可以把+24VDC稳压电源放在电气柜内，大大提高了整个数控系统的可靠性;PLC功能的内部集成，PLC功能的内部集成化，提高了PLC和CNC的内部通讯能力，增强了数控机床的逻辑控制;PLC的32输入和24输出模块，NUM的32输入和24输出模块可以和外围的电路相连接，而这种模块通过NUM提供的电缆和NUM数控系统连接，提高了整个机床的可靠性。（如果有问题，只能损坏这种模块，不会对数控系统造成损坏）;光纤技术的通讯，PLC输入输出点的扩展，通过光纤进行连接，简化了线路的连接;轴转接模块，机床的编码器和到伺服的线路可以直接联到此模块上，并通过它和数控系统的轴板进行连接，提高了数控系统的可靠性。另外，NU M的轴连接和其它数控系统不同，NUM的轴模块连接此轴的所有信息（如编码器、速度信号、回零开关）。如果机床的轴有问题，可以直接把轴模块上的插头相对换，就能很快地查出问题所在（系统内部或外部）;轻巧实用的紧凑型操作面板。其上显示器和计算机的CRT有可兼容性，与NC相通的功能键共有47个，有6个用户自由定义键及串行通讯接口，可以连接PC的键盘（直接插拔）。

按照设计要求，当传感器检测到信号时，数控系统的程序并未监控，此时是不能记录刀尖坐标值进行数据处理的。必须先使进给电机停下来，等候操作者发出指令，然后进行下一步的操作。所以应该通过PLC的控制来实现这一功能，将Q001.0和Q001.1两个端子分别与两两个进给电机相连，实现单独控制。其次，传感器共有四个测头，但对进给电机的控制都是一样的：任何一个传感器得到信号都必须使相应的电机同时停下来，然后进行相应的数据处理。

数控机床的传感器得信号后通过接口电路传给PLC，PLC将得到的信号通过交换区与CNC进行数据的传输，CNC将信息运算处理后再传递到PLC中，PLC控制X向电机和Z向电机运动。数控系统与传感器的接口电路如图2所示：

如图所示为PLC的接线示意图，将%I001.0、%I001.1、%I001.2、%I001.3 四个输入口分别与四个传感器相连，然后再与COM口连接。传感器得到信号后，相当于开关闭合，由原先的+24VDC电压跳变为零，从而给PLC的相应的输入端口一个信号。输出口%Q001.0控制X方向进给电机的使能，%Q001.1控制Y方向进给电机的使能。

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图二：数控机床接口电路

NUM1060CNC是一种多功能、多处理器的系统，它提供与数控机床连接的各种自动控制功能。用梯形图语言编制的自动控制功能包括安装在机床上的传感器和执行机械以及与CNC的数据交换。自动控制功能设置在中央处理单元之中，它包括一块或多块功能卡，CNC通过它们实现图形显示，自动控制和信息存储功能。CPU与系统的数据交换可以分为二种类型：通过交换区的通讯和通过协议的通讯。

自动控制功能由一个监督程序进行管理，它包括处理初始化，将输入/输出点分配到不同的框架以及输人输出接口和监视器的管理等多种基本任务。监控程序与用户程序一起对系统进行整体的监督管理。用户程序是在监督程序控制下受一个20ms周期的实时时钟（RTC）支配循环运行的。

机床处理器的存储器空间安排如下：

（1）有备份功能（掉电保持）的32K静态RAM。
（2）在电源接通是复位（清零）的32K动态RAM。
（3）机床处理器（1MB V1）的用户程序使用的180KB动态RAM。
（4）机床处理器（4MB V1）的用户程序使用的2.5MB动态RAM。
（5）机床处理器（4MB V2）的用户程序使用的3.5MB动态RAM。
（6） UCSII模块上的用户程序使用的64KB动态RAM。

自动控制功能如下：

（1）对DACs（12位）直接存取。
（2）对ADCs和输入/输出点间接读和写存取，这种存取是经由虚拟存储空间（每20ms刷新）实现的。

5 创新点总结

本文的创新点是针对数控车床对刀具jingque切割中，对刀时间长、精度差这一问题，设计了精密切割数控车床，通过对刀尖位置的jingque捕捉运用NUM数控系统自身的测量装置得到了刀尖点的坐标，经过计算将不同刀具相对于标准刀的位置偏差得出并再存入

1 引言
　　高速发展的中国经济对能源和环保提出了越来越高的要求，利用秸秆燃烧发电是充分利用能源，保护生态环境的有效途径之一。据测算，每两吨秸秆的发电量相当于一吨煤，不仅如此，环境国际能源机构的研究表明，秸秆还是一种很好的清洁可再生能源，其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量却高达1%。除了具有较好的经济效益和生态效益，秸秆发电还具有可观的社会效益，根据清洁发展机制（CDM），秸秆发电项目可以通过出售温室气体减排量来获取建设资金。因此，从节能环保、充分利用农村再生资源、建设环境友好型社会的角度出发，利用秸秆燃烧发电在我国得到了广泛应用，成为的“朝阳”产业。

本文介绍的基于LK系列PLC的控制系统在满足热电厂设备安全、高效运行的同时，具有良好的经济价值，社会效益和推广前景，目前已成功应用于连云港协鑫热电厂和宝应协鑫热电厂秸秆上料系统现场。

2 工艺流程介绍
　　2.1 秸秆发电工艺介绍
　　协鑫热电厂采用秸秆为原料，将其打碎并包装成捆，上料系统将深加工后的秸秆燃料通过散包机进行二次打碎，并将二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮带机，皮带将分散后的秸秆碎料送入蒸汽炉的加热系统内充分燃烧，使蒸汽炉循环水转变为水蒸气推动汽轮机旋转，再由动能转化为电能。整个上料系统包括散包机的原料分散和皮带机的物料输送两部分。
　　2.2 秸秆发电上料系统
　　散包机原料分散系统
　　散包机由压料辊、导料辊、输送辊、一次侧散包机、二次侧散包机几部分组成。秸秆燃料进入散包机后，先由压料辊将其进行二次粉碎，粉碎后的燃料通过导料辊进入输送辊。后由输送辊送入一次侧散包机进行分散作业，分散后再次经由输送辊送至二次侧散包机进行二次分散作业。
　　皮带机物料输送系统
　　经二次分散作业后的秸秆燃料由散包机进入皮带机内，燃料由0#皮带机/1#皮带机→2#皮带机→3#皮带机，后由3#皮带机将其送入加热炉的炉膛内进行燃烧。

图 1 上料系统结构示意图

3 自动化控制系统设计
　　协鑫秸秆发电厂控制系统分为生产管理级、现场控制级和就地控制级三层结构，利用高速工业以太网（TCP/IP协议）进行连接以实现信息和资源的共享，其优先级分别为就地控制级高，其次为现场控制级，低为生产管理级。由LK组成的现场控制站位于该系统的的现场控制级，并接入电厂原有的DCS系统中。

图2 自动化控制系统结构图

　　生产管理级
　　位于蒸汽炉、汽轮机联产系统控制室内，由原有DCS监控系统构成。各监控计算机对主要工艺设备的运行状态和生产过程的工艺参数进行数据采集及显示。上料输送系统的PLC控制站通过串口通讯，与DCS系统的通讯服务器连接并由该服务器将PLC控制站数据传入DCS的I/O服务器内，I/O服务器上运行的监控软件将该数据进行显示并下发控制命令。
　　现场控制级
　　即PLC控制级，由LK大型PLC构成，采用CPU双机热备的冗余结构，使整个系统运行稳定可靠。其功能是读取上料系统中散包机和各皮带机的运行参数并根据生产管理系统下发的指令来控制系统中各设备的运行。采集数据主要包括　　散包机各组成部分变频器的运行状态、反馈电流以及故障信号；皮带机的运行状态、反馈电流及各皮带机的在线检测开关信号。现场控制级接受生产管理级的调度，但并不依赖于生产管理级而运行，若监控计算机出现故障或并没有投入使用亦或通信网络出现故障，该控制站仍能正常工作，对整个工艺过程没有影响。
　　就地控制级
　　将设备切换到现场手动状态，以实现设备的就地手动控制。就地手动控制具有高的优先级，主要应用在设备调试、维护阶段。
秸秆发电厂上料控制系统采集原料分散系统中负责控制压料辊、导料辊、送料辊、一次侧散包辊和二次侧散包辊等设备的变频器状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号；实时读取并控制物料输送系统中各皮带机的工作状态，包括各皮带机组的A/B两条皮带的启停控制及防撕裂、打滑、堵料、跑偏、拉绳等在线检测开关。

4 工艺控制策略
　　A/B组传动系统分为两个环节，如图1所示，系统1是输送整料的，需要散包机分散，然后进入2#皮带机、3#皮带机，后进料仓；系统0是输送散料的，不需要散包机分散，经0#皮带机、2#皮带机、3#皮带机进入料仓。具体过程如下

　　4.1 系统0控制

　　系统0启动
　　3#皮带机是系统的末端，直接进料仓或锅炉。必须先起动，否则就会发生堵料现象，即优先级高，在皮带机3# 启动60s正常运行后在启动2#皮带机。同理顺次启动皮带机0#。
　　系统0停止
　　系统停止控制与启动顺序正好相反，从进料端顺序停止。相应的皮带机要做延时停止，保证物料完全被传送出去。
　　4.2 系统1控制
　　系统1启动
　　3#皮带机是系统的末端，直接进料仓或锅炉。必须先起动，否则就会发生堵料现象，即优先级高，在皮带机3# 启动60s正常运行后在启动2#皮带机。同理顺次启动皮带机0#、散包机。
　　系统1停止
　　系统停止控制与启动顺序正好相反，从进料端顺序停止。相应的皮带机要做延时停止，保证物料完全被传送出去。

　　故障处理
　　系统中的设备都提供了故障信号，根据故障信号停止相应的设备。一般在系统运行时，当某一个皮带机或散包机发生故障时，其相应的联锁设备也会停止，保障系统的安全。如图5所示

5 系统功能
　　协鑫热电厂上料输送系统通过将PLC控制站接入原有DCS系统实现了对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析以及报表打印等任务。
　　工艺流程显示
　　显示工艺流程的同时将所有的设备状态、工艺参数以及各控制回路的详细参数等进行了有针对性的实时采集与显示。

　　设定值显示
　　包括所有必需参数的设定值、控制方式、调节参数以及其它联锁值、报警值等。
　　报警显示
　　包括实时报警、历史报警。系统可在线诊断各类故障，查找故障部位并报警。包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警，根据不同的报警信息提供不同的报警画面，在故障确认后可实现报警解除。
　　报表显示和打印
　　采用了DDE技术，从而使用户能够直接使用Excel编制报表。借助Excel的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表。可以是实时数据的报表，也可以是历史数据的报表。
　　历史数据的存储与检索
　　对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据。
　　控制
　　在监控计算机上可以进行远程手动控制，使用鼠标、键盘控制PLC来启动和停止现场的设备。
　　操作记录
　　对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动记录，包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以利于管理及事故分析。
　　系统的安全管理
　　系统设置为多用户、多区域方式，各类用户均有自己的用户名和密码，对应着不同的安全级别，决定了操作员可观察的范围、可使用的功能、可修改的参数等。多可以设置为8级用户、8级区域。

6 控制系统优点
　　本方案以PLC监控计算机为核心，通过以太网通讯方式，将现场PLC控制站与监控计算机连接起来，构成一个分布式控制系统。系统具有如下优点：
　　先进性
　　本方案设计中不仅采用了先进的软、硬件，而且着眼于企业“管控一体化”的需求，贯彻了数字化、信息化电厂的先进思想，使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分。
　　本系统采用先进的计算机控制系统，主要用于热电厂的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备，和功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、编程软件和控制软件。
　　高可靠性
　　控制系统在严格的工业环境下长期、稳定地运行。系统组件的的设计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，适应较宽的温度变化范围。
　　CPU双机热备，任何一个故障均不影响系统的正常运行。
　　现场控制站PLC对工艺过程的控制不会因监控计算机的瘫痪而受影响。
　　现场控制站的PLC能够在恶劣的环境中长期可靠运行，平均无故障间隔时间（MTBF）15年。
　　强大的功能
　　PLC的编程语言符合IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。
　　高速工业以太网作为系统的骨干网络，实现高速数据传输、高度数据共享。
　　组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善且易用。

7 结束语
　　投运以来，由LK大型PLC控制的协鑫热电厂秸秆上料输送系统至今运行。实践证明，LK大型PLC能较好地满足秸秆上料系统的控制要求，对整个上料系统及热电厂的安全、经济运行提供了有力保障。该设计方案整体成本较低、可靠性好、抗干扰能力强、维护成本低、可操作性高，在市场中具备强有力的竞争力，为热电厂行业增添了一套完善的解决方案。

0 引言

随着PC（PersonalComputer）的发展和普及，采用PC+运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且精度、柔性比较强的机器和设备。由于光刻机对于精度的要求特别高，因此本系统采用了PC+PMAC开放式多轴运动控制器的控制方式。即将PMAC运动控制卡插入PC机的标准插槽中作实时控制，而PC机作为人机界面和系统管理的上位机。

1 系统硬件结构

1.1PMAC结构与原理

PMAC是一种开放式可编程多轴运动控制器，它采用MotorolaDSP56001数字信号处理2器作为CPU，其结构如图1所示。PMAC适应多种硬件操作平台，具有PC、STD、VME、PCI、104总线及串口脱机运行的功能，方便用户选用适合自己的主机。PMAC适用于所有电动机，包括普通的交（直）流电动机、交（直）流伺服电动机、步进电动机、直线电动机等，对不同电动机，PMAC可提供相应的控制信号。

PMAC能够支持多达256个运动程序。任意坐标系在任何时候都可以执行这些程序中的任意一个，即使另外的坐标系正在执行同样的程序。PMAC能够同时执行和该卡上坐标系数目一样多的运动程序。一个运动程序能够将任何一个其它的运动程序调用作为子程序，可以带变元，也可以不带变量。

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图1PMAC结构图

1.2光刻机控制系统硬件结构及工作原理

PMAC运动控制卡上的专用CPU与PC机的CPU构成主从式双CPU控制模式：上位机PC机的CPU可以专注于人机界面、实时监控和发送指令等系统管理工作；下位机PMAC卡上的专用CPU用来实时处理所有运动控制的细节：升降速计算、行程控制、多轴插补等，无需占用PC机资源。

同时PMAC运动控制卡还提供了功能强大的运动控制软件库：C语言运动库、bbbbbbsDLL动态链接库等，能更快、更有效地解决复杂的运动控制问题。

PMAC卡与PC机之间有ISA总线和双端口RAM两种通讯方式。其中主机与PMAC卡主要通过总线通讯，即主机到指定的地址去PMAC卡。

PMAC卡与电机则主要通过DPRAM进行通信。DPRAM用来与PMAC进行快速的数据和命令通讯。在向PMAC卡写数据时通常用于在实时状态下快速的位置数据和旋转程序信息的重复下载。在从PMAC卡读数据时通常用于重复快速地获得状态信息。比如电机状态，位置，速度，跟随误差等的数据可不停地更新并被PLC程序或被PMAC自动地写入DPRAM。

由于通过DPRAM进行的数据存取不需要经过通讯口发送命令和等待响应，所以响应速度非常快。