6ES7223-1HF22-0XA8技术介绍

6ES7223-1HF22-0XA8技术介绍

1 引言
本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法，本系统涉及的主要硬件是S7-200 PLC和SH-2H057步进驱动器。
(1) S7-200 PLC系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200 PLC可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。
1台S7-200 PLC包括一个单独的S7-200 CPU，或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200 CPU模块包括一个中央处理单元(CPU)、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。
l CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制;
l 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备;
l 电源向CPU 及其所连接的任何设备提供电力;
l 通讯端口允许将S7-200 CPU同编程器或其他一些设备连起来;
l 状态信号灯显示了CPU 的工作模式(运行或停止)，本机I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误;
l 通过扩展模块可提供其通讯性能;
l 通过扩展模块可增加CPU的I/O点数(CPU 221不扩展);
l 一些CPU有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡;
l EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序送到另一个CPU中;
l 通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间;
l 大I/O配置。
(2) SH-2H057驱动器输入信号共有三路，他们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机电平信号FREE.他们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电路形式完全相同，三路光耦的正输入端为OPTO端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以OPTO端需接外部系统的VCC端，如果VCC是+5伏，可直接接入;否则需在外部另加限流电阻，保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。
l 步进脉冲信号CP
步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，也就是说:驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度，CP脉冲的频率改变则同时是步进电机的速率改变，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机jingque定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。本驱动器的CP信号为低电平有效，要求CP信号的驱动电流为8-15mA，对CP脉冲宽度也有一定要求，一般不小于5μs。
l 方向电平信号DIR
方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向。此端为高电平时，电机为一个转向;次端为低电平时，电机为另一个转向。电机换向必须在电机停止后再进行，并且换向信号一定要在前一个方向的后一个CP脉冲结束后以及下一个方向的个CP脉冲前发出。
l 脱机电平信号FREE
当驱动器上电后，步进电机处于锁定状态(未施加CP脉冲时)或运行状态(施加CP脉冲)，但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源，这时可以用到此信号，此信号低电平有效，电机处于自由无力矩状态;当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。
l 步进电机简介
SH-2H057型驱动器用于驱动二相或四相混合式步进电机(亦称感应子式)，此驱动器一般驱动60号机座以下电机。电机的出线方式不同，与驱动器的连接也不同。本系统使用的电机为二相四根线电机，可以直接和驱动器相连。见图1的机械手电机驱动模块原理图。
2　系统工作工程
本系统的机械手部分由底盘、立杆、手臂、手组成，其中底盘由一个步进电机驱动，可顺逆时针旋转;立杆由一个步进电机驱动，可上下移动;手臂由一个步进电机驱动，可前后伸缩;手由气泵控制，可抓紧和放松。在相应位置都有位置检测信号用于定位。参见图1。

(1) 出货过程
从复位位置启动,根据要求到相应出货台(1，2，3号货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(左,或右出货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。
(2) 进货过程
从复位位置启动,根据要求到相应出货台(左，或右出货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(1，2，3号货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。
3 系统设计思想
步进控制电路设计思想，PLC继电器式输出模块工作速度较低，故采用高频脉冲方波发生器，给出步进脉冲，其振荡频率按步进电机速度设置，步进量的控制采用位置检测，根据位置检测信号用PLC的输出点切断进给电机，实现步进电机的停车, 其程序流程图如图2所示。

在整个机械手运行控制过程中，采用限位开关以及面板操作开关以及系统逻辑开关作为输入点，整个系统中底盘有5个限位开关，分别作为5个位置的定位输入点，立柱有4个限位开关，分别为1个复位开关、一号位限位输入量、上限位、下限位。手臂有3个限位开关:手臂复位限位数入点、手臂前限位、手臂后限位。抓手限位开关，为抓手复位输入点。一共13个限位开关完成全部的控制输入。各限位开关分布情况见图1，
由于在整个控制过程中全部是通过控制步进电机驱动模块再驱动步进电机执行。这里对用集成脉冲输出触发步进电机驱动器原理进行说明。S7-200 PLC(CPU 226)的Q0.0和Q0.1分别对升/降步进电机、前/后步进电机发送脉冲;CPU 226的Q0.2对转盘步进电机发送脉冲。而步进电机的正/反转则分别是CPU 226的Q0.4和Q0.5分别对升/降步进电机、前/后步进电机实行控制;CPU 226 的Q0.6和Q0.7分别对转盘步进电机正反、抓手气泵开关实行控制。
机械手PLC程序的设计编写采用了STEP 7-Micro/WIN32软件的数据表(STL)的形式。程序设计修改方便，设计完成可联机调试，没有问题再把步进电机接上。
上位机监控软件采用北京亚控的组态王软件，通过变量映射实现组态软件的变量与PLC的寄存器的动态连接，从而实现了上位机对PLC的监控。
4 结束语
本机械手控制系统结构紧凑，动作可靠，使用方便，已较好地应用于我校的科研教学中.

 当用户了解了西门子PLC程序的结构后，就可以针对不同的控制对象与所选择的PLC型号，根据实际情况选择PLC程序的结构框架，并着手进行西门子PLC程序的设计工作。
    西门子PLC程序设计通常可以按照图所示的流程进行。


    程序设计与系统硬件设计、系统调试密切相关。软件设计阶段所需要的控制要求、操作界面、PLC型号、I/O地址等都必须在硬件设计阶段已经完成；而程序的输入与编辑、程序检查、程序调试等工作需要在程序编辑与系统调试阶段完成。
    对于简单的PLC程序，也可以直接通过PLC的编辑软件，在编辑软件上同时完成程序的设计与输入过程。
    1．选择程序结构
    作为西门子PLC编程软件设计的步，首先需要确定的是PLC程序的基本结构体系。程序结构体系由如下两方面因素决定：
    ①所使用的PLC型号。PLC型号从客观上规定了可以采用程序结构，如：当PLC选择为S7-200时，只能选择线性化结构或主一子程序的结构形式：当选择的PLC为S7-300/400时可以采用线性化结构、调用式结构或结构化编程。
  ②控制系统的要求。如果控制系统的要求较简单，PLC程序的长度不大，出于简化调试、减少程序设计工作量等方面的考虑，采用线性化结构可以省略编写程序块、功能块、数据块、局部变量等工作，tigao编程的速度。如果控制系统较复杂，程序所占的容量较大，为了使得程序便于分段阅读与调试，可以考虑采用调用式结构( S7-300/400)与主一子程序结构(S7-200);如果控制系统十分庞大，程序异常复杂，或是系统相类似的控制要求较多，在S7-300/400上可以优先考虑采用结构化编程。
    2．建立程序文件
    建立程序文件包括编写I/O地址表、定义符号地址、编写程序说明等内容，其目的是为程序设计提供方便。
    在S7中，一般是直接利用编程软件，通过编程软件的“符号表编辑器”对“符号地址表(SymbolTable)”的编写，一次性完成I/O地址、符号地址、数据格式、注释等全部工作。有关“符号地址表( Symbol Table)”的编辑方法，本书将在第12章(S7-200)、第13章(S7-300/400)中予以介绍。
    3．编辑逻辑块
    在选定了程序的基本结构体系与完成符号表的编辑后，即可着手进行PLC程序中各类逻辑块的编辑。
    逻辑块的编辑包括了编写逻辑控制程序与定义程序变量两部分内容。
    逻辑控制程序可以通过梯形图、功能块图，指令表等方法编写：程序变量应通过“变量声明表”建立与明确（内容见本节后述），对于线性结构的PLC程序也可以不使用变量与变量表。
    如果采用的是线性结构，只需要直接编写组织块OBl;如果选择的是分块式结构，则应首先进行FC、FB等基本逻辑块的编制，后才能编写组织块。通过编程软件输入程序时，同样应该遵守这一原则，因为，如果基本逻辑块未编制完成，在OB1中将无法确定逻辑块所需要的赋值参数，在输入逻辑块调用指令时将引起出错。

0 引言 在汽车制造行业中，车身覆盖件在加工成形过程中，都需要事先对其进行上下翻转，以保证后续工序的顺利进行。以往要完成这一工序，主要依靠工人的手工操作，既费时又费力；如果采用自动翻板机，不但可以减轻劳动强度，而且还大大的tigao了工作效率。但是，目前此类设备多数依赖进口，引进设备投资大，且维修费用高。鉴于这些方面的原因，如何能够自主的开发自动翻板机就具有非常重要的现实意义。 本文介绍了作者在为国内某大型汽车生产制造厂家研制的自动翻版机中，如何利用PLC来实现翻板机的自动控制。 1 设备构成及动作实现 1.1  翻板机的整体结构（如图1）： 图1  翻板机结构图 1．驱动电机   2．送料小车   3．活动台板    4．侧挡    5．上横梁    6．夹紧梁 1.2  工作流程： 自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆盘部分。侧工作台部分主要包括驱动电机和送料小车，用来完成送料或取料任务；翻转圆盘部分主要包括夹紧梁、侧挡和翻转圆盘，分别由液压马达和液压油缸来驱动，用来完成夹紧和翻料任务。 自动翻板机的工作流程是：物料由侧工作台送入翻转圆盘，夹紧梁向下夹紧物料后进行翻转，达到合适位置时，停止翻转，撤销夹紧，仍由侧工作台将物料取出、运走。 对系统的功能要求是：能够根据物料吨位的不同适当的调整夹紧力的大小，确保物料能够被可靠地夹紧、翻转；能够方便地进行参数设置、手动调试；具有实时监控功能。 2 控制系统的组成及程序设计 2.1  控制系统组成  图2  控制系统组成 触摸屏和控制面板做为人机交互界面，其中触摸屏通过RS422数据接口与PLC进行通讯，为操作人员提供方便的在线监控、参数输入以及手动调试功能；模拟量输入、输出模块（A/D、D/A）通过其侧面的数据线与PLC相连接，在自动翻板机工作时，时刻检测液压系统的压力和温度，用来控制液压元件在一定的温度环境下，按照设定的压力值完成预期的动作；PLC是整个控制系统的核心部分，主要负责开关量信号的输入、输出控制，模拟量数据的计算处理以及触摸屏信号的响应；另外PLC还通过数据线与扩展模块相连接，扩充了控制系统的输出点数。     软件方面采用MITSUBISHI公司的GX Developer编程软件进行PLC程序设计；用MITSUBISHI公司的FXDU编程软件进行触摸屏程序设计。 2.2  系统的程序设计 自动翻板机设计为手动和自动两种工作模式，可以在控制面板上进行两种模式的自由切换 图3     手动工作模式主要用来调试设备，检测翻板机各机械部分的运动协调状况；在触摸屏上为分别每个运动机构设置了启动按钮，直接操作这些按钮就可以实现对应部分的点动动作。自动模式是自动翻板机的正常工作模式，也是程序设计的关键所在。在设计这一工作模式时，我们将系统的整个自动工作过程划分成若干阶段，每个阶段都独立完成一部分的工作，然后再由PLC将各个阶段按照一定的顺序有机的结合起来，构成完整的自动程序。这样做的目的：一是有利于程序的编制，增加程序的可读性，尤其是为将来设备调试和维修提供方便；二是确保翻板机的各个工作环节更加安全、更加可靠。实践证明，这个办法确实行之有效。自动工作流程如图所示。 下面就以夹紧阶段为例来说明自动翻板机系统的程序设计。夹紧是确保整个自动工作顺利进行的关键所在，故将这一工作单独划分为一个阶段来玩成。进行夹紧之前，在触摸屏上设定相应大小的压力值，由PLC对设定的数值进行处理；D/A模块把处理的结果转化为电压信号，输出给比例阀或比例泵，完成液压系统的压力或liuliang设定。在夹紧过程中，PLC控制A/D模块对液压系统的实际工作压力进行实时检测，并同时与设定的压力值进行比较，当达到预设的压力值时，夹紧动作就自动停止，然后向下一阶段发出夹紧完成信号。其他阶段的设计思路与夹紧阶段类似，这里不再赘述。 另外，由于液压系统的长时间工作或者周围空气环境的变化，必然会导致液压油的温度发生变化，所以自动翻板机还需要具有温度检测与自动调节功能，以保证液压元件正常工作。这部分工作由A/D模块来完成，当检测到油温超出设定的温度范围后，自动启动相应的温度调节装置，使液压系统温度控制在一定范围之内。  3 结束语 目前，此自动翻板机已经在一汽轿车股份有限公司调试运行，各个环节都已达到预期的设计要求。综合起来，在自动翻板机中使用PLC进行控制，具有安全性高，稳定性好，易于控制和调试等诸多优点；同时，用PLC对触摸屏进行控制，不仅实现了对设备运转的实时监控，更重要的是提供了人机交互界面，使后台的程序控制转化为直观的按钮操作，极大的方便了操作人员的使用